专访傅嫈惠：首次找到睡眠与情绪障碍之间的关联

　　

生物通报道：似乎总是有比睡觉更重要的事情：永无止境的实验，不得不看的球赛，随喊必到的聚会……总想著我们的生活应该更精彩，但也许到某一天你觉得应该睡觉的时候，却睡不著了。

   尽管科学家们对于睡眠不足或不调有何影响争论不休，但有一点却是肯定的，那就是睡眠不足或不调会导致疾病发生率增高，同时也会引发脾气暴躁，思维缓慢，反应迟钝。对于很多人来说前者也许还遥不可及，但后者却实实在在影响我们的生活，连续几个星期或几个月没有得到足够的睡眠，就有可能患上抑郁症或其他情绪问题。

   这背后的生理机制是什么呢？科学家们一直都希望能弄清楚，但是迄今为止还没有一种分子机理能解释“我们生物钟的改变如何会引发情绪障碍”。

   近期来自加州大学旧金山分校(UCSF)的傅嫈惠（Ying-Hui Fu）教授领导的一个研究小组发现，PER3是情绪相关通路和生物钟之间的一种关联，这是首个发现的人类情绪与昼夜节律之间的分子交叉点。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，为了更深入的了解这一研究进展，生物通特采访了傅教授，就一些读者感兴趣的专业问题请教了她。

生物钟与情绪障碍的关联
   为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化，人类进化出了协调昼夜节律的生物钟。生物钟的建立受到许多外因和内因的影响，比如日出、日落、进食时间、体温波动和特定激素的水平等，而且对于人体来说，生物钟是很难抗拒的，比如跨越多个时区的长途飞行会导致痛苦的时差反应，而熬夜会令人昏昏沉沉浑身乏力。

   当我们的行动与生物钟不一致，正常的生理过程就会被干扰，比如食欲和体温周期，同时情绪也会受到影响。就大脑而言，睡眠是唯一获得休整的机会，小鼠试验显示，时刻保持警惕的大脑神经元会释放有毒的自由基，而大脑神经元在睡眠期间会产生抗氧化剂以清除这些潜在的毒物。因此夜晚不能获得休整的脑细胞就像超负荷工作的劳动者，最终导致崩溃。

   然而一直以来，虽然睡眠和抑郁症等情绪障碍之间存在关联这一观点得到了认可，但没有人能够找到一个生物环节。

PER3的重要作用
   UCSF的傅嫈惠教授研究组对此展开了研究，他们通过对FASP（家族性睡眠状态提前综合征）患者和小鼠的实验分析，发现了造成生物节律和情绪改变的原因。

   “尽管PER3早就被发现，但由于PER3敲除鼠没有明显的时钟表型，它对生物钟的调节作用并不是很清晰。对睡眠相位发生改变并同时患有季节性情感障碍的患者进行基因测序，我们在PER3基因上发现了突变。

   为了证明PER3上的突变确实是造成生物节律和情绪改变的原因，我们建立了带有相应突变的小鼠模型并检测了这一突变对PER3蛋白性质的影响。我们的结果进一步确立了PER3在生物钟调控中的重要作用，并且显示PER3对不同光照长度下情绪的条节起著重要作用，”傅教授表示。

   FASP患者是极端喜欢早起的人，在早上5:30以前自然醒来，有时是凌晨2点。傅嫈惠表示，因为这些人得到了正常量的睡眠，FASP也不能被认为是一种疾病。事实上，有一些患FASP的人也陶醉于他们每天第一个开始工作。然而，起的这么早也有其缺点，尤其是在一个大多数人比FASP患者晚起和晚睡的世界里。

   研究人员检测的一个家族中三个FASP成员，他们都表现出了季节性情感障碍的迹象，这是一种情感障碍，患者在每年的同一时间变得抑郁，通常是在白天变短的冬季。

   傅教授说，“在我们发现的这个FASP家族中，三个成员有早起早睡现象，并且各种抑郁测试都显示这三个成员有明显的抑郁，其中两个人表示这种抑郁现象在冬天最为明显。我们发现这三个人在PER3蛋白上都有两个点突变（P415A和H417R）,因此我们做了带有这两个突变的PER3转基因小鼠看是否能模拟人的表型。在情绪测试实验中，我们发现带有突变PER3的小鼠表现出明显的抑郁表型，并且小鼠的睡眠行为也改变。另外，我们还发现PER3敲除小鼠也有表型，在类似人短光照条件下，抑郁表型更为明显，这些结果说明PER3同时调控生物钟和情绪。”

   当小鼠被暴露在每天12小时的光照时，与对照组小鼠相比，转基因小鼠在同一时间更为活跃。研究人员模拟了冬季短日照期间发生的事情，这可引起季节性情感障碍，每天只为啮齿类动物提供四小时的光照。基因改良的小鼠开始和停止转动跑轮的时间，比对照组小鼠晚了四个小时，这表明PER3的错误版本改变了动物的昼夜节律。

   “PER3在生物钟的作用已有研究发现是促进两个重要的时钟基因PER1和PER2的进核。我们的研究显示PER3对PER1和PER2蛋白也有稳定作用. 另外PER3也可能感受不同光长来调节日夜节律。

   在调节情绪这方面的作用具体分子机制还不清楚。但是我们的结果显示由点突变造成的PER3蛋白的不稳定性是造成患者和小鼠抑郁的原因，因为PER3敲除鼠也有抑郁表型。由于PER3敲除鼠在不同光照条件下抑郁程度不一样，我们猜想PER3可能接受外界光照长度的信号来调节影响情绪基因的表达。

   我们之前的研究发现由CK1d突变造成的早起早睡患者，五个人裡有四个有抑郁，因此，另一方面PER3和CK1d也有可能通过影响生物钟再而影响情绪，”傅教授补充道。

下一步计划
   傅教授表示，“下一步将著重研究PER3在情绪调节中的分子机制。我们将检测PER3在不同光照条件下的表达变化，并采用各种方法来寻找PER3在情绪调节中的下游基因。”

   小鼠情绪可以通过小鼠在各种压力条件下的行为反应来分析。比如悬尾实验，夹住小鼠尾巴将其倒立悬挂，看小鼠挣扎活动的时间，挣扎时间少，说明小鼠有抑郁倾向。还有强迫游泳实验, 小鼠如果迅速地放弃生存意志，或者享乐实验，享乐欲望比较低等都是让小鼠处于绝望状态来测试其求生欲。

   PER3基因到底如何连接昼夜节律与情绪障碍的，尚不确定，但它可能有助于控制小鼠和人类应对随季节变化的不同光照量。虽然这一研究结果并不能指出情绪障碍的特殊疗法，但是它们可能引导研究人员朝著正确的方向前进。

   此外，傅教授也谈到了目前社会普遍存在的睡眠障碍问题，她指出，“要治疗和预防睡眠障碍首先需要保持良好的作息和睡眠习惯，可以通过定时的饮食，睡眠和光线牵引来给自己建立一个稳定的生物钟。还要避免过大的精神压力，并且注意避免摄入过多刺激神经的食物，如咖啡因，味精等。尤其在下午3点以后最好不要摄入咖啡因。如果睡眠障碍给自己造成了困扰，如情绪烦躁，注意力无法集中等，需要就医。”

（生物通：王蕾）

了解傅教授研究组更多信息，请参看：
http://www.neuroscience.ucsf.edu/neurograd/faculty/fu.html

作者简介：
Ying-Hui Fu, PhD
Professor
EDUCATION
1976-1980 National Chung-Hsing University, Taichung, Taiwan, B.S., Food Science
1981-1986 Ohio State University, Ph.D., Biochemistry & Molecular Biology
1987-1989 Ohio State University, Postdoc, Molecular Biology
1990-1993 Baylor College of Medicine, Postdoc, Human Genetics
HONORS AND AWARDS
2006 Sleep Science Award, American Academy of Neurology
2006 Bauer Foundation Colloquium Distinguished Guest, Brandeis University, Boston, MA
2008 Distinguished Guest, Bollum Symposium, University of Minnesota, Minneapolis, MN
2009 Distinguished visiting professorship, Tamkang University, Taiwan

Overview
Dr. Fu’s research uses human genetics combined with multiple model organisms to investigate molecular mechanisms of human conditions. Her laboratory has been focusing on two areas: one in myelin biology and the other in circadian rhythm and sleep behaviors. For myelin biology, they investigate the interlocking networks of protein-coding genes and non-coding RNAs in ensuring a healthy myelin. For circadian and sleep behaviors, over the last 15 years, she and her colleagues identified several mutations that lead to extreme morning lark phenotype. In addition, they are investigating the genetic basis for human subjects to have shorter sleep duration. Since circadian rhythm and sleep homeostasis are intimately connected with many physiological pathways including metabolism, immune function, and mood regulation, to name but a few, these studies will also shed new light on how sleep schedule and sleep homeostasis can impact our health.

原文摘要：
A PERIOD3 variant causes a circadian phenotype and is associated with a seasonal mood trait
Abstract：In humans, the connection between sleep and mood has long been recognized, although direct molecular evidence is lacking. We identified two rare variants in the circadian clock gene PERIOD3 (PER3-P415A/H417R) in humans with familial advanced sleep phase accompanied by higher Beck Depression Inventory and seasonality scores. hPER3-P415A/H417R transgenic mice showed an altered circadian period under constant light and exhibited phase shifts of the sleep-wake cycle in a short light period (photoperiod) paradigm. Molecular characterization revealed that the rare variants destabilized PER3 and failed to stabilize PERIOD1/2 proteins, which play critical roles in circadian timing. Although hPER3-P415A/H417R-Tg mice showed a mild depression-like phenotype, Per3 knockout mice demonstrated consistent depression-like behavior, particularly when studied under a short photoperiod, supporting a possible role for PER3 in mood regulation. These findings suggest that PER3 may be a nexus for sleep and mood regulation while fine-tuning these processes to adapt to seasonal changes.