生物钟研究方法综述：追求长程、实时的记录

生物钟是生物在漫长的进化过程中形成的一种內源近24小时的计时装置，其广泛参与调节机体的各项生理机能；生物钟的紊乱严重影响人类身心健康，降低生活质量。在哺乳动物中，内源的生物钟控制着其大约24小时的生理和活动节律。于解剖水平而言，其中枢位于下丘脑中的一个很小的呈对称结构的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)，控制着整个机体的生物节律，并协调着机体对外界环境变化的调整。上世纪80年代到90年代，人们通过遗传突变筛选和行为节律检测，发现了大量控制生物节律的核心基因；并且发现在哺乳动物及多数物种中，生物钟的分子机制是一个由转录翻译构成的负反馈调节系统（transcription-translation negative feedback loop,TTFL）控制的。在生物钟的研究过程中，各种节律的长时程记录方法对于其研究发挥了极大的推动作用。例如，人们通过观察记录果蝇的羽化节律发现了生物节律遗传突变体，并在其后克隆出相关的period基因（该工作也因此获得了2017年度的诺贝尔奖）；通过观察记录小鼠转动转轮的自主活动节律，发现了小鼠的生物节律遗传突变体，并在其后克隆出Clock基因。之后，在细胞和组织水平研究生物钟基因时，一个很重要的研究方法是记录Per2::luc小鼠的离体培养组织或细胞的基因转录节律，并由此发现了一系列细胞内水平的生物钟调控基因。这些长程研究方法对生物钟的研究发挥了极大的推动作用。生物节律的活体记录研究，尤其是脑内的生物节律活体记录研究，一直以来进展比较缓慢，最近几年关于活体记录生物节律的研究有了一些突破。本综述总结了多种生物钟的研究记录方法，着重介绍最近几年关于活体记录自由活动的小鼠的生物节律的研究