生物為了適應(yīng)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的晝夜更替而演化出了生物鐘，它也被稱為晝夜節(jié)律。

“事實上，生物鐘普遍存在于人類、動物、植物甚至是微生物當(dāng)中?！崩罨燮G介紹，生物鐘的中樞位于大腦下丘腦視交叉上核SCN區(qū)，它能夠接受外界環(huán)境信號的刺激，通過神經(jīng)投射和遞質(zhì)分泌，以中樞帶動外周的方式來協(xié)同外周各個器官的生物鐘，進而調(diào)控機體的多種重要生理功能。

生物鐘的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性與人類的健康是息息相關(guān)的，一旦打亂，它會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，嚴(yán)重時會導(dǎo)致腫瘤、糖尿病等重大疾病。因此，揭示生物鐘的本質(zhì)，進而實現(xiàn)對生物鐘的精準(zhǔn)調(diào)控，是亟待解決的重大科學(xué)課題。

“我們課題組前期一直關(guān)注一個特殊的細(xì)胞器'初級纖毛’，它是由中心體向外長出的一個'天線樣’的結(jié)構(gòu)，而且每個細(xì)胞只有一根，它能夠感知外界多種信號的刺激，人們常常把它形象地稱為'細(xì)胞天線’?！闭撐墓餐谝蛔髡?、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院副研究員涂海情介紹，他從2014年開始就主要圍繞初級纖毛和疾病發(fā)生開展系列研究。

直到2018年，在一次意外的自由探索中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在小鼠大腦視交叉上核SCN區(qū)，這個比芝麻粒還小的腦區(qū)，大概只有2萬個細(xì)胞組成，上面有大量的初級纖毛。更有意思的是，這些纖毛白天逐漸減少，晚上逐漸增多，即使在持續(xù)黑暗環(huán)境中，纖毛的這種節(jié)律變化仍然存在。研究人員推測，這就代表著纖毛的節(jié)律性是機體內(nèi)在固有的，并不受外界環(huán)境的影響。

隨后，研究人員對纖毛進行48小時動態(tài)成像。纖毛在早上7時長到最長，晚上7時消失到最短，呈現(xiàn)24小時伸縮一次的動態(tài)變化，可以動態(tài)指示出生物鐘的變化。

接著，研究人員進行小鼠實驗?！耙吧托∈罅?xí)慣晝伏夜出，白天休息，晚上活動。通過改變給光時間，把時間提前8小時，讓小鼠模擬倒時差。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正常小鼠需要8～10天才可以逐漸適應(yīng)外界環(huán)境。而當(dāng)纖毛缺失時，小鼠在1天之內(nèi)就能適應(yīng)。把時間周期滯后8小時，也可以看到同樣的現(xiàn)象?！崩罨燮G介紹。

基于原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，研究人員篩選了一種可以對初級纖毛精準(zhǔn)調(diào)控的小分子藥物。對“倒時差”的小鼠給藥，只需要1天小鼠就能適應(yīng)新的時間周期。

為更進一步探討現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，研究人員分離了小鼠的SCN腦區(qū)，進行活體單細(xì)胞成像實驗。研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，在正常生理條件下，纖毛能夠帶動整個SCN腦區(qū)的神經(jīng)元細(xì)胞“同頻共振”，從而可以最大程度抵抗外界環(huán)境的干擾。而當(dāng)纖毛缺陷時候，細(xì)胞之間的“通信”大大減弱，細(xì)胞各自為營，不能實現(xiàn)共振，這時身體的節(jié)律就很容易受外界環(huán)境影響。

有意思的是，課題組之前主要從事細(xì)胞生物學(xué)方面的研究，這次的發(fā)現(xiàn)卻是在腦科學(xué)領(lǐng)域。因此，這是一次探索性的、學(xué)科交叉的創(chuàng)新研究。

“這個課題完全是興趣引導(dǎo)的?！崩罨燮G回憶，“起初我們關(guān)注初級纖毛，主要是研究它在胚胎發(fā)育方面的功能。后來我們看文獻(xiàn)報道得知，在成體的神經(jīng)元里也會長初級纖毛，但功能并不知道。這一下就引起了我們的興趣。當(dāng)時我們研究了各個腦區(qū)，發(fā)現(xiàn)在大腦節(jié)律調(diào)控中樞視交叉上核SCN區(qū)也長有初級纖毛。于是，研究從SCN腦區(qū)起步?！?br>
神經(jīng)行為學(xué)的實驗周期往往特別長，一個周期基本是2～3個月，操作過程又非常復(fù)雜和精細(xì)，出現(xiàn)一點差錯，幾個月的工作就歸零了。

比如，實驗動物的晝夜節(jié)律很容易受外界環(huán)境干擾，必須有一個特殊的實驗動物房：嚴(yán)格不透光，不能有聲音。研究院層層協(xié)調(diào)買設(shè)備、研究人員自己糊黑紙改造動物培養(yǎng)箱，努力搭建體系，最后成功把小鼠馴化出12小時休息、12小時活動的正常節(jié)律行為。

再比如，SCN腦區(qū)位置特別深，體積又特別小，操作的困難還有失敗率都非常高?！胺蛛x腦區(qū)也很難，分離完了之后，在體外存活其實都很難，技術(shù)難度也非常大，失敗很多次?！崩罨燮G告訴記者。

論文共同第一作者博士生李森主要負(fù)責(zé)動物試驗，如日常動物管理，小鼠腦區(qū)成像等具體工作?！拔覀兎浅F結(jié)，遇到困難，我們就相互鼓勵，相互幫著分析。老師一直也都鼓勵大家'成功不必在我，但成功必須有我’?！?br>
“對于今天的科學(xué)研究來說，學(xué)科交叉是必不可少的，否則談重大突破是很難的，卓越的科學(xué)研究要按照它的規(guī)律推進?！睆垖W(xué)敏坦言，探索性的交叉研究耗時很長，按照當(dāng)前一些評選機制來看，如果5年還沒有產(chǎn)出，就可能被淘汰，“要讓年輕人潛心科研，首先要為他們做好保障，厚養(yǎng)學(xué)術(shù)?！?br>
“學(xué)科交叉可以從新的視角、不同維度上去思考去拓展?！崩罨燮G鼓勵學(xué)生不能只看自己領(lǐng)域的文章，“我們鼓勵學(xué)生泛讀，去讀有重大意義、能解決重大疾病的新技術(shù)新方法的文章，每周還要分享心得?！?br>
論文共同第一作者博士后張宇程說：“很多創(chuàng)新療法都是基礎(chǔ)研究的突破，雖然離臨床還有距離，但將來如果真的基于我們發(fā)現(xiàn)找了一個藥能夠治療很多人，我就覺得一輩子就值得了?！?br>