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【醫學新知】美國科學家發現「睡眠基因」可影響睡眠品質

10
April
2017

 

根據美國《科學進展》雜誌(Science Advances)(*註1) 於2017/04/05 最新一期中,刊登了美國華盛頓州立大學(Washington State University)一項最新研究發現人體的DNA會影響到我們的睡眠清醒週期(sleep-wake cycle)。

 

FABP7可能是影響睡眠品質的基因

 

最新研究是由華盛頓州立大學之研究團隊完成,他們發現在大腦星形膠質細胞裡有個特殊的睡眠基因-「FABP7」基因,並證實該基因一旦發生突變,就會導致睡眠質量變差。同時也會證實會影響小鼠和果蠅的睡眠質量。

 

該論文通訊作者-華盛頓州立大學睡眠和行為研究中心和Elson S. Floyd醫學院助理教授Jason Gerstner博士與其團隊,首先以小鼠作為模型進行研究,分析了睡眠周期中表達出現動態差異的基因,進而找到可能與睡眠有關的基因「FABP7」。此基因在大腦星形膠質細胞中表達生成腦型脂肪酸結合蛋白(Fabp7),參與脂質代謝。

 

研究團隊進一步敲除實驗組小鼠的FABP7基因,結果發現經由人為調控的突變小鼠,其睡眠品質大幅下降,變得斷斷續續;但對照組-基因未受損的小鼠仍有好的睡眠品質。這表明了FABP7基因與哺乳動物睡眠品質的相關性。

 

WSU College of Medicine's Jason Gerstner, center, discusses assays for measuring protein levels from fly brains with Dr. Kit Hayworth, left, and Clinical Laboratory Specialist Becky Taylor.

圖:Dr. Jason Gerstner(中) 與 Dr. Kit Hayworth(左) 及臨床實驗專家 Becky Taylor討論如何測量果蠅大腦中的蛋白質含量 (圖片來源:KUOW News and Information Cori Medeiros / Washington State University)

 

人類是否同樣需要FABP7睡眠基因?

 

之後,研究團隊為了進一步了解該基因在人體中的情況,與日本研究團隊合作,招募了近300位日本男性參加為期七天的睡眠研究,同時分析他們的DNA。

 

結果顯示,其中29名受試者攜帶有突變的FABP7基因,並發現他們的睡眠品質比一般人差,即便有相同的睡眠時間,但這群人睡得並不好,容易在夜晚醒來。

 

接下來,研究團隊設計又在果蠅身上,插入正常或變異的FABP基因製造出基因轉殖的果蠅,並使用「果蠅活動監視器」(Drosophila Activity Monitor),運用紅外光束判斷果蠅的睡眠狀態(註:清醒或者睡著),同時自動記錄牠們的活動變化。

 

結果也顯示,具有FABP7突變基因的果蠅,其睡眠時間也不連續,與在小鼠及人賴身上觀察到的情況類似。

 

 

Effects of a human FABP7 point mutation on FABP7 protein structure.

圖:人類FABP7基因點突變對FABP7蛋白質結構之影響(圖片來源:Science Advances網站

 

神經膠質細胞是哺乳動物腦中廣泛分布的細胞,長期以來被認為其只給神經元(大腦中的信息處理者)提供支持作用。但科學家們最近已發現如同神經元那樣,神經膠質細胞同時也具有釋放神經傳遞物質和控制行為。

 

Jason Gerstner博士更進一步說明:「研究結果說明,在這三種物種中的星形膠質細胞(astrocytes)中存在著某種調節深度睡眠的內在機制。同時,這也是我們首次真正地對一種特定的細胞和分子機制,其在迥然不同物種中的複雜行為發揮作用。」

 

此外,特別令人關注的是,果蠅已在地球上存在了大約6000萬年。Jason Gerstner博士補充說:「這提示著我們發現了一種在進化過程中持續存在的古老機制。」

 

 

Medical Xpress報導影片

 

FABP7蛋白參與「脂質的信號傳遞」(lipid signaling),將脂肪運送到細胞核中以便激活控制生長和代謝的基因。

 

後續,Jason Gerstner博士和他的同事們將觀察FABP7蛋白在參與「脂質的信號傳遞」(lipid signaling, *註2)的過程時,如何與「睡眠重要性」之間的關聯性。這些理論包含:「睡眠」對神經元活性、能量的使用與儲存,以及如何影響記憶與學習等。

 

對於這種基因與其功能進一步的研究,相信將為科學家們對於「睡眠為何重要」另闢新徑。

 

延伸閱讀:

 

相關註解:

  • *註1:《Science Advances》為《Science》的子刊,是由美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)於2015年所新出版,主題範圍與Science大致相同,但刊登的文章涵蓋面更為廣泛。
  • *註2:lipid signaling:會協ˋ將脂肪運送到細胞核中進而激活控制生長和代謝的基因‧
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