睡眠剝奪對生物時鐘週期節律、鐘控基因活性表現及相關神經化學物質功能調節之影響---分子影像、超微結構暨細胞生化學研究

慢性睡眠不足或睡眠剝奪為現今工商社會中，廣泛存在影響人類健康的重要問題。
睡眠缺乏將導致腦部功能及生理行為發生改變，包括許多重要酵素暨神經傳導物質的減
少、神經興奮性(neuronal excitability) 受損或約日週期(circadian rhythmicity) 失去平
衡。先前的研究已證實，哺乳類約日週期調控中樞(生物時鐘) 位於前下丘腦(anterior
hypothalamus) 之視交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)。視交叉上核神經元具有以
24 小時為振盪週期之自發性活性(spontaneous electrical activity)，且此活性由鈉離子流
(sodium ion current) 進出細胞而調節。透過視交叉上核廣泛的投射，此自發性振盪頻率
可直接影響諸多自主神經核的功能運作，包括荷爾蒙的分泌(hormonal secretion) 與睡
眠－清醒週期的運行(sleep-wake cycle operation)。學者研究指出，視交叉上核的神經輸
出訊號由核區內鐘控基因(clock-controlled genes, CCGs) 所合成。鐘控基因的週期性振
盪活性(rhythmic oscillation) 在約日週期的調控機制上，扮演相當重要的角色。然而，
就我們所知，目前學界對睡眠剝奪後，視交叉上核之形態變化幾無所知；另一方面，睡
眠剝奪對約日週期調控系統內，分子與相關神經化學物質活性表現之潛在影響，仍舊付
之闕如。緣此，本計畫預計以三年的時間，逐年依次探討(1) 睡眠剝奪對視交叉上核超
微結構改變暨鈉離子流濃度分布表現之影響。研究擬分別使用電子顯微鏡(electron
microscopy) 與飛行式二次離子質譜儀(TOF-SIMS) 分別觀察相關形態暨分子影像的表
現(2) 結合RT-PCR 與定量組織化學、定量免疫組織化學法，分別在mRNA 及蛋白層
次上，深入偵測約日週期調控系統內數種重要鐘控基因蛋白的活性表現，藉以闡明睡眠
剝奪對神經化學運作機制的影響，與(3) 利用褪黑激素(melatonin) 注射，詳加釐清褪
黑激素是否具保存(conserve) 約日週期恆定之神經保護功能(neuroprotective effects)。
藉由此計畫的逐年實行，不僅可以提供學界清晰且詳實有關睡眠剝奪破壞約日週期調控
的形態學、分子影像學暨細胞生化學證據，同時尚對褪黑激素於保護約日週期運作的功
能層面上有所了解。我們希望透過此三年期計畫的順利推動與執行，能有效增進學界對
約日週期調控機制之認識，同時亦對臨床上使用褪黑激素作為預防或治療因睡眠剝奪導
致的週期失調病變(sleep related circadian disorder) 有所幫助。