《Nature》百年后的新突破

倒过时差的人都知道，时区变化破坏了身体的昼夜节律。24小时的生理周期对外部环境（如光和温度）非常敏感。利用果蝇加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的Craig Montell实验室发现了视紫红质（rhodopsin）的一个意想不到的作用。

　　

文章作者Jinfei Ni和Craig Montell

生物通报道：倒过时差的人都知道，时区变化破坏了身体的昼夜节律。24小时的生理周期对外部环境（如光和温度）非常敏感。

现代社会，很多疾病的迅速增加都可归因于生物节律紊乱。人为的不规律生活，因工或因私的频繁长途飞行，会造成睡眠、饮食、体温、血压、心脏，和内分泌紊乱。相关内科干预治疗变得越来越迫切。

人类并不是唯一的光节律性动物。苍蝇的昼夜活动周期也受光照影响。并且，如果白天黑夜的长短突然出现变化，苍蝇也会经历像人一样的时差反应。

苍蝇的昼夜节律研究对人类相关医疗具有指导意义。利用果蝇（常见的模式动物），加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的Craig Montell实验室发现了视紫红质（rhodopsin）的一个意想不到的作用。

视紫红质是人类和果蝇都有的一种光敏受体蛋白，有关它的图像形成功能多有报道。在果蝇中，6种视紫红质共同负责着昆虫眼内感光细胞的所有功能。但是第7种视紫红质（Rh7）的作用至今不明。Montell课题组现在发现了，Rh7作为支配昼夜活动周期光传感器的功能。这项发现近期被发表在《Nature》杂志。

“Rh7是首个发现在大脑中枢表达，制定昼夜节律的重要蛋白，”文章通讯作者UCSB分子、细胞、发育生物学系Duggan教授Craig Montell说。“实际上视蛋白在哺乳动物脑部的许多区域都有表达，但是它们的作用仍有待探索。”点击索取Fluidigm的单细胞基因表达谱分析工具

“Rh7在大脑中枢表达的意义，是一项让人意想不到的发现，”本文一作UCSB在读研究生Jinfei Ni说。“距离视紫红质的发现已经过去100多年，如今这项令人兴奋的发现拓展了我们对这种光传感器的了解。”

Montell、倪同学和另外两个来自加州大学欧文分校的研究人员首先先鉴定了Rh7的光感受器功能。他们用Rh7替换了果蝇复眼内的Rh1（主要光传感器），发现Rh7是一个合适的替代品。接下来，研究人员建立了Rh7的表达模型，找到了它的定位——大脑中枢起搏神经元。

接下来，他们进行了一系列的行为验证，来论证Rh7对昼夜节律的调节作用。在一组实验中，科学家们将果蝇放置在12小时白天-12小时夜间的环境内，然后突然将白天延长至20小时。正常果蝇都表现出了时差反应，而Rh7缺失型突变果蝇的时差反应尤为激烈，甚至持续了很多天。

行为实验工具：果蝇活动监视器

Montell认为，假设果蝇大脑中枢的起搏神经元对应着哺乳动物眼睛内的某种特殊类型的细胞，表达Rh7的神经元可能等效于哺乳动物的ipRGCs。

哺乳动物视网膜神经节细胞（retinal ganglion cells，RGCs）接收来自视杆细胞和视锥细胞的信号，并将这些信号传送给大脑视神经。只有1%的RGCs具有内在感光功能（intrinsically photosensitive RGCs，ipRGC）。

ipRGCs细胞内含有黑素蛋白，虽然黑素蛋白不起图像形成作用，但是它们却牵引着昼夜节律。因此，Montell推断表达Rh7的果蝇大脑中枢起搏神经元在功能上应该相当于哺乳动物的ipRGCs。

一个感光元件为什么会出现在果蝇的大脑中枢？因为光线可以穿透覆盖在昆虫头部的薄角质层。但是人类大脑中的视蛋白又有什么作用呢？难道有足够的光线可以穿透人的颅盖骨，激活视紫红质？Montell和同事们希望进一步的研究将为大家找到答案。

原文标题：A rhodopsin in the brain functions in circadian photoentrainment in Drosophila