在神经系统中，NMDA受体是一类重要的谷氨酸受体，各种研究证实，它们的激活对于学习记忆、睡眠、节律等行为都起到关键作用。神经元在静息状态时，Mg2+会结合于NMDA受体将其“锁定”，也就是说，此时即使神经递质谷氨酸释放也无法使受体激活并引起Ca2+内流。而Bio-X中心平勇课题组近期的一项研究显示，当这种Mg2+的锁定作用失效时，果蝇会展现出明显的节律活动失调，相关结果发表于睡眠研究的专业期刊《SLEEP》中。
对于果蝇而言，它们具有独立于自然界光周期的自身节律，即使在没有光周期的全黑环境下，依然能展现出活动的周期性。此外，它们的节律还体现在，如果生存在12L:12D的白昼交替环境中，在灯亮和灯灭之前，果蝇会展现出活动的明显增加，这种现象被称作早晨的预判和夜晚活动峰。2017年的诺贝尔奖颁发给了三位果蝇节律分子机制的发现者，使大众开始关注节律这一生理现象。而本课题中的研究显示，当使用突变体dNR1(N631Q)令果蝇神经元内的Mg2+对NMDA受体的锁定作用失效时，果蝇在全黑环境中完全丧失了周期性节律，且在12L:12D环境下早晨的预判现象明显的减弱，夜晚活动峰提前产生。这也就意味着，Mg2+对于NMDA受体发挥正常生理功能起到了关键的作用。
果蝇的神经系统内大约有150个节律神经元，其中，一些神经元可以分泌一种名为色素驱散因子PDF的短肽，并作用于下游神经元的受体PDFR，这条信号通路被证实在调节果蝇节律中起到关键作用。当通过转基因手段驱动dNR1(N631Q)在所有的节律神经元以及表达PDFR的神经元内表达时，同样观测到了类似的节律失调现象，指示着这些节律神经元是Mg2+对于NMDA受体在节律行为中发挥作用的关键因素。
Mg2+的锁定作用异常所造成的直接结果是神经元内Ca2+流的异常，本课题中，当在神经元内过表达Ca2+螯合剂PV蛋白可以明显的挽救果蝇行为上的节律异常。也就是说，过量的Ca2+流是引起节律异常的一个重要原因。而进一步的实验显示，由钙调素参与的Ca2+/CaM/PDE1c信号通路可能通过cAMP第二信使与PDF/PDFR相联系，在突变体异常节律行为中起到作用。
详细结果可参阅文章NMDA Receptor-mediated Ca2+ Influx in the Absence of Mg2+ Block Disrupts Rest:activity Rhythms in Drosophila （Sleep. 2017 Oct 3. doi: 10.1093/sleep/zsx166），该课题主要与南通大学/北卡大学合作发表。
作者， 冯鸽
