基因FABP7是人类正常睡眠所必需的

在一项新的研究中，来自美国华盛顿州立大学的研究人员发现一种特定的基因如何参与三种不同的动物（包括人类）经历的睡眠质量。这种基因和它的功能为科学家们探究睡眠如何发挥作用和动物为何迫切地需要睡眠开辟一种新的途径。相关研究结果发表在2017年4月5日的Science Advances期刊上，论文标题为“Normal sleep requires the astrocyte brain-type fatty acid binding protein FABP7”。

论文通信作者、华盛顿州立大学埃尔森-弗洛伊德医学院助理教授Jason Gerstner说，“睡眠必需发挥着某种重要的功能。但是作为科学家，我们仍然不能够理解这种功能是什么。一种更接近于发现这一点的方法是理解它是如何受到调节的，或者哪些过程在不同动物物种中都存在。”

当作为美国威斯康星大学的一名博士生时，Gerstner就研究了哪些基因的表达在醒睡周期（sleep-wake cycle）发生变化，结果发现在小鼠整个大脑中，FABP7基因的表达在一天中发生变化。

Gerstner和他的同事们观察到相比于具有完整FABP7基因的正常小鼠，这种基因遭受敲除的小鼠睡觉时更容易醒。这提示着这种基因是哺乳动物正常睡眠所必需的。

为了观察FABP7是否确实人类正常睡眠所必需的，Gerstner和来自日本的同事们研究了来自将近300名日本男性的数据，这些男性接受为期7天的睡眠研究，包括分析他们的DNA。结果发现他们中的29人具有基因FABP7变异体。正如那些基因敲除小鼠那样，这29人往往睡觉时更容易醒。尽管他们具有与其他男性一样的睡眠量，但是他们的睡眠并不好，这是因为当他们应当睡眠时，他们醒来多次。

最终，这些研究人员构建出转基因果蝇。他们将发生突变的和正常的人FABP7基因插入到果蝇的星形胶质细胞（神经胶质细胞的一种）中。长期以来，神经胶质细胞（glial cell）被认为仅是给神经元（大脑中的信息处理者）提供支持作用。但是科学家们最近已发现如同神经元那样，神经胶质细胞释放神经递质和控制行为。

为了监控这些果蝇的睡眠，这些研究人员使用一种商业的“果蝇活动监控器（Drosophila Activity Monitor）”：利用红外光束自动地记录活动变化以便确定果蝇是睡着还是醒着。如果这种红外光束持续至少5分钟，那么这种监控器就作出结论：果蝇睡着了。结果证实携带发生突变的FABP7基因的果蝇在正常的睡眠时间期间更加频繁地中断这种红外光束。正如缺乏发挥正常功能的FABP7基因的小鼠和人类那样，FABP7发生突变的果蝇睡觉时更容易醒。

Gerstner说，“这提示着在这三种物种的星形胶质细胞中存在着某种调节深度睡眠的内在机制。”

再者，他说，“我们首次真正地对一种特定的细胞和分子通路在这三种物种中的复杂行为中发挥的作用获得新的见解。”

特别令人关注的是，果蝇已在地球上存在了大约6000万年。

Gerstner说，“这提示着我们发现了一种在进化过程中持续存在的古老机制。”

尽管这些研究人员对发现一种强烈地影响睡眠的基因感到激动人心，但是他们强调几乎可以肯定的是，其他的基因也参与这个过程。

FABP7蛋白参与“脂质信号转导（lipid signaling）”，将脂肪运送到细胞核中以便激活控制生长和代谢的基因。如今，Gerstner和他的同事们将观察这种功能可能如何与关于睡眠为何重要的当前理论存在交叉。这些理论包括睡眠对神经元活性、能量使用与储存、记忆与学习是重要的。