科學家發現大腦睡眠質量調控機制

睡得久≠睡得好 睡不好會變“傻”

躺在床上輾轉反側，數了幾百只綿羊，還是睡不著……對于失眠，不少人曾有過噩夢般的經歷。數據顯示，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量比睡眠總量更為重要。近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員劉暢與美國布蘭迪斯大學教授萊斯利·克萊爾·格里菲斯合作，利用果蠅這一模式生物，發現了大腦中調節睡眠質量的神經環路，進一步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。

相關研究成果已于近日發表于《細胞》子刊《現代生物學》雜志。

睡眠片段化才是“真兇”？

睡眠結構是決定睡眠質量的一項重要因素，也是此次研究的重點。

據劉暢介紹，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，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。

“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、心血管疾病等病癥的重要因素。

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。

這背后又有什么原因？

“甜甜圈”腦區打斷了睡眠？

為了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。

在實驗中，研究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。

研究團隊還發現，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”。

劉暢告訴記者，“甜甜圈”腦區與睡眠穩態的關系近幾年才被學界關注，此次研究的成果，第一次揭示了該腦區對睡眠質量的調控機制。

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、反應遲鈍，這一現象也得到了此前實驗數據的驗證。

這一次，研究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。

劉暢說，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——

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。如此反復來訓練果蠅，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？

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，此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，研究團隊將會繼續關注靶點下游參與調控睡眠質量的分子。

中國科學院院士、神經科學和生物物理學家郭愛克表示，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，并為理解人類在五羥色胺調控睡眠和認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知受損的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。（記者 邱晨輝）