Science：李慧艳/张学敏团队发现“有形”生物钟，为节律紊乱相关疾病治疗开辟了全新途径

来源：生物世界 2023-06-05 17:44

该研究发现大脑视交叉上核（SCN）神经元的初级纤毛是调控机体节律的细胞器，揭示出“有形”生物钟的存在及其节律调控机制。

昼夜节律，俗称，是生物为了适应地球自转产生的昼夜更替而形成的一种节律性的生命活动规律。这种规律普遍存在于人类、动物、植物甚至是微生物体内。生物钟的准确性和稳定性与健康息息相关。节律如果发生失常，可引起睡眠障碍、代谢紊乱、力下降，严重时可导致肿瘤、、精神异常等重大疾病的发生。

大脑的视交叉上核（SCN）是生物钟的指挥中枢，协调外周器官的生物钟，调控多种生理功能，包括免疫力、体温、血压、食欲等。然而， SCN如何维持机体内部节律稳定性，从而抵御外界环境的干扰，尚不清楚。

2023年6月2日，军事科学院军事医学研究院李慧艳研究员团队和张学敏院士团队合作，在 Science 期刊发表了题为：Rhythmic Cilia Changes Support SCN Neuron Coherence in Circadian Clock的研究论文。

该研究发现大脑视交叉上核（SCN）神经元的初级纤毛是调控机体节律的细胞器，揭示出 有形 生物钟的存在及其节律调控机制。这项科学突破不仅加深了对生物钟本质的认识，也为节律紊乱相关疾病的治疗开辟了全新途径。

李慧艳研究团队长期从事纤毛细胞器的研究，揭示了初级纤毛发生与去组装的系列重要规律。在此项研究中，通过对脑切片纤毛结构的连续观察，研究人员惊奇地发现纤毛节律性变化的特殊现象，并历经数年探索揭示了纤毛具有调节节律的功能。进一步在时差动物模型中发现，野生型小鼠需要7-9天才能适应新的时间周期，而SCN纤毛特异缺陷小鼠仅需1-2天就适应了新的时间周期。

研究团队进一步揭示了纤毛特异缺陷小鼠SCN神经元间的通讯能力大为减弱，不能实现同频共振，同时失去了对外界温度的抵抗能力，因此，初级纤毛能够调控SCN区域神经元的通讯过程。

更深入的机制研究发现，SCN初级纤毛的节律性变化驱动了Hedgehog通路的节律性激活，进而调控多个核心生物钟基因以及神经递质等的振荡性变化。利用化学抑制剂Vismodegib特异阻断小鼠SCN区Hedgehog通路，发现给药后的小鼠也能够快速适应新的时间周期（1-2天）。这些发现为节律调控新药研发开辟了全新路径。

研究人员表示，纤毛能够调控SCN区域神经元的同频共振是让他们最感到振奋的进一步科学发现。此次纤毛调控节律的重要发现，为节律调控新药研发开辟了全新路径，使机体对各种复杂环境的快速应对、快速适应成为可能。

国家生物医学分析中心李慧艳研究员为论文 首要通讯作者 ，张学敏院士为共同通讯作者，副研究员涂海情、博士研究生李森、博士研究生许钰铃、博士后张宇程为论文共同第一作者。

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