科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腦睡眠質(zhì)量調(diào)控機制

睡得久≠睡得好 睡不好會變“傻”

躺在床上輾轉(zhuǎn)反側(cè)，數(shù)了幾百只綿羊，還是睡不著……對于失眠，不少人曾有過噩夢般的經(jīng)歷。數(shù)據(jù)顯示，全球約10%-49%的人患有不同程度的失眠，而在我國一線城市，平均睡眠總長不足7個小時，睡眠問題已然成為全球性課題。

不過，相比睡眠時長，人們逐漸意識到睡眠質(zhì)量比睡眠總量更為重要。近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院研究員劉暢與美國布蘭迪斯大學(xué)教授萊斯利·克萊爾·格里菲斯合作，利用果蠅這一模式生物，發(fā)現(xiàn)了大腦中調(diào)節(jié)睡眠質(zhì)量的神經(jīng)環(huán)路，進一步解析了調(diào)控睡眠的神經(jīng)機制，為應(yīng)對睡眠問題提供了新的治療干預(yù)靶點及潛在的治療策略。

相關(guān)研究成果已于近日發(fā)表于《細(xì)胞》子刊《現(xiàn)代生物學(xué)》雜志。

睡眠片段化才是“真兇”？

睡眠結(jié)構(gòu)是決定睡眠質(zhì)量的一項重要因素，也是此次研究的重點。

據(jù)劉暢介紹，在正常的睡眠結(jié)構(gòu)下，睡眠深、無起夜、無驚夢現(xiàn)象，醒來后會擁有良好的精神狀態(tài)。而對于一些需要照顧新生兒、照顧病患或呼吸道阻塞的人，夜間頻繁醒來，對身體和精神都造成了巨大負(fù)擔(dān)，同時可能伴隨健忘、發(fā)胖、脫發(fā)等問題。

“已有研究表明，在睡眠質(zhì)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(rèn)知功能。相反，睡眠片段化則可能嚴(yán)重影響生理機能。”劉暢說。

據(jù)了解，長期的低質(zhì)量睡眠，可導(dǎo)致疲勞、學(xué)習(xí)和認(rèn)知障礙，也是誘發(fā)阿爾茲海默癥、抑郁癥、心血管疾病等病癥的重要因素。

在探究睡眠質(zhì)量的奧秘時，研究團隊關(guān)注到一類重要的神經(jīng)遞質(zhì)——五羥色胺。

五羥色胺，又稱血清素，參與調(diào)控情緒、食欲、認(rèn)知、疼痛等，其生物合成的相關(guān)產(chǎn)物在臨床上被廣泛應(yīng)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(zhì)量反而更差了。”劉暢表示。

這背后又有什么原因？

“甜甜圈”腦區(qū)打斷了睡眠？

為了進一步探究調(diào)控睡眠結(jié)構(gòu)的大腦機制，找出五羥色胺與睡眠質(zhì)量的關(guān)系，研究團隊利用熱遺傳學(xué)和光遺傳學(xué)技術(shù)，在果蠅上做了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了一條調(diào)控睡眠質(zhì)量的神經(jīng)環(huán)路，并找到了打斷睡眠的重要靶點。

在實驗中，研究團隊首先在果蠅大腦中的五羥色胺神經(jīng)元中表達特殊的基因，然后通過“光”或“熱”來刺激這些神經(jīng)元，受刺激后興奮的神經(jīng)元會釋放分子信號，這些興奮的五羥色胺神經(jīng)元導(dǎo)致了睡眠片段化的現(xiàn)象。

研究團隊還發(fā)現(xiàn)，在果蠅大腦中形似“甜甜圈”的腦區(qū)——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(jīng)元也導(dǎo)致果蠅出現(xiàn)了睡眠片段化的現(xiàn)象。

“實驗數(shù)據(jù)顯示，相較于對照組，特殊神經(jīng)環(huán)路被激活的果蠅在白天睡眠中醒來的次數(shù)平均增加了15-20次，在夜間醒來的次數(shù)平均增加了10-15次。”劉暢說。

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(qū)，此前一直被認(rèn)為負(fù)責(zé)調(diào)控運動和感知，類似果蠅大腦中的“導(dǎo)航儀”。

劉暢告訴記者，“甜甜圈”腦區(qū)與睡眠穩(wěn)態(tài)的關(guān)系近幾年才被學(xué)界關(guān)注，此次研究的成果，第一次揭示了該腦區(qū)對睡眠質(zhì)量的調(diào)控機制。

支離破碎的睡眠還有救嗎？

晚上沒睡好，第二天往往會感到工作效率降低、反應(yīng)遲鈍，這一現(xiàn)象也得到了此前實驗數(shù)據(jù)的驗證。

這一次，研究團隊在睡眠片段化的研究基礎(chǔ)上，進一步研究了睡眠質(zhì)量與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系。

劉暢說，為了確定“激活五羥色胺神經(jīng)元后出現(xiàn)的碎片化睡眠”是否會導(dǎo)致認(rèn)知缺陷，團隊利用經(jīng)典的厭惡性嗅覺條件化實驗范式——

一種選擇是，果蠅聞到一種氣味同時，受到電擊懲罰；另一種選擇是，聞到另一種氣味，則沒有電擊懲罰。如此反復(fù)來訓(xùn)練果蠅，最后讓果蠅在兩種氣味中進行選擇，以此來分析果蠅的學(xué)習(xí)能力。

結(jié)果顯示：與對照組相比，經(jīng)歷睡眠片段化的果蠅，學(xué)習(xí)能力降低了1/3，而后通過藥物挽救或遺傳修復(fù)睡眠質(zhì)量，學(xué)習(xí)能力恢復(fù)到對照組水平。

那么，如何改善支離破碎的睡眠？

按照劉暢的說法，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，研究團隊通過檢測利用遺傳學(xué)手段敲除該受體后的果蠅，或利用藥理學(xué)手段阻斷受體的功能，果蠅覺醒的次數(shù)都顯著減少，睡眠質(zhì)量得到改善。

“盡管睡眠質(zhì)量的神經(jīng)調(diào)控機制是在果蠅大腦中發(fā)現(xiàn)的，但經(jīng)過實驗證實，從行為學(xué)和生理學(xué)上，此次發(fā)現(xiàn)的特異受體與睡眠質(zhì)量的關(guān)系在哺乳動物上也存在。”劉暢表示，下一步，研究團隊將會繼續(xù)關(guān)注靶點下游參與調(diào)控睡眠質(zhì)量的分子。

中國科學(xué)院院士、神經(jīng)科學(xué)和生物物理學(xué)家郭愛克表示，這項研究將睡眠和認(rèn)知系統(tǒng)間的作用方式通過五羥色胺系統(tǒng)連接起來，并為理解人類在五羥色胺調(diào)控睡眠和認(rèn)知的作用機制上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(rèn)知受損的患者提供了新的藥物設(shè)計靶點，將有助于藥物研發(fā)及臨床應(yīng)用。（記者 邱晨輝）