IF=63.7丨生物钟“有形指针”的发现及其节律调控机制

研究首先通过透明化染色成像发现小鼠大脑节律调控中枢SCN长有大量初级纤毛，进一步分不同时间点对SCN区切片染色，对纤毛数量和长度统计分析发现SCN纤毛具有明显的节律性变化规律，表现为在白天逐渐减少，晚上逐渐增多，与节律基因Cry1的振荡相位相反（图1）。此外作者还检测了其他长有纤毛的脑区和组织器官，发现纤毛并没有节律性变化，证明纤毛的节律性在SCN区具有特异性。

SCN长有初级纤毛并且具有节律性变化^[1]

接下来作者对SCN不同类型的神经元和纤毛进行共同标记染色，发现纤毛绝大多数存在于NMS神经元上（图2，A至C）。随后作者利用Nms-Cre小鼠构建了SCN纤毛特异缺陷的小鼠，对该小鼠进行倒时差的昼夜节律行为学评价，发现对照小鼠需要9-11天才能适应新的时间周期，而纤毛缺陷小鼠只需1-3天就能完全适应（图2，D至H）。

SCN纤毛缺陷小鼠倒时差适应加快^[1]

作者进一步通过单细胞荧光成像试验揭示了SCN纤毛缺失神经元间的耦合作用减弱，经河豚毒素（TTX）处理再洗掉后，无法恢复细胞间的同频共振，同时也失去了对温度的抵抗能力（图3）。因此，初级纤毛能够调控SCN区域神经元的通讯耦合过程。

纤毛维持SCN神经元的通讯耦合^[1]

进一步机制研究发现纤毛驱动了下游Hedgehog通路节律性的激活，通过敲除小鼠（Shh^fl/fl小鼠由赛业生物提供）阻断Hedgehog通路，出现了和SCN纤毛缺陷小鼠同样的表型，小鼠快速适应倒时差过程（图4）。更重要的是，用Hedgehog通路抑制剂处理后小鼠也具有同样的表型，该发现为节律调控新药研发开辟了新的路径。

靶向抑制Hedgehog通路小鼠倒时差适应加快^[1]

最后，作者发现纤毛及其下游Hedgehog通路调控了多个节律基因（Per1、Cry1、Bmal1、Clock）以及介导SCN耦合作用的神经肽（Vip、Avp、Grp、Prok2）的节律性表达（图5），进而维持了内部节律的稳定。

多个节律基因及介导SCN耦合作用的神经肽的节律性表达^[1]

综上，该研究首次发现了生物钟“有形”指针的存在，揭示了纤毛及Hedgehog通路调控昼夜节律的功能和机理。随着现代社会的快速发展，越来越多的人受到节律紊乱问题的困扰，表现为睡眠障碍等症状。由于缺乏对昼夜节律调节机制的认识，当前国际上尚未能研究出基于昼夜节律的有效治疗药物，该研究成果对昼夜节律本质的认识及昼夜节律紊乱疾病的治疗具有重要理论和实际意义。

赛业生物构建了Shh基因敲除小鼠与条件性基因敲除小鼠，更有活体小鼠已加入『红鼠资源库』，快至2周交付！