導 讀
隨著電子產品的普及，熬夜大軍越來越多，而長時間的清醒卻能導致認知功能障礙，并且對睡眠的需求不斷增加。睡眠通過改變分子生物化學來刷新大腦。這些變化影響神經元的可塑性和大腦功能，但“嗜睡”的分子基礎尚未得到很好的理解。日本筑波大學國際綜合睡眠醫(yī)學研究所（WPI-IIIS）的研究人員尋找了構成這個睡眠 - 覺醒周期基礎的生物化學變化。
目前的睡眠 - 覺醒周期理論表明，醒來可以編碼記憶，而睡眠鞏固了記憶并恢復了突觸穩(wěn)態(tài)。研究人員懷疑在所有大腦區(qū)域應該都能看到嗜睡的分子底物，且應該在醒來時逐漸積累，并在睡眠中消散。他們最近發(fā)表在《Nature》上的研究結果顯示，蛋白磷酸化可能是關鍵。
在正常功能期間，可以通過可逆地添加化學磷?；鶃硇揎椉毎鞍踪|，這被稱為磷酸化。研究人員使用技術來分析哪些蛋白質被磷酸化，哪些不是。這使他們能夠鑒定和量化睡眠剝奪小鼠中的大范圍腦蛋白的磷酸化，以及具有單一點突變的小鼠Sleepy，這增加了睡眠時間和睡眠需求。
睡眠剝奪小鼠和睡眠突變小鼠的睡眠變化比較
“蛋白質功能可以通過位點特異性磷酸化開啟或關閉，或者通過多個位點的累積磷酸化來調節(jié)，”該研究第一作者王志強說。 “所以磷酸化模式似乎能揭示支撐睡眠需求的過程。”
免疫化學和質譜結果顯示，在Sleepy突變小鼠和正常睡眠剝奪小鼠的整個腦中的蛋白質磷酸化數(shù)目增加。重要的是，蛋白質的豐度沒有改變，研究人員發(fā)現(xiàn)Sleepy突變小鼠大腦中磷酸化增加的模式模擬了睡眠剝奪小鼠大腦的模式。他們還發(fā)現(xiàn)全腦磷酸化蛋白質組中磷酸化事件數(shù)量的劑量依賴性增加，其跟蹤的睡眠需求也增加。
通過分析磷酸化變化的數(shù)量，研究人員確定了80種當小鼠昏昏欲睡時被高度磷酸化的蛋白質，他們稱之為睡眠需要指數(shù)磷酸化蛋白（SNIPPs）。 SNIPP的磷酸狀態(tài)隨著睡眠需要而改變。重要的是，所鑒定的SNIPP主要是突觸蛋白。
“通過比較睡眠剝奪小鼠和嗜睡突變小鼠，我們能夠過濾出長時間的清醒、長時間的睡眠和壓力的影響，”該研究的通訊作者Masashi Yanagisawa說。 “我們的研究結果表明SNIPP的磷酸化/去磷酸化循環(huán)可能是大腦調節(jié)睡眠 - 覺醒穩(wěn)態(tài)的主要方式。”
該研究提供的證據(jù)表明，長時間覺醒會導致過度磷酸化，而睡眠促進腦蛋白質組的全組去磷酸化?？紤]到睡眠 - 覺醒周期影響認知，這項研究可以幫助理解睡眠 - 覺醒模式以獲得最佳的大腦功能，從而保持智商持續(xù)在線。
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