一切都是关于时间:昼夜节律和行为

任何曾经尝试过彻底改变自己睡眠时间的人(比如,从白天工作到晚上工作)都知道,这是我们能承担的比较困难的生理任务之一。甚至将睡眠模式改变几个小时(比如跨国旅行者所经历的轮班)也会造成干扰,这足以让我们感到疲劳、思维模糊和脾气暴躁。但为什么我们在日常生活中如此死板呢?为什么我们不同的身体对我们的生物钟仅仅几个小时的调整如此敏感?也许这是因为数百万年的进化导致了每天的生物钟调整得如此精确,以至于这种敏感性具有适应性。

昼夜(从拉丁语“周围”和“日”)节奏是围绕每日循环的内源性生物模式。它们存在于所有寿命超过一天的生物体中。它们是适应性的,在某种意义上,它们允许生物体根据一天中的时间预测环境的变化,而不仅仅是被动的受害者。因此,为了培养这种准备,它们通常涉及许多生理活动的协调,如进食/饮水行为、激素分泌、运动活动和温度调节。

哺乳动物大脑的主要核心,位于下丘脑,被称为supachiasmatic nuckus.(SCN)负责在哺乳动物中扮演计时大师的角色。当SCN受损时(如啮齿动物),它会导致昼夜节律的完全中断。这些动物会表现出不遵守每日时间表,随机睡觉和醒来(尽管每天睡觉的总时间仍然相同)。

SCN接收来自视网膜中神经节细胞的信息,这使其能够评估它是否是浅或暗的,并将其同步与昼夜进度保持在暗状态。但是,它不是完全依赖于保持时间的视觉输入。许多其他环境提示,例如食物可用性,社会互动和有关物理环境(除光)的信息被认为在SCN维持常规日常节律的能力中发挥着重要作用。

虽然SCN是昼夜节律的中心,但似乎许多单独的细胞不是由SCN直接控制的。相反,他们被认为保持自己的时间保时机制。被称为外围振荡器,这些细胞存在于整个身体的多个器官中,并且可以对环境提示和SCN的信号敏感。

那么,SCN的神经元实际上是如何“保持时间”的呢?它们似乎是由一个由自然负反馈机制组成的基因表达周期控制的。下面是该机制的简化版本。SCN细胞产生一种名为CLOCK的蛋白质(昼夜节律运动输出周期kaput)。这种蛋白与另一种蛋白BMAL1结合,作为转录因子,驱动蛋白周期(PER)和隐花色素(CRY)的合成。当产生大量的PER和CRY时,它们会形成一个复合物,抑制CLOCK/BMAL1的活性——从而抑制它们自己的生成。逐渐地,PER和CRY蛋白降解,使CLOCK和BMAL1开始再次促进PER和CRY的产生。这个周期通常需要大约24小时才能完成,然后再重复,这使得SCN中的时钟可以按照规律的昼夜节律振荡。

SCN的紊乱会导致破坏性的睡眠问题,比如早睡和醒觉综合症(早睡和醒觉)或晚睡综合症(偏爱晚上和晚睡)。现在越来越多的注意力集中在功能失调的昼夜节律系统在已经确认的行为问题中可能发挥的作用上。最近的一次回顾在公共科学图书馆遗传学研究昼夜节律紊乱对抑郁症等疾病的潜在影响精神分裂症,甚至自闭症。

所有主要情感障碍中存在昼夜振荡,包括抑郁症,双相障碍和精神分裂症。虽然在这些障碍中的精确角色昼夜节律效果尚不清楚,但它可能很大。这是由睡眠模式的影响因其可能对这些疾病的主要症状的影响来支持。例如,已经证明睡眠剥夺具有患者的抗抑郁作用(虽然短暂的)。和一些情感障碍,如季节性情感障碍,似乎在一天的长度和塑造情绪状态的基础上。

自闭症谱紊乱(ASD)与低褪黑激素水平相关,并且负责合成褪黑素的基因被认为是自闭症的易感性基因。具有这种基因的突变形式的小鼠表现出社会互动,焦虑和癫痫发育的增加的缺陷。假设ASD中的行为问题可能受到个人昼夜时钟的失败,以有效地注意到社会和环境线索的影响。

一些计时基因的变异,如PER1、CLOCK和CRY已经被发现与行为障碍有关。目前尚不清楚这些变异是病因、促成因素还是与疾病无关。然而,考虑到昼夜节律紊乱对我们日常生活的影响,研究它们对病理的影响似乎是合乎逻辑的。

Barnard,A.R.,Nolan,下午,费舍尔,伊斯芬(2008)。当时钟变坏时:昼夜扰动的昼夜时序的神经热爱后果。Plos Genetics,4(5),E1000040。DOI:10.1371 / journal.pgen.1000040

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