PNAS：生物钟也有四季变迁

　　

生物通报道：日本RIKEN的Toru Takumi领导研究团队揭示了动物大脑记录季节更替的关键机制。他们发现，大脑生物钟上铭刻着日长（白昼长度）的季节性改变。这项研究发表在六月二十九日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

动物和人类都必须适应地球上的四季变迁，而这种适应是通过视交叉上核（SCN）实现的。SCN是控制昼夜节律的大脑区域，特定生物钟基因在这一区域以24小时为周期循环表达。不过，并不是所有SCN神经元都遵循同样的节奏。SCN背侧和腹侧区域彼此有些不协调，随着日长的增加它们之间的差异也越来越大。

研究人员对长日照环境（long-day）和短日照环境（short-day）的小鼠进行研究，在它们SCN的背侧和腹侧检测了生物钟基因Bmal1的表达水平。研究显示，long-day小鼠SCN背侧和腹侧的Bmal1水平不协调，而short-day小鼠这两个区域的Bmal1水平是同步的。进一步分析表明，SCN背侧不协调是日长增加造成的。（延伸阅读：Science：生物钟是怎样设定的）

研究团队发现，神经递质GABA在这一过程中起到了重要作用。在绝大多数情况下GABA抑制神经元活性，不过有些SCN神经元实际上是被GABA激活的。“当神经元中的氯离子水平高时，GABA就起到激活作用。我们认为GABA的这种功能转变，导致了两个神经元群体彼此不同步，”文章第一作者Jihwan Myung解释道。

当GABA活性被阻断时，long-day小鼠SCN的这种不同步就会消失，这说明GABA对背侧SCN有特殊的影响。研究人员又对基因Nkcc1和Kcc2进行了检测，这两个基因分别负责氯离子的输入和输出。研究显示，在long-day小鼠的SCN背侧，Nkcc1和Kcc2的表达比例发生了改变，使更多氯离子进入神经元，而GABA在这里起激活作用。如果阻断氯离子的输入，long-day小鼠的SCN就不会出现不协调。

“与其他动物一样，我们人体也在记录着四季更替，”Myung说，“如果某个季节的日长突然发生改变，就会对我们产生影响，有些人甚至会出现严重的心境障碍。”

 

生物通编辑：叶予

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