【新發現】

　　作者：杜旭飛（中國科學院腦科學與(yu) 智能技術卓越創新中心副研究員）

　　日出而作，日落而息。在人類行為(wei) 的背後，是生物鍾的調控。發育或許也是如此。日前，我國科學家以經典的視網膜-視頂蓋突觸為(wei) 模型，運用在體(ti) 雙光子長時程成像，發現了發育早期突觸形成速率存在晝夜節律性，為(wei) 生物鍾參與(yu) 調節動物發育過程奠定了重要理論基礎，為(wei) 認識神經環路連接建立的發育規律提供了重要實驗依據。

　　該研究由中國科學院腦科學與(yu) 智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室杜久林研究組完成，論文6月2日在線發表於(yu) 國際學術期刊《自然-通訊》上。

　　晝夜節律是生物體(ti) 的一種計時現象，通常受到外界環境因素（如光照和溫度）的影響，並以24小時為(wei) 周期進行振蕩。在生理條件下，生物鍾協調著神經、內(nei) 分泌、心血管、免疫、代謝以及較多其他生物係統的功能。然而，除了在諸如斑馬魚幼魚的細胞周期、果蠅的羽化以及哺乳動物腎髒器官形成中有少量報道外，關(guan) 於(yu) 生物鍾是否以及如何調節生物體(ti) 早期發育過程的認識相對匱乏。

　　為(wei) 了回答這一問題，研究人員選用斑馬魚幼魚的視網膜-視頂蓋突觸來探究神經係統發育中的關(guan) 鍵環節即“突觸發生”過程是否受到生物鍾的調節。斑馬魚是在體(ti) 研究早期發育過程的理想模式脊椎動物——它的視網膜-視頂蓋係統是在體(ti) 研究神經纖維和突觸發育的經典模型。

　　科研人員應用在體(ti) 光學成像技術，對同一個(ge) 活體(ti) 樣本中的同一個(ge) 對象進行長時程觀測，並對發育的動態過程進行細致觀察。科研人員前期工作建立了特異標記視網膜-視頂蓋突觸的轉基因斑馬魚模型，這項研究正是利用該模型，來探究突觸發生是否具有晝夜節律性。

　　研究人員將出生後的斑馬魚幼魚放在正常亮暗光照條件下，經過4天的訓練或牽引後，開展以6小時為(wei) 時間間隔、持續兩(liang) 天的長時程成像。分析發現，突觸數量的增長速率存在白天快、夜晚慢的晝夜振蕩。這一振蕩現象在亮暗光照牽引後轉入持續亮或持續暗的光照條件，或者經過反向的暗亮光照條件牽引後都能保持，而在生物鍾基因突變體(ti) 中消失，提示這一振蕩受到內(nei) 源生物鍾係統調節，具有晝夜節律性。之後，研究人員通過高時間分辨率成像分析突觸發育的動態過程，發現這一節律是由突觸形成而非突觸消除速率的晝夜差異所致。

　　進一步，科研人員發現突觸生長速率的節律性在下丘腦食欲素能神經係統功能阻斷後消失，提示該係統參與(yu) 調節突觸發育節律現象。該研究通過生物鍾基因突變或食欲素能神經元受體(ti) 突變破壞突觸發生的節律性，發現可以造成視網膜神經節神經元軸突分枝變大、複雜度降低，突觸數量減少、在軸突分枝區域中的密度降低和排布不均衡的結構變化；通過檢測突觸後視頂蓋神經元的感受野，發現其感受野發生了與(yu) 突觸前神經元軸突分枝變大相呼應的增大現象，即其視銳度功能發育受到影響。

　　該研究揭示了生物鍾對生物體(ti) 早期發育過程具有調節作用，擴展了生物鍾的功能譜；闡釋了神經係統環路發育過程中的新的調節機製。有評論認為(wei) ，這項工作發現的參與(yu) 睡眠-覺醒調節的下丘腦食欲素能神經元作為(wei) 生物鍾的下遊參與(yu) 調節此節律現象，為(wei) 探索生物鍾與(yu) 睡眠-覺醒的相互作用以及生物鍾的輸出路徑提供了新的研究思路。

　　《光明日報》（ 2023年06月15日 16版）