为什么累了总是困？新的研究发现 身体发出的睡眠信号实际上是大脑DNA损伤引起的“警报”

资料来源：丁香学术2021-11-28 18:57

睡眠对所有动物来说都是必不可少的，但每天的睡眠量因物种而异。成年人每天睡7-8个小时左右，树懒睡20个小时，自由游荡的野象只睡2个小时。对于人类来说，我们需要用三分之一的生命去睡觉。当我们筋疲力尽的时候，只要睡个好觉，我们就能开始充满活力的新一天。那么，我们究竟如何知道我们需要睡觉呢？晚上睡觉帮助身体修复的机制是

睡眠对所有动物来说都是必不可少的，但每天的睡眠量因物种而异。成年人每天睡7-8个小时左右，树懒睡20个小时，自由游荡的野象只睡2个小时。

对于人类来说，我们需要用三分之一的生命去睡觉。当我们筋疲力尽的时候，只要睡个好觉，我们就能开始充满活力的新一天。那么，我们究竟是如何知道自己需要睡眠的，晚上睡觉帮助身体修复的机制是什么？这些仍然是未解之谜。

来自以色列贝勒大学生命科学学院和多学科大脑研究中心的Lior elbaum团队在《分子细胞》杂志上发表了一项名为Parp1促进睡眠的新研究，该研究增强了神经元中的DNA修复，这是朝着解开这个谜团迈出的一步。研究人员发现了斑马鱼的睡眠机制，并在小鼠身上得到了证据的支持，发现DNA损伤是睡眠的稳态驱动因素，Parp1通路可以感知这种细胞压力，促进睡眠和修复活动。

研究内容

睡眠可以修复神经元DNA损伤。

当我们清醒时，DNA损伤会在神经元中逐渐积累。这种损伤可能由许多因素引起，包括紫外线、神经元活动、辐射、氧化应激和酶反应错误。在睡眠和清醒时，每个细胞中的修复系统会纠正DNA断裂。但清醒时神经元中的DNA损伤持续累积，大脑中过量的DNA损伤会达到危险的程度，因此有必要减少DNA损伤。这项研究表明，睡眠可以招募DNA修复系统，促进有效修复，帮助我们“重启”新的一天。

在一系列实验中，研究人员试图确定脱氧核糖核酸损伤的积累是否可能是触发睡眠的驱动因素。利用辐射、药理学和光学方法诱导斑马鱼的DNA损伤，以评估其对斑马鱼睡眠的影响。斑马鱼非常透明，大脑类似人类，晚上睡觉。研究这一现象是一个完美的模式生物。

实验表明，随着DNA损伤的增加，对睡眠的需求也随之增加。在某一时刻，DNA损伤的积累达到最大阈值，睡眠(稳态)压力增加到一定程度，从而触发睡眠冲动，鱼进入睡眠状态。随后的睡眠促进了DNA修复的过程，从而减少了DNA损伤。

睡几个小时就够了？

没有什么比睡个好觉更重要了。在确认累积的DNA损伤是驱动睡眠过程的因素后，研究人员进一步确定了减少斑马鱼睡眠压力和DNA损伤的最短时间。和人类一样，斑马鱼对光线中断也很敏感，因此研究人员逐渐减少了夜间的黑暗时间。检测DNA损伤和睡眠后，确定每晚6小时睡眠足以减少DNA损伤。令人震惊的是，当夜间睡眠不足6小时时，DNA损伤并没有充分减少，斑马鱼白天还会继续睡觉。

PARP1可以发出“该睡觉了”的信号

为了促进有效的DNA修复，大脑需要告诉我们该睡觉了，那么它的潜在机制是什么呢？

PARP1蛋白是DNA损伤修复系统的一部分，是最早快速反应的蛋白之一。PARP1标记细胞中的DNA损伤位点，并招募所有相关系统来去除DNA损伤。根据DNA损伤，PARP1在DNA切割位点的聚集在清醒时增加，但在睡眠时减少。和药理作用，PARP1的过表达和敲除表明增加PARP1不仅能促进睡眠，还能增加睡眠依赖的修复。相反，PARP1的抑制阻断了DNA损伤修复的信号。有趣的是，鱼并没有完全意识到自己累了，没有睡觉，也没有修复DNA损伤。

为了进一步证实对斑马鱼的研究结果，研究人员与特拉维夫大学的Yuval Nir教授合作，利用脑电图检测PARP1在调节小鼠睡眠中的作用。PARP1活性的抑制降低了非快速眼动睡眠的持续时间和质量，这与斑马鱼相同。elbaum教授说，“为了修复DNA，PARP1通路可以向大脑发出信号，让我们知道我们需要睡觉。”

摘要

本研究揭示了DNA损伤是睡眠的稳态驱动因素，PARP1通路可以感知这种细胞压力，提醒我们可以进入睡眠，在睡眠中修复DNA。

清醒时，神经元中DNA损伤的积累会增加疲劳。PARP1蛋白(黄色头盔)充当“天线”来感知和标记细胞中的DNA断裂，驱动睡眠，并招募修复系统(绿色和蓝色头盔)。睡眠期间，DNA修复系统修复休息时间，让新的一天重新开始。红色是细胞体，蓝色是核仁，绿色是DNA损伤部位。(大卫扎达博士的功劳)

这些最新发现在单细胞水平上详细描述了睡眠的“发生链”，这一机制也可以用来解释睡眠障碍、衰老与阿尔茨海默病等神经退行性疾病之间的关系。虽然目前的研究还处于斑马鱼和小鼠模型阶段，但elbaum教授认为，“未来的研究将有助于将这种睡眠功能从低等无脊椎动物应用到人类身上”。(100yiyao.com)

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