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睡眠与肥胖症

2013-10-17 10:10 作者:袁越来源:三联生活周刊 2013年第42期
人在睡觉时不能吃饭,吃饭时没法睡觉,有证据表明动物很可能用同一套系统来控制这两种行为。

果蝇和小鼠是生物学家们最喜欢使用的两种实验动物,因为它们的身体结构和行为都足够复杂,基因也已经被研究得非常透彻了。相比之下,细菌的基因组虽然也被研究得很透彻,但细菌太简单了,人类的大部分行为它们都没有,研究成果很难推广。

比如,果蝇也会像人一样暴饮暴食,变成一个“胖苍蝇”。很早就有科学家利用这一点,用果蝇作为模型动物来研究导致肥胖的遗传因素。其中,一个名为sNPF的神经多肽引起了大家的注意。顾名思义,这是一个由神经细胞分泌的肽分子,这类分子通常由几十个氨基酸组成,专门负责在神经细胞之间传递信息,或者向体内的其他细胞发出指令。不少证据显示,这个sNPF与果蝇的进食行为密切相关。一位韩国科学家在2012年8月出版的《公共科学图书馆杂志遗传分册》(PLoS Genetics)上发表过一篇论文,证明如果通过遗传手段人为地增加sNPF基因的活性,可以让果蝇食欲大增,体重自然也就上去了。与此相反,如果降低该基因的活性,果蝇的食欲则会相应地下降。

既然如此,如果能发明出一种药,特异性地降低sNPF基因的活性,是不是就能帮助减肥呢?答案不是这么简单。首先我们需要知道人体内是否也有这个基因,幸好研究证明答案是肯定的,包括人类在内的所有哺乳动物体内都含有一个和果蝇的sNPF基因功能类似的同源基因,学名叫作NPY。第一个问题解决了。

第二个问题是,这个NPY基因是否也能够导致人类暴饮暴食呢?要想知道这个问题的答案,显然不能拿人来做实验,只有去麻烦一下和人类亲缘关系很近的小鼠了。实验结果表明,降低该基因的活性同样可以让小鼠食欲降低,从而达到减肥的目的。

要想以此基因或者其受体为靶点制成减肥药,光有上面两条还不够,还必须知道该基因是否还有其他副作用。实验证明还真有,NPY基因编码的神经多肽除了能够调节小鼠的新陈代谢之外,还能影响小鼠的睡眠节律。

这个结果一点不奇怪。从进化论的角度看,睡眠和觅食这两种行为占用了动物的大部分时间,两者互相竞争有限的时间资源。生活经验也告诉我们,新陈代谢紊乱的人往往睡眠习惯也不好,这方面可以找到很多案例。问题在于,新陈代谢和睡眠习惯之间的关系非常复杂,一句话解释不清楚,而NPY基因到底在其中扮演怎样的角色也未搞清,在此之前是不能随便开药方的。

既然如此,那就再去麻烦一下果蝇,研究一下sNPF基因是否会对果蝇的睡眠行为带来影响。美国布兰代斯大学(Brandeis University)的生物学家莱斯利·格里菲斯(Leslie Griffith)博士决定接受挑战,看看如果把果蝇的sNPF基因关掉会有什么结果。这个实验听起来似乎很复杂,但对于果蝇来说却只是一个常规小手术,这就是为什么生物学家们都喜欢果蝇的主要原因。

具体说,研究人员在果蝇的神经系统里引入了一个“温控阳离子通道”(Warmth-activated Cation Channel),当环境温度低于22摄氏度的时候这些神经细胞就被该通道激活,大量分泌sNPF神经多肽。当环境温度高于26摄氏度的时候这些神经细胞就被抑制,停止分泌sNPF。这样一来,研究人员就可以很方便地通过控制环境温度来控制sNPF基因的活性,而且可以很容易地在两者之间互换。

实验结果让科学家们大吃一惊,当环境温度低于22摄氏度时,这些果蝇都仿佛变成了瞌睡虫,随时随地都能睡着,而且睡得很死,只有实在饿得不行的时候才醒来,随便吃几口饭就又再次入睡。当环境温度高于26摄氏度时,这些果蝇的吃饭和睡觉节奏便都恢复了正常,看不出太多的后遗症。

格里菲斯教授将研究结果写成论文,发表在《神经元》(Neuron)杂志2013年10月刊上。她在评价这个实验结果时认为,sNPF基因对于果蝇睡眠的影响是如此强烈,说明这个多肽分子除了能够调节果蝇的新陈代谢速率外,很可能也是促使果蝇进入睡眠状态的重要信号分子。这个结论再次说明动物的新陈代谢和睡眠节奏是绑在一起的两种性状,彼此互相影响,难以分离。

接下来,格里菲斯教授打算将主要精力放到sNPF基因的促睡眠功能上来,试图搞清其背后的生化机制,为减肥药的研发扫清障碍。在此之前,我们只需记住睡眠质量会影响新陈代谢,要想保持身体健康,一定要睡好。

 

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