睡眠似乎是生命的基礎(chǔ),但在許多方面仍然是一種神秘的現(xiàn)象??茖W(xué)家對睡眠的研究由來已久。幾乎所有已知的動物都在睡覺或表現(xiàn)出某種形式的困倦。研究表明,在動物模型中,長期全面的睡眠剝奪會導(dǎo)致過早死亡。對人類來說,長期睡眠不足與心臟病、2型糖尿病、癌癥、肥胖、抑郁癥等多種疾病有關(guān)。

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研究表明,腸道菌群及其代謝產(chǎn)物呈現(xiàn)晝夜節(jié)律,主要對攝食/禁食周期做出反應(yīng)。腸道微生物代謝產(chǎn)物影響宿主中樞和肝臟的生物鐘基因表達(dá)和睡眠時間,通過晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)機體組成。與睡眠剝奪相關(guān)的代謝紊亂實際上可能是由特定腸道細(xì)菌的過度生長介導(dǎo)的。

哈佛醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了睡眠剝奪和過早死亡之間意想不到的因果關(guān)系。在一項對睡眠不足的果蠅的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn),一種叫做活性氧(ROS)的分子在死亡前總是在腸道中積累。當(dāng)果蠅被給予抗氧化化合物來中和和清除腸道中的ROS時,睡眠不足的果蠅仍然是活躍的,并且具有正常的壽命。在小鼠身上的其他實驗已經(jīng)證實,睡眠不足時,ROS會在腸道內(nèi)蓄積。最近,哈佛醫(yī)學(xué)院的Dragana Rogulja的最新研究發(fā)現(xiàn),睡眠不足可以通過腸道內(nèi)活性氧的積累導(dǎo)致死亡,該研究發(fā)表在2020年6月4日的《細(xì)胞》雜志上。

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研究人員發(fā)現(xiàn),睡眠剝奪會導(dǎo)致果蠅和小鼠體內(nèi)活性氧(ROS)的積累,以及隨之而來的氧化應(yīng)激,尤其是在腸道內(nèi)。ROS不僅是睡眠剝奪的相關(guān)因素,也是死亡的驅(qū)動因素。ROS的中和作用可以防止氧化應(yīng)激,使果蠅在沒有睡眠的情況下過上正常的生活。

活性氧(ROS)分子在缺乏睡眠的果蠅的腸道中積累,從左到右為1天、7天和10天不睡覺的果蠅活性氧(ROS)分子在缺乏睡眠的果蠅腸道中積累。從左到右,果蠅1天、7天、10天不睡覺

口服抗氧化劑或腸道靶向表達(dá)抗氧化酶可以挽救睡眠剝奪引起的ROS。研究人員認(rèn)為,嚴(yán)重睡眠剝奪導(dǎo)致的死亡可能是由氧化應(yīng)激引起的,腸道在這一過程中起著核心作用。ROS積累受阻時,不睡覺也能存活。眾所周知,睡眠是動物生存所必需的。最早的動物已經(jīng)出現(xiàn)了類睡眠狀態(tài),嚴(yán)重的睡眠剝奪會導(dǎo)致死亡。但是造成這種殺傷力的原因還不清楚。研究小組在老鼠實驗中也得出類似的結(jié)論。通過機械刺激使嚙齒動物保持5天清醒,科學(xué)家觀察到腸道內(nèi)ROS水平高于對照組。

摘要:

睡眠對生存至關(guān)重要的觀點得到了這種行為無處不在的支持,早期動物中明顯存在類似睡眠的狀態(tài),以及嚴(yán)重的睡眠缺失可能是致命的這一事實。這種殺傷力的原因不明。在這里,我們用蒼蠅和老鼠表明,睡眠不足會導(dǎo)致活性氧的積累和隨之而來的氧化應(yīng)激,特別是在大腦中?;钚匝醪粌H與睡眠不足相關(guān),也是死亡的驅(qū)動因素:它們的中和作用可以防止氧化應(yīng)激,讓果蠅有一個很少甚至沒有睡眠的正常生活。這種拯救可以通過口服抗氧化化合物或腸道靶向抗氧化酶的轉(zhuǎn)基因表達(dá)來實現(xiàn)。我們的結(jié)論是,嚴(yán)重睡眠限制導(dǎo)致的死亡可能是由氧化應(yīng)激引起的,這一過程中的中樞神經(jīng)系統(tǒng),當(dāng)活性氧積累被阻止時,沒有睡眠的生存是可能的。

DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.049

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