急性缺氧通过 sima/HIF-1α 调控昼夜节律诱发果蝇睡眠障碍：高原睡眠问题的新解

为探究急性缺氧诱导睡眠障碍的分子机制，研究人员以果蝇为模型开展研究。发现急性缺氧通过激活 sima/HIF-1α 扰乱昼夜节律引发睡眠障碍，Clock 信号可能是影响因素。该研究为相关机制提供新见解。

　　在高原地区，大气中的氧气浓度比低地地区明显降低。越来越多的人前往高原地区工作或休闲，然而，低海拔和高海拔地区氧气含量的显著差异，会迅速在人体内引发呼吸紊乱，还可能导致睡眠障碍。睡眠障碍会严重影响新陈代谢、认知功能等生理过程，还与心血管疾病、神经退行性疾病等患病风险增加有关。所以，研究缺氧诱导睡眠障碍的机制，对于提高处于急性高原环境人群的睡眠质量至关重要。

目前，虽然人们知道缺氧信号和昼夜节律之间存在关联，比如机体暴露在低氧环境中会出现睡眠障碍，这被认为与昼夜节律系统被打乱有关。而且也发现了 HIF-1α（缺氧诱导因子 1α，一种在缺氧通路中起关键作用的转录因子）和昼夜节律钟基因之间存在分子联系，但其中具体的分子机制仍不清楚。

在此背景下，研究人员开展了相关研究。他们以果蝇（Drosophila melanogaster）为实验模型，果蝇具有体型小、易饲养、繁殖快以及与人类基因相似度高等优点 ，其体内的 sima 基因是人类 HIF-1α 的同源基因，便于研究缺氧相关的分子机制。

研究人员用到的主要关键技术方法有：利用果蝇活动监测系统（DAMS）观察成年雌蝇的睡眠 - 觉醒情况；采用 qRT-PCR（实时荧光定量聚合酶链式反应）技术来量化果蝇头部 sima 和昼夜节律钟基因的相对 mRNA 表达水平 。

下面来看看具体的研究结果：

1. 急性缺氧减少果蝇睡眠时间：研究人员将 w¹¹¹⁸果蝇置于急性缺氧环境（2% O₂持续 24 小时）和缺氧预处理环境中。结果发现，急性缺氧会使果蝇在 24 小时内的睡眠时间减少，主要表现为白天和夜晚的睡眠时间缩短，总睡眠时间和睡眠片段长度也降低。这表明急性缺氧确实会导致果蝇出现睡眠障碍。
2. 急性缺氧对基因表达的影响：通过 qRT-PCR 检测发现，与常氧条件下的 w¹¹¹⁸果蝇相比，急性缺氧条件下的 w¹¹¹⁸果蝇，其 sima 和时钟基因在 ZT6（Zeitgeber Time 6，指生物钟时间 6 点）和 ZT12 时表达上调，在 ZT0 和 ZT18 时表达下调。这说明急性缺氧会影响这些基因的表达节律。
3. 不同突变体果蝇的睡眠和基因表达情况：常氧条件下，sima^KG07607果蝇（sima 基因功能特异性缺失的突变体）的睡眠指标与 w¹¹¹⁸果蝇相比，没有显著差异；而 clock^jrk果蝇（CLK 蛋白高度不稳定，昼夜节律被破坏的突变体）则表现出睡眠时间缩短、睡眠片段长度减少、睡眠潜伏期增加和活动量增加的现象。在急性缺氧条件下，sima^KG07607果蝇的睡眠和基因表达与常氧条件下相比，没有明显变化；令人惊讶的是，clock^jrk果蝇的睡眠和基因表达与 w¹¹¹⁸果蝇呈现出相反的趋势。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：急性缺氧通过激活 sima/HIF-1α 来扰乱昼夜节律，进而导致睡眠障碍的发生，其中 Clock 信号通路可能在这一过程中起到了促进作用。

该研究意义重大，它以果蝇为模型揭示了急性缺氧诱导睡眠障碍的分子机制，为深入理解高原环境下人类睡眠障碍的发生机制提供了新的视角，也为后续开发改善高原睡眠问题的干预措施提供了理论依据。这一研究成果发表在《Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology 》杂志上，为相关领域的研究做出了重要贡献。