Cell子刊：饶毅团队发现生物钟蛋白PER2的生理激酶MARK2，揭开睡眠障碍新机制

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

我们的身体内部有一个精密的“生物钟”，它控制着睡眠-觉醒周期、体温波动、激素分泌等生理过程的昼夜节律。这个生物钟的核心是一组相互作用的蛋白质，其中PER2蛋白是生物钟的核心调控因子，其稳定性直接影响生物钟的周期长度，当 PER2 蛋白的第 662 位丝氨酸（S662）被磷酸化修饰时，PER2 蛋白会变得稳定，生物钟周期延长；反之，如果这个位点不能被磷酸化修饰，PER2 蛋白降解加快，生物钟周期缩短。

早在 2001 年，科学家就发现PER2基因的 S662G 突变（丝氨酸变为甘氨酸）会导致家族性睡眠相位前移（FASP）综合征，这是一种常染色体显性遗传的昼夜节律紊乱，表现为睡眠相位前移（通常比正常人早睡早起约 4 个小时），且他们的生物钟周期也明显缩短。这一发现凸显了 S662 磷酸化在生物钟调控中的关键作用，但 25 年来，科学家们一直在寻找真正在体内磷酸化这一位点的“生理性激酶”。

近日，饶毅教授团队（刘玉祥、李扬、余腾辉、王涛为论文共同通讯作者）在 Cell 子刊Cell Chemical Biology上发表了题为：Discovery of MARK2 as a physiological kinase for PER2 in the mammalian clock 的研究论文。

这项工作不仅鉴定出了长期寻找的、对PER2进行关键磷酸化修饰的生理激酶——MARK2，解决了领域内存在的一个长达 25 年的未解之谜，还展示了在遗传学方法之外，生化方法对于揭示生命复杂现象背后的精确分子机制具有不可替代的强大作用。这一发现为理解睡眠障碍的分子机制提供了全新视角，也为睡眠障碍的治疗带来了潜在新靶点。

该研究的核心发现：

• 生化纯化鉴定出 MARK2 是 PER2 S662 激酶；

• MARK2 介导的磷酸化修饰稳定 PER2 蛋白；

• MARK2 以 S662 依赖的方式调控细胞的昼夜节律周期；

• 在小鼠中神经元敲除 MARK2 会导致活动相位前移和周期缩短。

饶毅团队此前曾发现，CK1δ、CK1ε，TSSK1、TSSK2，以及 SIK1、SIK2、SIK3 能够磷酸化修饰 PER2 S662，可能是其激酶。然而，敲除这 7 个基因中的任何一个，均未观察到预期中的相位前移表型。

生化纯化的胜利：MARK2 的发现

为了寻找真正的 PER2 S662 激酶，饶毅团队采用了经典的生化纯化方法。他们从大量培养的 HEK293 细胞中提取蛋白质，通过六步色谱纯化，最终分离出了能够磷酸化 PER2 S662 的活性成分。

质谱分析结果显示，活性最强的成分中含有 MARK2 和 MARK3。进一步的实验证实，MARK2 和 MARK3 确实能够直接磷酸化 PER2 S662 位点，而其他候选激酶如 GSK-3β、MKNK1 等则没有这一功能。

MARK2 如何调控生物钟？

机制研究表明，MARK2 通过磷酸化 PER2 S662 位点来稳定 PER2 蛋白，从而延长生物钟周期。当 MARK2 活性缺失时，PER2 稳定性下降，降解加快，导致生物钟周期缩短。

在细胞实验中，敲除 MARK2 基因会导致昼夜节律周期显著缩短，且这一效应完全依赖于 PER2 S662 位点。更重要的是，在小鼠大脑神经元中特异性敲除 Mark2 基因后，小鼠表现出与人类 FASP 患者相似的表型——活动相位前移和周期缩短。而 Mark3 或 Mark4 基因敲除的小鼠则没有这种表型，这证明了 MARK2 在体内昼夜节律调控中是必不可少的。

AMPK 相关激酶家族的集体作用

有趣的是，MARK2 属于 AMPK 相关激酶（ARK）家族。研究团队测试了所有 21 个 ARK 家族成员，发现其中多个成员（包括 MARK1-4、SIK1-3、TSSK1-2）都能在体外磷酸化 PER2 S662。这表明 ARK 家族可能在生物钟调控中扮演集体角色，通过调控 PER2 和其他蛋白质的磷酸化状态来精细调控昼夜节律。

研究意义与未来展望

这项研究不仅解决了一个 25 年来的科学谜题，还展示了生化方法在解决生理学问题中的强大威力。MARK2 作为 PER2 S662 位点生理性激酶的发现，为理解生物钟调控机制提供了关键拼图。

从临床角度看，这一发现为睡眠障碍的治疗提供了潜在新靶点。通过调控 MARK2 的活性，未来可能开发出针对生物钟紊乱的新型治疗方法，帮助倒班工作者、跨时区旅行者以及患有睡眠相位障碍的人群调整生物钟。

此外，研究还提示 ARK 激酶家族可能在更广泛的生理过程中发挥作用，值得进一步探索。随着对生物钟调控网络理解的深入，我们有望开发出更加精准的时序疗法，优化药物治疗时间，提高疗效并减少副作用。

这项研究再次证明，基础科学的突破往往能为解决临床问题奠定坚实基础。从基因突变到蛋白质修饰，从细胞实验到动物模型，多层次的证据链共同揭示了MARK2在生物钟调控中的核心作用，为睡眠医学和时序生物学领域开启了新的研究方向。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-chemical-biology/abstract/S2451-9456(26)00062-0