《iScience》：Circadian pacemaker dynamics differ between diurnal and nocturnal mammals
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昼行性和夜行性哺乳动物被认为共享一个功能等效的视交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN），即中枢昼夜节律起搏器，因为标准测量在物种间看起来大致相似。然而，粗读不能测试SCN何时可以被重置，或者时间如何在SCN空间内协调。研究人员使用长
昼行性和夜行性哺乳动物被认为共享一个功能等效的视交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN），即中枢昼夜节律起搏器，因为标准测量在物种间看起来大致相似。然而，粗读不能测试SCN何时可以被重置，或者时间如何在SCN空间内协调。研究人员使用长时间离体记录、光遗传学扰动和单细胞钙相位映射，比较了夜行性实验室小鼠（Mus musculus）和昼行性四纹草鼠（Rhabdomys pumilio）的网络动力学。Rhabdomys的SCN分子时钟节律表现出比Mus更长的内在周期，并达到与每日刺激不同的相位关系。在定义的昼夜节律时间直接刺激SCN产生了物种特异性的重置反应，包括在Mus反应最小的时间段，Rhabdomys表现出明显的中主观日延迟。钙相位映射揭示了Rhabdomys中从背内侧到腹外侧的渐进式梯度，以及Mus中更锐利的转变。因此，粗SCN相似性并不一定意味着跨物种起搏器动力学的保守性。
**昼夜节律起搏器动力学跨物种差异：昼行性与夜行性哺乳动物的SCN网络比较研究解读**
**研究背景与动机**
昼夜节律是生物体近24小时的内在节律，由中枢昼夜节律起搏器——视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）协调。哺乳动物占据不同的时间生态位，昼行性动物白天活跃，夜行性动物夜间活跃，这种差异影响睡眠-觉醒、摄食等行为输出的时间。虽然光照等环境信号可调整SCN网络定时，但大多数关于SCN功能的机制研究来自少数夜行性啮齿动物模型，因此昼行性哺乳动物是否共享相同的内在SCN网络动力学尚不明确。此前，因夜间活动与日间活动哺乳动物均能同步于光暗周期，且粗读指标（如SCN时钟基因表达、多单位电活动记录、代谢读数）在昼夜物种间大致相似，学界普遍认为昼行性和夜行性差异主要源于SCN上游或下游回路，而非SCN本身。然而，这些粗读缺乏连续记录、受控扰动和单细胞空间映射能力，无法揭示内在重置规则或网络定时协调规则是否相同。本研究旨在通过直接比较夜行性实验室小鼠（Mus musculus）和昼行性四纹草鼠（Rhabdomys pumilio）的SCN内在动力学，检验粗SCN相似性是否掩盖了起搏器动力学差异。
**关键技术与方法**
研究人员采用离体器官型SCN切片培养，通过腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV）介导Per2-ELuc（生物发光分子时钟报告基因）和ChrimsonR（红移光遗传学激活剂）表达，进行长时间生物发光记录（5分钟/次）和光遗传学刺激（10 Hz，30分钟，625 nm）。单细胞钙成像使用GCaMP6s（遗传编码钙指示剂），以15分钟间隔采集48-120小时。免疫组化检测c-FOS（SCN激活标记）和PER2（核心时钟蛋白）。相位响应曲线（phase response curve, PRC）通过周期性谐波回归拟合。空间相位映射采用基于地标变形的图谱配准和聚类置换推断。动物样本来源：Mus来自Jackson实验室C57BL/6J品系，Rhabdomys来自普林斯顿大学Mallarino实验室建立的种群（源自南非Goegap自然保护区）。
**主要研究结果**
**Coarse phase profiles of SCN activity and the molecular clock are similar across species**
通过免疫组化分析ZT 0、6、12、18时间点的c-FOS和PER2标记，发现两种物种SCN中c-FOS在光照期最高，PER2在黄昏最高，相同时间点粗相位轮廓相似，证实了宏观SCN相似性，但未揭示内在动力学差异。
**Species differences in SCN molecular clock period and stabilized timing relative to daily stimulation**
离体SCN切片Per2-ELuc记录显示，Rhabdomys的自由运转周期显著长于Mus（均值差异，Welch's t检验，p<0.0001），但振幅无差异。在每日相同光遗传刺激（30分钟/天，≥5天）下，Rhabdomys的绝对刺激-峰值偏移显著大于Mus（Welch's t检验，p=0.0007），表明两个物种SCN分子时钟在相同刺激下稳定于不同相位关系。
**Species differences in SCN molecular clock phase resetting**
构建单次光遗传刺激的PRC发现，Rhabdomys的PRC形状与Mus显著不同（动物区组置换检验，p=0.0005）。Rhabdomys的提前区面积更大（Holm校正p=0.0240），提前区中心相位更早（CT 23.32 vs. 0.82，p=0.0060），延迟区中心相位也更早（CT 11.18 vs. 15.05，p=0.0040）。在早期主观日（CT 2-8，经典“死区”），Rhabdomys表现出显著延迟，而Mus响应接近零（动物区组置换检验，p=0.0064），说明直接SCN扰动可揭示物种间重置差异。
**Species differences in phase resetting are not driven by period shifts**
周期响应曲线（τRC）形状在物种间无差异（动物区组置换检验，p=0.0970），且相位偏移与周期偏移协变斜率在物种间不显著（ANCOVA交互作用，p=0.9984），表明PRC差异并非由物种特异性周期调制驱动。
**Spatial organization of SCN calcium rhythm phase differs by species**
单细胞钙成像（GCaMP6s）图谱显示，Mus中相对相位从背内侧到腹外侧呈锐利转变，而Rhabdomys呈渐进式梯度。聚类置换检验识别出一个位于中间区域的空间簇（簇校正p=0.00024），该区域Rhabdomys相位提前约2.1小时（Watson-Williams检验，p<0.001），而簇外无差异。沿背内侧-腹外侧轴的定量分析证实Rhabdomys为渐进式相位变化，Mus为锐利转变（重复测量ANOVA，物种效应p=0.013，交互作用不显著）。
**讨论与结论**
本研究通过离体SCN切片排除视网膜输入和下游靶标影响，直接证明粗SCN相似性（如c-FOS和PER2时间点免疫组化）不意味着功能等效。Rhabdomys SCN分子时钟周期更长，且相同刺激下达到不同稳定相位；PRC形状差异提示主观日重置能力强于Mus，且该差异可源于SCN网络本身。钙相位空间组织差异表明，Rhabdomys中背内侧-腹外侧相位渐进变化与Mus的锐利转变形成对比，中间区域相位差异最大，可能对应精氨酸加压素（arginine vasopressin, AVP）与血管活性肠肽（vasoactive intestinal peptide, VIP）富集区之间的过渡区或胃泌素释放肽（gastrin releasing peptide, GRP）富集区。研究结论：尽管粗读指标相似，昼行性Rhabdomys与夜行性Mus的SCN在内在动力学和网络组织上存在实质性差异，时光生态位相关差异不一定仅源于SCN上游或下游，SCN内在动力学应纳入比较模型。研究人员强调，动物是复制单位，PRC分析采用连续函数和动物区组重采样，钙相位分析采用动物级图谱推断，以控制统计功效。研究局限性：未设计检测性别效应，离体切片缺少体内反馈，病毒转导可能非完全一致，空间推断受分辨率限制。
