重要的是，這種現(xiàn)象跨物種存在，并且會(huì)為未來(lái)修復(fù)人類睡眠不足導(dǎo)致的傷害提供新的思路。
來(lái)源? 哈佛醫(yī)學(xué)院、Quanta magazine
編譯? 魏瀟 吳娜
編輯? 魏瀟
眾所周知，睡眠不足最開始會(huì)表現(xiàn)為疲勞、乏力、易怒、難以集中注意力。少數(shù)經(jīng)歷過長(zhǎng)期睡眠不足的人甚至?xí)a(chǎn)生定向障礙、偏執(zhí)和幻覺。
迄今已有多項(xiàng)動(dòng)物研究告訴我們，長(zhǎng)期睡眠不足是致命的，完全不睡會(huì)導(dǎo)致不可避免的過早死亡。然而，距離學(xué)界開始研究睡眠剝奪已經(jīng)過了幾十年，這個(gè)現(xiàn)象的一個(gè)核心問題然沒有得到解決：為什么動(dòng)物不睡覺就會(huì)死?
現(xiàn)在，哈佛醫(yī)學(xué)院（Harvard Medical School，HMS）的神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了睡眠不足和過早死亡之間的一種意想不到的因果關(guān)系。在果蠅的睡眠剝奪研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在果蠅因“缺覺”而死之前，他們總能觀察到腸道內(nèi)活性氧分子（ROS）的大量積累。
如果果蠅腸道中的活性氧被抗氧化化合物中和并清除掉了，那么被剝奪了睡眠的果蠅仍然能保持活躍，并且逃脫早死的命運(yùn)。后續(xù)的小鼠實(shí)驗(yàn)也得出了同樣的結(jié)論。
這項(xiàng)研究結(jié)果 6 月 4 日發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上，并為我們展現(xiàn)了一種全新的可能：在某些特定情況下，動(dòng)物確實(shí)可以在不睡覺的情況下生存。這項(xiàng)研究為理解睡眠不足的全部后果開辟了新的方向，并可能幫我們?cè)谀骋惶煺业降窒卟蛔銓?duì)人類的傷害的新方法。
尋找“缺覺”的致命原因
睡眠是科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直在研究的課題，這一現(xiàn)象是構(gòu)成生命的基本要素，但在很多方面依舊神秘。幾乎所有已知的動(dòng)物都需要睡覺或表現(xiàn)出某種類似睡眠的行為。如果沒有足夠的睡眠，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在人類中，長(zhǎng)期睡眠不足與心臟病、2 型糖尿病、癌癥、肥胖、抑郁等許多疾病都有關(guān)。
在動(dòng)物模型中，長(zhǎng)時(shí)間的完全睡眠剝奪會(huì)導(dǎo)致過早死亡——這一現(xiàn)象很早就被科學(xué)家注意到了。目前已知最早的完全睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)發(fā)生在 19 世紀(jì)末：1894 年，俄國(guó)生物化學(xué)家 Maria Mikhailovna Manaseina 在一次國(guó)際醫(yī)學(xué)會(huì)議上展示了用 10 只幼犬推行的睡眠剝奪試驗(yàn)結(jié)果，她與助手讓這些可憐的動(dòng)物一天 24 小時(shí)都在不停運(yùn)動(dòng)，5 天后這些幼犬就紛紛死亡。
為了回答睡眠不足是如何導(dǎo)致死亡的，當(dāng)時(shí)的研究者紛紛將注意力集中在了睡眠的“起源地”——大腦上。1898 年，意大利學(xué)者 Lamberto Daddi 對(duì)被剝奪了睡眠的狗的大腦進(jìn)行了解剖，發(fā)現(xiàn)了明顯的組織退行性損傷。隨后的數(shù)十年內(nèi)，來(lái)自多個(gè)國(guó)家的研究者紛紛跟隨前輩們的腳步，尋找被剝奪了睡眠的大腦中的異常。但是由于缺乏有效對(duì)照組，人們無(wú)法確定他們觀察到的腦組織損傷究竟是由長(zhǎng)時(shí)間一刻不停地運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，還是缺乏睡眠導(dǎo)致的。
這種困境（也可以說是殘忍）的局面，在上世紀(jì) 80 年代得到了一些改善。美國(guó)芝加哥大學(xué)的睡眠研究者 Allan Rechtschaffen 利用大鼠落水后會(huì)游泳求生的天性，設(shè)計(jì)了一種新裝置：他將被剝奪了睡眠的大鼠（實(shí)驗(yàn)組）和能夠睡覺的大鼠（對(duì)照組）成對(duì)飼養(yǎng)，如果實(shí)驗(yàn)組大鼠要睡著了，實(shí)驗(yàn)者會(huì)讓兩組動(dòng)物都落水清醒一下；如果實(shí)驗(yàn)組保持清醒，那么對(duì)照組就能安穩(wěn)地睡上一覺。這種設(shè)計(jì)成功地將過度刺激（比如長(zhǎng)時(shí)間沒有停歇的運(yùn)動(dòng)）和睡眠不足的影響區(qū)分了出來(lái)，證明睡眠不足與動(dòng)物過早死亡之間存在明確關(guān)聯(lián)：大鼠被剝奪睡眠 15 天（平均值）后，就紛紛死亡了，而對(duì)照組雖然也會(huì)頻繁落水，但基本正常。
盡管 Rechtschaffen 的這項(xiàng)研究被后來(lái)的無(wú)數(shù)睡眠研究者引用在了自己的論文里，但他依然沒能找到長(zhǎng)期、嚴(yán)重睡眠不足致死的原因：被剝奪了睡眠的大鼠除了體重很輕、腎上腺腫大以外，和對(duì)照組相比幾乎沒有表現(xiàn)出任何明顯的差異。
意料之外的發(fā)現(xiàn)
如今，睡眠研究依然集中在大腦和認(rèn)知障礙等主題上，很少有人會(huì)在代謝或其他化學(xué)過程中尋找答案。但是哈佛大學(xué)布拉瓦特尼克研究所（Blavatnik Institute）的神經(jīng)生物學(xué)助理教授 Dragana Rogulja 不這么認(rèn)為。
她懷疑，睡眠不足產(chǎn)生的致命后果始于大腦之外，“可能來(lái)自任何地方”。
哈佛大學(xué)布拉瓦特尼克研究所（Blavatnik Institute）的神經(jīng)生物學(xué)助理教授 Dragana Rogulja。圖片來(lái)源：Anna Olivella | Quantamagazine
在她的帶領(lǐng)下，哈佛醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)研究員 Alexandra Vaccaro 和 Yosef Kaplan Dor 和同事們用與人類具備不少相同睡眠調(diào)節(jié)基因的果蠅進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，以尋找睡眠不足導(dǎo)致機(jī)體受損的跡象。
他們使用紅外光來(lái)監(jiān)測(cè)果蠅的覺醒和睡眠情況。但是，只有先讓果蠅變得“缺乏睡眠”才能進(jìn)行后續(xù)的研究，但這似乎是比想象中更難的事：和實(shí)驗(yàn)犬或大鼠不同，物理震動(dòng)并不能妨礙果蠅入睡，因此研究小組采用了更復(fù)雜的干預(yù)措施。他們對(duì)果蠅進(jìn)行基因改造，使其在具有睡眠抑制功能的神經(jīng)元中表達(dá)一種對(duì)熱敏感的蛋白質(zhì)，當(dāng)把果蠅安置在 29℃ 的環(huán)境中時(shí)，這種蛋白質(zhì)會(huì)被激活，從而誘導(dǎo)其所在的神經(jīng)元抑制睡眠。
經(jīng)過 10 天溫度誘導(dǎo)的睡眠剝奪后，果蠅的死亡率急劇上升，在第 20 天左右就“全滅”了。而在同樣的環(huán)境條件下，正常睡眠的對(duì)照組果蠅可以存活大約 40 天。
由于睡眠剝奪的第 10 天是死亡率明顯上升的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，因此研究人員開始比對(duì)第 10 天和之前的日子里果蠅細(xì)胞受損的標(biāo)記物。他們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)組織——包括大腦——在缺乏睡眠的果蠅和對(duì)照組之間都沒有表現(xiàn)出差異，只有一處是明顯例外。那就是腸道。
在睡眠被剝奪的果蠅腸道內(nèi)，活性氧大量積聚，這是一種具有高度活性的含氧分子，大量存在時(shí)會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)的 DNA 和其他成分，導(dǎo)致細(xì)胞死亡?；钚匝醯姆e累在剝奪果蠅睡眠的第 10 天達(dá)到高峰，而當(dāng)睡眠剝奪停止時(shí)，活性氧水平也下降了。
進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，只有那些經(jīng)歷了長(zhǎng)期睡眠不足的動(dòng)物腸道內(nèi)才會(huì)積聚活性氧，而且這種明顯致命的活性氧確實(shí)來(lái)自于腸道。
不論是果蠅還是小鼠，睡眠不足都會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)活性氧的積聚。圖片來(lái)源：Quantamagazine
“我們發(fā)現(xiàn)，睡眠不足的果蠅每次都以同樣的速度死亡。當(dāng)我們觀察細(xì)胞損傷和死亡的標(biāo)記物時(shí)，唯一引人注目的就是腸道組織。” Vaccaro 說：“我記得當(dāng)我們做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，你可以立刻在顯微鏡下看出有顯著的不同。這在實(shí)驗(yàn)室研究中幾乎從未發(fā)生過?！?/p>
研究小組還通過使用溫和、持續(xù)的機(jī)械刺激，使小鼠保持長(zhǎng)達(dá) 5 天的清醒狀態(tài)，來(lái)檢測(cè)其他物種是否也會(huì)出現(xiàn)活性氧積累。與對(duì)照組相比，睡眠不足的小鼠的小腸和大腸中活性氧水平升高，但其他器官中則不然，這與在果蠅中觀察到的結(jié)果一致。
死亡拯救行動(dòng)
為了找出腸道內(nèi)活性氧與睡眠剝奪導(dǎo)致的死亡是否存在因果關(guān)系，研究人員想知道，阻止活性氧積累是否能延長(zhǎng)果蠅生存期。
他們測(cè)試了幾十種可以中和活性氧、具有抗氧化特性的化合物，并挑選出了其中的 11 種作為果蠅的食物補(bǔ)充劑，發(fā)現(xiàn)它們可以讓睡眠不足的果蠅擁有正?；蚪咏５膲勖?。這些化合物，如褪黑素、硫辛酸和 NAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸），在清除腸道活性氧方面特別有效。需要補(bǔ)充的是，給睡眠充足的對(duì)照組果蠅補(bǔ)充這些物質(zhì)并不能延長(zhǎng)它們的壽命。
除了調(diào)節(jié)睡眠，褪黑素的抗氧化作用也開始吸引人們的目光。圖片來(lái)源：chronobiology.com
更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)再次證明了去除腸道中的活性氧在預(yù)防睡眠不足致死方面的作用。研究者們對(duì)果蠅進(jìn)行基因改造，使其腸道內(nèi)產(chǎn)生過量的抗氧化酶，能夠分解活性氧。這讓果蠅在睡眠剝奪的情況下壽命幾乎接近正常，而那些在神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生大量抗氧化酶的果蠅依然難逃“不睡覺-死亡”的悲慘命運(yùn)。
研究人員認(rèn)為，腸道內(nèi)活性氧的積聚在個(gè)體因睡眠不足而過早死亡的過程中起關(guān)鍵作用，但他們也提醒道，還有許多問題尚未得到解答。
Kaplan Dor 表示：“我們?nèi)匀徊恢罏槭裁此卟蛔銜?huì)導(dǎo)致活性氧在腸道內(nèi)積聚，以及為什么這是致命的。睡眠不足可能會(huì)直接影響腸道，但也可能起源于大腦。同樣，死亡也可能是由于腸道損傷，或者由于高水平的活性氧帶來(lái)的系統(tǒng)性影響，或者是這兩者的某種組合?！?/p>
眾所周知，睡眠不足會(huì)干擾身體的饑餓信號(hào)通路，因此研究小組還測(cè)量了果蠅的食物攝入量，以分析進(jìn)食和死亡之間是否存在潛在的聯(lián)系。他們發(fā)現(xiàn)，與沒有被剝奪睡眠的對(duì)照組相比，一些被剝奪睡眠的果蠅在一天中吃得更多。然而，限制食物供給對(duì)果蠅的生存率沒有影響，這表明在食物攝入以外還有其他因素影響死亡率。
研究人員目前正在研究活性氧在腸道積聚并導(dǎo)致生理紊亂的上游生物途徑。他們還希望這項(xiàng)工作會(huì)有助于未來(lái)治療方法的開發(fā)，以抵消睡眠不足的負(fù)面影響。美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（U.S. CDC）的數(shù)據(jù)顯示，每三個(gè)美國(guó)成年人中就有一個(gè)人的睡眠時(shí)間少于官方建議的 7 個(gè)小時(shí)，對(duì)世界各地的許多人來(lái)說，睡眠不足是他們生活的一部分。
“我們中的很多人都長(zhǎng)期缺乏睡眠。即使我們知道每晚熬夜是不好的，我們?nèi)匀贿@樣做，” Rogulja 說。“我們相信，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)核心問題，當(dāng)它被解決后，至少可以幫助果蠅在不睡覺的情況下存活。只有了解睡眠不足損害身體的生物過程，才能找到阻止傷害發(fā)生的方法?！?/p>
標(biāo)題名稱：“熬夜不傷身”的方法找到了？
標(biāo)題來(lái)源：http://weahome.cn/article/cjochp.html
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