睡不好會變傻?是真的,但有救了!

2019-10-25 10:30:56 來源: 科技日報 作者: 劉傳書

科技日報記者 劉傳書

數據顯示,全球約10%-49%的人患有不同程度的失眠,睡眠問題已然成為全球性課題。相比睡眠時長,人們逐漸意識到睡眠質量比睡眠總量更為重要。中國科學院深圳先進技術研究院劉暢研究員與美國布蘭迪斯大學Leslie C. Griffith教授合作,利用果蠅這一模式生物,發現了大腦中調節睡眠質量的神經環路,進一步地解析了調控睡眠的神經機制,為應對睡眠問題提供了新的治療干預靶點及潛在的治療策略,研究成果于10月24日發表于《細胞》(Cell)子刊《現代生物學》(Current Biology)雜志。

探究睡眠質量的奧秘

睡眠結構是決定睡眠質量的一項重要因素,也是本次研究的重點。在正常的睡眠結構下,睡眠深、無起夜、無驚夢現象,醒來后會擁有良好的精神狀態。而對于一些需要照顧新生兒,照顧病患,或呼吸道阻塞的人而言,夜間頻繁醒來,對身體和精神都造成了巨大負擔,同時可能伴隨健忘、發胖、脫發等問題。

新生兒家庭,父母睡眠片段化。作者:閆薇

“已有研究表明,在睡眠質量高的情況下,即便時間相對較短,也不會影響大腦整體的認知功能。相反,睡眠片段化則可能嚴重影響生理機能。”劉暢說。

據了解,長期的低質量睡眠,可導致疲勞、學習和認知障礙,也是誘發阿爾茲海默癥、抑郁癥、心血管疾病等的重要因素。

在探究睡眠質量的奧秘時,研究團隊關注到一類重要的神經遞質——五羥色胺。五羥色胺,又稱血清素,參與調控情緒、食欲、認知、疼痛等,其生物合成的相關產物在臨床上被廣泛應用于治療抑郁癥。“但很大一部分抑郁癥患者在服用五羥色胺類的藥物后,睡眠質量反而更差了。”劉暢表示。

五羥色胺(又名血清素)參與調控疼痛、情緒、食欲等。作者:閆薇

鎖定“甜甜圈”腦區

找出打斷睡眠的“腦回路”

為進一步探究調控睡眠結構的大腦機制,找出五羥色胺與睡眠質量的關系,研究團隊利用熱遺傳學和光遺傳學技術,在果蠅上做了一系列實驗,發現了一條調控睡眠質量的神經環路,并找到了打斷睡眠的重要靶點。

2000年始,模式生物果蠅被用于研究睡眠的神經調控機制。果蠅的睡眠受晝夜周期和穩態的調控,也具有不同的腦電特征,隨著睡眠的深度變化,對外界刺激的發生反應的閾值也提高。作者:閆薇

在實驗中,團隊首先在果蠅大腦中的五羥色胺神經元中表達特殊的基因,然后通過“光”或“熱”來刺激這些神經元,受刺激后興奮的神經元會釋放分子信號,這些興奮的五羥色胺神經元導致了睡眠片段化的現象。團隊還發現,在果蠅大腦中形似“甜甜圈”的腦區——橢球體中,一類特異的受體接收了這些信號,刺激這些受體神經元也導致果蠅出現了睡眠片段化的現象。

“實驗數據顯示,相較于對照組,特殊神經環路被激活的果蠅在白天睡眠中醒來的次數平均增加了15-20次,在夜間醒來的次數平均增加了10-15次。”劉暢介紹說。

值得一提的是,這類接收信號、打斷睡眠的受體所在的“甜甜圈”腦區,此前一直被認為負責調控運動和感知,類似果蠅大腦中的“導航儀”。該腦區與睡眠穩態的關系近幾年才被學界關注,而此項研究成果首次揭示了該腦區對睡眠質量的調控機制。

睡不好會變傻?是真的!但有救了

晚上沒睡好,第二天往往會感到工作效率降低、反應遲鈍,這一現象也得到了實驗數據的驗證。團隊在睡眠片段化的研究基礎上,進一步研究了睡眠質量與學習記憶的關系。

為了確定激活五羥色胺神經元后出現的碎片化睡眠是否會導致認知缺陷,團隊利用經典的厭惡性嗅覺條件化實驗范式,讓果蠅聞到一種氣味同時給電擊懲罰,聞到另一種氣味則沒有電擊懲罰的方式訓練果蠅,然后讓果蠅在兩種氣味中進行選擇,以此來分析果蠅的學習能力。結果顯示:與對照組相比,經歷睡眠片段化的果蠅學習能力降低了1/3,而后通過藥物挽救或遺傳修復睡眠質量,學習能力恢復到對照組水平。

那么,如何改善支離破碎的睡眠呢?由于找到了打斷睡眠的特異受體,也為治療這類睡眠問題提供了重要靶點。在實驗中,團隊通過檢測利用遺傳學手段敲除該受體后的果蠅,或利用藥理學手段阻斷受體的功能,果蠅覺醒的次數都顯著減少,睡眠質量得到改善。

“盡管睡眠質量的神經調控機制是在果蠅大腦中發現的,但經過實驗證實,從行為學和生理學上,本次發現的特異受體與睡眠質量的關系在哺乳動物上也存在。”劉暢表示,下一步將會繼續關注靶點下游參與調控睡眠質量的分子。

神經和分子機制的跨物種間的保守性。作者:閆薇

神經科學和生物物理學家郭愛克院士表示,這項研究將睡眠和認知系統間的作用方式通過五羥色胺系統連接起來,并為理解在人類五羥色胺調控睡眠和認知的作用機制提供了較為理想的模型。此外,該研究揭示了特異的受體靶點,為臨床上睡眠障礙和認知受損的共病患者提供了新的藥物設計靶點,將有助于藥物研發及臨床應用。

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責任編輯:張爽(實習)
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