《Advanced Science》：An Automated Organotypic SCN Culture System Revealing Novel Insights into VIP Regulation of Circadian Rhythm
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本文开发了名为“脑片室内培养系统”（BaSIC）的自动化离体SCN培养平台，实现了对血管活性肠肽（VIP）脉冲调控视交叉上核（SCN）昼夜节律机制的精准解析。研究发现高频VIP脉冲可通过诱导Period 2（PER2）蛋白的快速降解实现节律相位重置，该过程独立于经典Gs/Gi/o信号通路，并得到数学模型验证，为昼夜节律紊乱治疗提供了新靶点。
BaSIC系统的创新设计与功能
研究团队开发了名为“脑片室内培养系统”（BaSIC）的模块化自动化培养装置，专门用于视交叉上核（SCN）离体切片培养。该系统通过程序化流体控制实现培养液自动更换，并精准维持气-液界面培养环境，避免传统培养方式因频繁操作导致的节律干扰。BaSIC配备玻璃观察窗和温控模块，可兼容显微镜成像和光电倍增管（PMT）信号采集，为长时程观测SCN节律提供了稳定平台。
VIP脉冲诱导PER2蛋白快速降解的空间同步性
在VIP基因敲除（Vip-/-）的SCN切片中，60 μM VIP脉冲可引发PER2::LUC荧光信号的快速降低，且信号低谷呈现高度空间同步性（同步指数SI≈1）。通过变异模态分解（VMD）算法分析发现，PER2降低速率（VPER2）与神经元距SCN中心的距离呈负相关，提示VIP受体2（VIPR2）分布异质性影响节律调控效能。将VIP刺激周期缩短至12小时后仍可诱导同步化PER2降低，表明SCN节律可受VIP频率调控。
VIP浓度依赖性节律重置机制
集体信号监测显示，60 μM VIP脉冲可使PER2蛋白半衰期缩短至0.9小时，且该效应具有浓度依赖性（6 μM VIP诱导降低速率4852.5±1015.1计数/分钟·小时，60 μM时提升至13336.7±5652.2）。相位响应实验表明，无论VIP在节律峰值或谷值时期给药，均可通过PER2快速降解实现相位重置，使信号低谷稳定滞后VIP给药时间2小时。在过表达VIPR2的小鼠成纤维细胞（MAF）中重现该现象，证实VIP/VIPR2通路的核心作用。
非经典信号通路的证据
Forskolin（腺苷酸环化酶激活剂）处理仅引起PER2表达升高，而百日咳毒素（PTX）抑制Gi/o通路后VIP仍可诱导PER2快速降低，提示该过程独立于cAMP经典通路。在293T细胞中验证VIP处理3小时后PER2蛋白量显著下降，进一步通过植物激素IAA诱导的PER2-AID降解系统证实PER2快速减少可直接引发强Ⅰ型相位重置。
数学模型验证降解主导机制
构建的PER2中心模型模拟显示，VIP通过加速磷酸化PER2（PER2p2）降解可实现实验观测到的节律重置。对比模拟排除VIP抑制PER2转录的可能性，支持“PER2磷酸化降解”假说。基于此提出工作模型：高浓度VIP通过激活未知信号通路，促使PER2经磷酸化后快速降解，从而解除其对生物钟基因的抑制，实现网络同步化。
研究意义与展望
BaSIC系统首次揭示VIP脉冲可通过快速降解PER2蛋白实现SCN网络同步，突破了传统转录-翻译负反馈环（TTFL）理论的局限。该发现为时差综合征等昼夜节律紊乱疾病提供了新型干预策略，同时BaSIC平台为类器官等气-液界面培养体系研究建立了技术范式。
