Neuron：哪个神经元控制生物钟节律？

最近，美国德克萨斯大学（UT）西南医学中心的神经科学家，确定了对决定昼夜节律至关重要的神经元。研究结果发表在三月四日的《Neuron》杂志上，可以为昼夜功能障碍有关的疾病治疗，提供重要的新靶标。

　　

生物通报道：最近，美国德克萨斯大学（UT）西南医学中心的神经科学家，确定了对决定昼夜节律至关重要的神经元。生物钟昼夜节律是一个24小时过程，控制着睡眠和清醒周期，以及其他重要的身体功能，如激素的分泌、代谢和血压。延伸阅读：美国院士Science：生物钟周期的关键因素。

昼夜节律是由位于大脑下丘脑的视交叉上核（SCN）产生的，但此前研究人员一直未能确定这一区域内成千上万的神经元中，到底是哪一个参与了控制身体的计时机制。

UT西南医学中心研究员、霍华德休斯医学研究所神经科学主席Joseph Takahashi 博士说：“我们发现，一组SCN神经元——表达一种称为神经介素S（NMS）的神经肽，对于昼夜节律控制来说，是必要和充分的。”

研究结果发表在三月四日的《Neuron》杂志上，可以为昼夜功能障碍有关的疾病治疗，提供重要的新靶标，涉及范围从时差和睡眠障碍，到神经问题，如阿尔茨海默氏病，以及代谢问题和精神疾病，如抑郁症。

在上世纪70年代进行的重点研究表明，SCN与整个身体的细胞进行沟通和协调，来控制昼夜节律，但SCN包含许多神经元，它们具有不同的神经肽和神经递质表达模式。

本文资深作者、分子遗传学教授Masashi Yanagisawa说：“这些神经元中，哪一个负责产生昼夜节律，是神经生物学一大悬而未决的问题。这项研究是我们理解人体生物钟的一个重要进步。”

NMS是一种神经肽——由氨基酸组成的一个蛋白，神经元（大脑中的细胞）用其进行通讯。研究人员制备了独特的小鼠模型，来确定表达NMS的神经元，作为调节昼夜节律的细胞起搏器。具体地说，研究小组发现，调节仅位于NMS神经元中的内部生物钟，可改变整个动物的昼夜节律周期。此外，本研究对于光同步身体生物钟节律的机制，提供了新的见解。

Takahashi 博士鉴定并克隆了第一个与昼夜节律相关的哺乳动物基因——称为Clock。此后，Takahashi实验室确定，在小鼠中破坏CLOCK和BMAL1基因可以改变胰腺分泌的胰岛素，从而导致糖尿病，并且他们确定了CLOCK-BMAL1蛋白复合物的三维结构，被认为是生物钟的电源。

Yanagisawa博士首次发现了内皮素对心血管系统的重要作用，后来，他发现了食欲素，表明睡眠/觉醒是由一个单一的神经肽所控制。从那以后，他的实验室已经确定了许多参与食欲和血压调节的受体，以及在能量代谢、应激反应、情绪和其他功能中起重要调节作用的其他神经肽。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Neuromedin S-Producing Neurons Act as Essential Pacemakers in the Suprachiasmatic Nucleus to Couple Clock Neurons and Dictate Circadian Rhythms
Summary：Circadian behavior in mammals is orchestrated by neurons within the suprachiasmatic nucleus (SCN), yet the neuronal population necessary for the generation of timekeeping remains unknown. We show that a subset of SCN neurons expressing the neuropeptide neuromedin S (NMS) plays an essential role in the generation of daily rhythms in behavior. We demonstrate that lengthening period within Nms neurons is sufficient to lengthen period of the SCN and behavioral circadian rhythms. Conversely, mice without a functional molecular clock within Nms neurons lack synchronous molecular oscillations and coherent behavioral daily rhythms. Interestingly, we found that mice lacking Nms and its closely related paralog, Nmu, do not lose in vivo circadian rhythms. However, blocking vesicular transmission from Nms neurons with intact cell-autonomous clocks disrupts the timing mechanisms of the SCN, revealing that Nms neurons define a subpopulation of pacemakers that control SCN network synchrony and in vivo circadian rhythms through intercellular synaptic transmission.