褪黑激素如何助眠?钾离子通道是关键

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由人类大脑松果体所分泌的褪黑激素 (melatonin) 是控制睡眠的分子,在国外也被合成贩售,用以调整时差或助眠。已知褪黑激素的分泌与日照相关,仅在夜间有较多分泌,并且了解褪黑激素与受体蛋白 (receptor) 结合之后会透过 G 蛋白进行细胞内讯息传递,活化细胞功能,但更下游的目标蛋白尚未被发现。所以褪黑激素与受体结合后,实际帮助大脑睡眠的关键步骤仍未可知。

2020 年康乃狄克大学 Zhao-Wen Wang 与 Bojun Chen 研究员的团队利用线虫 C. elegans 进行褪黑激素相关研究,发现褪黑激素会借由与线虫脑中的 MT1 受体特异性结合,活化下游被称为 BK channel 的钾离子通道,使神经传导物质的分泌减少。透过基因敲除实验可以发现在单独失去没有 MT1 受体或是 Slo1 通道蛋白基因的情况下,褪黑激素都无法有效帮助线虫进入睡眠状态。而在线虫中进行外来基因表达,测试后发现人类的 MT1 受体基因与  Slo1 基因扮演相同功能。

即便是线虫或是果蝇等模式动物与人类看似相差甚巨,牠们也具有睡眠、代谢、生长等功能,在果蝇中进行的神经学实验也帮助了许多学习与记忆相关机制的解密。在线虫上发现了褪黑激素如何利用 G 蛋白活化型受体改变钾离子通道活性,减少神经细胞间的传导物质释放,达到放松脑神经并促进睡眠的效果,相信能在未来对于神经或精神性失眠的研究与治疗发展有帮助,并能够加强褪黑激素作为睡眠辅助剂的安全性与有效性相关的评估。

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参考资料:

  1. https://www.pnas.org/content/117/40/25128
  2. https://today.uconn.edu/2020/11/worms-reveal-melatonin-promotes-sleep/

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