六种被称作视紫红质（rhodopsins）的生物色素在果蝇眼睛的光线感知中发挥着已被广泛接受的作用。它们中的三种也在温度感觉中发挥着不依赖光线的作用。如今，一项新的研究证实第七种视紫红质，即Rh7，在果蝇大脑中表达，在那里，它调节着果蝇的昼夜活动周期。相关研究结果于2017年5月10日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A rhodopsin in the brain functions in circadian photoentrainment in Drosophila”。
 
    论文通信作者、美国加州大学圣塔芭芭拉分校分子、细胞与发育生物学系教授Craig Montell博士说，“Rh7是首个通过在大脑中央而不是在眼睛中表达来设置昼夜节律的视紫红质。”这种新发现的Rh7作用可能在将来具有临床意义。美国国家眼科研究所项目主任Lisa Neuhold博士说，“鉴定出视蛋白（opsin）的新作用是理解退行性视网膜疾病和开发潜在新的疗法必不可少的。”
 
    视紫红质是在19世纪70年代发现的。众所周知，它们在光线感知和图像形成中发挥着重要的作用。六种已知的果蝇视紫红质解释了果蝇眼睛中的感光细胞的全部功能，因此尽管果蝇基因组含有第七种视紫红质的基因序列，但是Rh7的作用是未知的。
 
    为了研究Rh7的作用，Montell和来自美国加州大学欧文分校的合作者们通过开展利用Rh7替换Rh1的遗传实验首次证实Rh7发挥着感知光线的作用。Rh1是果蝇眼睛的感光细胞中的主要光感应器。他们发现正如视网膜电图（electroretinogram）所测量的那样，在缺乏Rh1的果蝇当中，Rh7能够功能性地替换Rh1。视网膜电图是在胞外记录果蝇眼睛对光线作出反应而产生的神经信号。
 
    接下来，这些研究人员利用识别Rh7的抗体确定它的表达模式。他们发现它是在大脑的中央起搏神经元（central pacemaker neuron）中表达的。这些中央起搏神经元在调节昼夜节律中发挥着作用。Montell和他的团队培育出12小时光照周期/12小时黑暗周期的果蝇，随后将12小时光照周期延长到20小时，并且测量了这些果蝇如何快地调整它们的每日活动来匹配这种新的光照/黑暗周期。通过测量这些果蝇如何频繁地穿过位于小瓶中间的红外光束，他们能够追踪每日的活动模式。他们证实相比于正常的野生果蝇，缺乏Rh7的果蝇花费显著更长的时间来进行调整。他们也研究了半夜时照射破坏正常昼夜节律的光脉冲的影响，再次发现缺乏Rh7的果蝇花费更长的时间进行调整。
 
    已知这些中央起搏神经元具有一种被称作隐花色素（cryptochrome）的光感应器，但是经过基因改造缺乏隐花色素的果蝇调节光照/黑暗周期的能力仅部分受损。因此，这些研究人员猜测另一种分子可能参与其中，结果他们证实这个分子是Rh7，它的光敏感性要比隐花色素强。Montell解释道，“它似乎表明Rh7提供一种更加灵敏的方法来检测光线和设定昼夜节律。”
 
    然而，还需开展更多的研究。大脑中的光感应器在果蝇中是有意义的，这是因为光线能够穿过覆盖果蝇头部的角质层。但是视蛋白在哺乳动物大脑中发挥什么作用？毕竟光线可能不会高效地穿过哺乳动物大脑中的颅骨。
 
    Montell提出果蝇中央起搏神经元可能对应着哺乳动物眼睛中而不是哺乳动物大脑中的一种细胞类型。在哺乳动物眼睛中，视网膜神经节细胞（retinal ganglion cells, RGCs）通过视神经将来自感光的视杆和视锥的信号接力传递到大脑中。但是大约1%的RGCs是内在感光性的。这些内在感光性的RGCs（intrinsically photosensitive RGCs, ipRGCs）含有黑视蛋白（melanopsin, 另一种光敏色素），在图像形成中不发挥作用，但是在调节昼夜节律中起着重要的作用。由于它们具有类似的功能和类似的分子特征，Montell认为表达Rh7的果蝇中央起搏神经元等同于哺乳动物ipRGCs。然而，人们仍然并不清楚为何视蛋白也在哺乳动物大脑和脊髓中表达，在那里，它们可能并不会接受到充足的光线，因而不会被光线激活。