睡眠周期影響幹細胞活性

最新 04-11

美國天普大學醫學院等單位的研究人員通過對果蠅的研究發現，睡眠-覺醒周期改變的同時，幹細胞活性也隨之改變，睡眠時間縮短，幹細胞分裂增加。而睡眠-覺醒周期受晝夜循環節律影響，因此，這一發現將環境晝夜節律、有機體行為和由幹細胞介導的組織完整性的維持聯繫了起來。

我們的生存環境在不斷改變，但唯一幾乎不變的是晝夜交替。光線在1天24小時中的節律性改變，直接或通過內源性生物鐘協調著許多生物學功能，包括基因表達、酶活性、各種細胞過程和行為表現，從而促使有機體適應環境。所有多細胞有機體日常需要完成的一項關鍵任務就是通過活性成體幹細胞來維持組織動態平衡。成體幹細胞通過規律的有絲分裂使有機體內的細胞得到更新，從而維持組織的完整性、確保其功能。既往研究顯示，幹細胞的活性受局部、全身及環境三種信號的影響。

美國天普大學醫學院聯合賓夕法尼亞大學Perelman醫學院的研究人員，共同研究了晝夜循環這個環境條件對成體幹細胞細胞分裂周期的調節作用。利用一種經典的幹細胞系統——果蠅精原幹細胞巢，研究人員探討了晝夜節律對生殖系幹細胞和體幹細胞分裂頻率的影響，這兩者都影響著雄配子的產生。在環境晝夜循環的驅動下，有機體得以形成睡眠-覺醒周期，研究人員還探討了睡眠-覺醒周期是否也控制著幹細胞功能。

果蠅精原幹細胞巢位於睾丸頂端，其中有兩種很好辨認的成體幹細胞——生殖系幹細胞（GSCs）和囊祖細胞（CPCs），它們都圍繞在支持細胞周圍。GSCs和CPCs在自我複製的同時也會分別進一步分化為成精原細胞和囊細胞。兩個囊細胞包圍一個成精原細胞就形成一個生殖系囊，而這就是精子的發生單位。

研究發現，雄性GSCs和CPCs的分化頻率有明顯的晝夜變化：白天，有絲分裂增加；夜晚則減少。因此，外部環境光亮-黑暗的交替也驅動著幹細胞活性的節律性變化。有意思的是，睾丸中隨著光線的轉變而產生了數種成分，提示睾丸細胞或許可以直接受光線影響。

睡眠促進因子SSS可維持果蠅的正常睡眠，研究顯示，在缺乏這一因子的SSS突變果蠅體內，GSCs分裂率會顯著增加，這一效果是通過GABA能信號通路所實現的。GABA（γ氨基丁酸）信號在哺乳動物和果蠅中都有促進睡眠的作用，SSS突變果蠅的GABA水平降低，而當其升高時，突變果蠅的睡眠時間就會得到極大延長，而此時GSC的活性也會略有降低。

該研究提示，睡眠和幹細胞調節機制間或許有所重疊，改變睡眠可影響GSC的分裂節律。