為什么會出現入睡困難？這種離子通道是關鍵

　　睡眠的秘密總是會不斷引起人類的好奇心。我們為什么需要睡覺？為什么會在夜晚昏睡，白天醒來？在我們身體內部，是不是有一只無形的手，每天在撥動時鐘，控制著每一次規律的作息？這些問題，同樣是很多神經生物學家孜孜不倦研究的課題。

　　來自上海交通大學Bio-X中心的研究人員發表了題為“Control of sleep onset by Shal/Kv4 channels in Drosophila circadian neurons”的文章，揭示了一種電壓門控鉀離子通道Kv4在睡眠調節中的作用，這是首次直接證明了Kv4在睡眠調節中所起的作用，同時也為“失眠癥”的相關研究提供了可能的思路。

　　這一研究成果公布在Journal of Neuroscience雜志上，由上海交通大學平勇研究員領導完成，第一作者為馮鴿。

　　在這項研究中，研究人員選擇了果蠅，這一在睡眠研究上經典的模式生物為研究對象。Kv4是一種電壓門控鉀離子通道，和神經元的復極化過程息息相關。當神經元放電時，這種離子通道會開啟，促使鉀離子外流。在果蠅中，整個電壓門控鉀離子通道超家族有Kv1-Kv4四個成員，它們在人類中也具有高度保守性。其中，Kv1（shaker）先后在果蠅和哺乳動物中被證明與睡眠存在直接關系。

　　課題的研究從行為學實驗開始。通常，當把果蠅放在早晨9點燈亮，晚上9點燈滅的環境中時，果蠅會在夜晚燈滅以后大約半小時后入睡。而把果蠅神經系統的Kv4敲除以后，研究者觀察到了一個特異性的現象——果蠅的入睡時間顯著性地推遲。

　　這樣的現象也就指示著，Kv4可能在入睡過程中起著重要的調控作用。于是，進一步的實驗更有針對性地選擇了一組已經被證實在入睡調控中作用關鍵的神經元——PDF神經元。PDF神經元的興奮會對睡眠起抑制作用，其分泌的PDF是一種神經肽，調控著果蠅的睡眠與節律。當使用GAL4/UAS系統對此區域神經元內的Kv4進行功能性敲除后，果蠅的入睡時間同樣發生了顯著的延遲現象。這也便說明，PDF神經元內的Kv4對于果蠅的入睡調控起著重要作用。

　　那么，這種使果蠅“失眠”現象背后的調控機制是什么？與神經元的興奮性之間存在著怎樣的關系呢？進一步的電生理實驗給出了答案。已有研究顯示，PDF神經元的興奮性在一天當中存在著固定的變化規律，通常在白天的放電頻率更高，而在夜晚時逐漸走低。

　　從某一天清晨開始之后的24小時，神經元的放電頻率和靜息膜電位大概呈現“U”型的曲線。通俗地來講，就是這部分神經元在傍晚的時候會變得不那么興奮，而恰恰這個時候，是Kv4更容易發揮作用的時刻。此時的Kv4通道會更容易開啟，也正是因為如此，當對Kv4進行功能性敲除后，果蠅才會明顯地體現出入睡時間的延遲。當然，由Kv4特異性介導的電流IA并不存在這樣的高低起伏變化規律，也就是說，在入睡這一過程中，Kv4更像一個“調控者”去參與調節過程。

　　此外，課題中更多的實驗證明，Kv4對神經元興奮性的調節過程，影響著PDF這一神經肽的分泌，并因此影響著入睡的過程。而在PDF通路下游的神經元內，Kv4的功能敲除同樣會引起“失眠”現象。此課題的研究首次直接證明了Kv4在睡眠調節中所起的作用，同時也為“失眠癥”的相關研究提供了可能的思路。