了解这个生物学机理,或许人类再也不怕熬夜了
2020-09-09 15:20

了解这个生物学机理,或许人类再也不怕熬夜了

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),编辑:尹欢欢,审校:Liz,题图来自:视觉中国


一直以来,睡眠被视为一种神经系统现象。


但是当被剥夺睡眠的动物死亡时,在其神经系统之外的身体会出现一系列令人困惑的衰竭。比如长期睡眠不足的人可能会出现心脏病、高血压、肥胖、糖尿病等。


缺乏睡眠与死亡之间发生了什么?


睡眠不足会导致死亡


1983年,科学家对大鼠进行的一项被多次引用的研究表明,完全缺乏睡眠不可避免地会导致死亡。


然而,尽管进行了数十年的研究,科学家仍然没有办法说清楚为什么动物在不睡觉时会死亡?


科学家们1983年对大鼠进行的睡眠实验


近日,哈佛医学院的神经科学家罗古利亚(Rogulja)和她的同事在《细胞》杂志上发表论文,发现不睡觉会使果蝇肠道内活性氧累积,导致果蝇死亡,而中和这些活性氧后,果蝇就算不睡觉也能存活。


这项新的研究结果颠覆了人们的固有认知。


关于不睡觉就会导致死亡,人们的研究主要集中在大脑上,之前更多的研究认为睡眠不足更多的是影响神经系统的功能。这项研究却发现睡眠不足会通过肠道中活性氧的累积导致死亡,而且这种死亡可以通过中和活性氧得到避免。


一、肠道积累ROS可能会致死


大量研究表明,长时间不睡觉会导致动物过早死亡,为了了解这个过程到底是怎样的,大多数研究者把目光聚焦在大脑上,但目前为止还没有确定的结论。


2016年,哈佛神经生物学研究员亚历山德拉·瓦卡罗(Alexandra Vaccaro)等人从其他实验室获得了经过基因改造的果蝇(注:果蝇已经成为睡眠领域的主要模式生物,因为它们的基因被广泛理解,易于操作,而且在实验室中保存成本也不高,尤其是在果蝇身上发现的睡眠现象已经在哺乳动物身上得到证实),使其在某些神经元中具有对温度敏感的通道。


温度28℃以上时,这些通道保持打开状态,它们的神经元保持活跃,果蝇时刻清醒,此时因为睡眠被剥夺,它们开始在10天左右的时间里死亡,20天内全部死亡。而通道关闭时,果蝇可以正常休息,通常寿命为110天。


亚历山德拉·瓦卡罗(Alexandra Vaccaro)发现,果蝇可以从严重的睡眠不足中恢复过来,并具有正常的寿命


测试中,有趣的现象出现了。


假如第10天关闭掉通道让果蝇睡觉,那么它们就会恢复,活110天左右。但如果在它们恢复过程的第5天或第10天再次打开通道,让果蝇没法休息,那它们就会死掉,很显然无论它们在最初的失眠中产生了什么样的损伤,都没有得到修复。再次剥夺睡眠而不会立即死亡之前,它们需要15天的正常睡眠。


当瓦卡罗解剖处于不同程度缺失睡眠的果蝇时发现,它们的组织似乎都没有受到伤害,只是它们的内脏里充满了ROS(注:活性氧,机体内或者自然环境中由氧组成,含氧并且性质活泼的物质的总称。活性氧是生物体在正常呼吸、代谢和免疫防御过程中产生的,有时用于特定功能,有时作为副产物。但如果活性氧没有被抗氧化酶清除,它们就会变得极其危险)


这些ROS是高度反应性的含氧分子,它们会大量破坏DNA和细胞内的其他成分,导致细胞死亡。ROS的积累在睡眠剥夺的第10天左右达到峰值,并且当剥夺停止时,ROS水平降低。


肠道活性氧积累


在小鼠实验中也证实,睡眠不足时,ROS会在肠道中积聚。更多实验表明,只有那些持续丧失睡眠的动物肠道才会积累ROS,而肠道确实是这种致命ROS的主要来源。


二、缺乏睡眠后如何救援


为了弄清楚肠道中的ROS是否在缺乏睡眠后死亡中起到了因果作用,研究人员开始测试,如果抑制ROS积累,是否可以延长动物的生存期。


他们测试了数十种具有抗氧化剂特性的化合物,这些化合物已知能够中和ROS,结果发现有几种化合物作为食品补充剂(注:它们在清除肠道中的ROS方面特别有效,但如果果蝇没有缺乏睡眠,那么补充剂并不能延长其生命)时,可使睡眠不足的果蝇具有正常或接近正常的寿命,比如褪黑素,硫辛酸等。


抑制ROS积累,可以延长缺乏睡眠的果蝇寿命


通过在果蝇肠道中过量产生抗氧化酶的实验,进一步证实了去除ROS在预防死亡中有很重要的作用,但在神经系统中过量产生抗氧化酶的对照果蝇则并非如此。


这表明,肠道内ROS的积累,在睡眠不足导致的过早死亡中起着核心作用。


三、更多疑问有待我们探索


伦敦帝国学院的睡眠研究员乔治·吉尔斯特罗(Giorgio Gilestro)指出,这些实验清楚地表明了活性氧可以杀死果蝇,但这并不一定代表着杀死果蝇的罪魁祸首只有活性氧。


还有一项研究表明:肠道内的微生物群(肠道中的细菌)在睡眠丧失后发生了转移,这又打开了一扇研究睡眠丧失与死亡之间的大门。


尽管如此,最紧迫的问题是:没人知道ROS来自何处,以及它们为什么会在肠道中积聚,产生这些代谢的过程是什么?睡眠不足会导致ROS过度产生吗?还是会干扰通常将其清除的某些过程……


所有的这些疑问未来都将揭开面纱。但对人类而言,这再次提醒我们:睡眠非常重要,它不仅会影响人们的大脑,还会引发肠胃中的问题,进而造成死亡。


这些睡眠不足的果蝇提醒我们,睡眠是一种全身的体验,而不仅仅是大脑和大脑的功能。在它们的死亡中,可能隐藏着失眠导致死亡的原因,以及睡眠在连接身体各个不同系统方面所起的作用。


因此,我们需要了解睡眠剥夺损害身体的生物学机理,才能找到避免熬夜损害身体的方法。


(参考:Quanta Magazine)


本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),编辑:尹欢欢,审校:Liz

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