睡眠是人體的一種修復(fù)過程，可以恢復(fù)精神和解除疲勞。人的一生中，大約三分之一的時(shí)間是在睡眠中度過，良好的睡眠是國際社會(huì)公認(rèn)的三項(xiàng)健康標(biāo)準(zhǔn)之一，而睡眠時(shí)間過短或睡眠不佳均會(huì)影響健康。
在中國，超3億人存在睡眠障礙、成年人失眠發(fā)生率高達(dá)38.2%、超9成小學(xué)生睡眠時(shí)長(zhǎng)未達(dá)標(biāo)，也就是說，有超過3億中國人存在睡眠障礙，而且這一數(shù)據(jù)還在逐年上升中。
從線蟲、果蠅到人類，睡眠對(duì)于所有擁有神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物來說都是不可或缺的。盡管在睡眠時(shí)，喪失警惕的動(dòng)物更容易被捕食，它們?yōu)槭裁醇词故敲爸劳龅娘L(fēng)險(xiǎn)也要睡覺？
2021年11月18日，以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員在" Molecular Cell "期刊上發(fā)表了一篇題為" Parp1 promotes sleep，which enhances DNA repair in neurons "的研究論文，該研究從細(xì)胞水平揭示了為什么需要睡覺。
該研究表明，在清醒時(shí)，神經(jīng)元DNA損傷的積聚會(huì)增加睡眠壓力，在睡眠期間，細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行了有效的DNA修復(fù)，會(huì)降低這種壓力。
清醒狀態(tài)下，受紫外線照射、神經(jīng)元活動(dòng)、輻射、氧化應(yīng)激等因素的影響，DNA損傷在包括神經(jīng)元在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)積累，這其中就包含了DNA雙鏈斷裂。DNA損傷積累，會(huì)對(duì)機(jī)體健康造成嚴(yán)重影響，誘發(fā)認(rèn)知衰退、癌癥等。
在該研究中，研究人員利用斑馬魚進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。斑馬魚具有絕對(duì)的透明度、夜間睡眠和與人類相似的簡(jiǎn)單大腦，是研究的完美受體。
通過紫外線輻射、藥理干預(yù)和光遺傳學(xué)，使斑馬魚保持清醒狀態(tài)，誘導(dǎo)斑馬魚的DNA損傷。隨后，研究人員檢測(cè)了斑馬魚神經(jīng)元中DNA雙鏈斷裂的情況。
研究發(fā)現(xiàn)，清醒時(shí)，神經(jīng)元中DNA雙鏈斷裂顯著增多。隨著DNA損傷的增加，睡眠的需求也會(huì)增加。而到了某個(gè)時(shí)刻，DNA損傷積累達(dá)到某個(gè)值時(shí)，觸發(fā)了睡眠的沖動(dòng)，斑馬魚就進(jìn)入睡眠狀態(tài)。隨后的睡眠促進(jìn)了DNA修復(fù)，減少了DNA損傷。
清醒與睡眠階段的DNA斷裂與修復(fù)
在證實(shí)了累積的DNA損傷是驅(qū)動(dòng)睡眠的因素后，研究者進(jìn)一步找到了斑馬魚為了減少睡眠壓力與DNA損傷所需的最短睡眠時(shí)間。
研究發(fā)現(xiàn)，每晚6小時(shí)的睡眠足以減少DNA損傷。令人震驚的是，在睡眠不足6小時(shí)的情況下，DNA的損傷不能充分減少，導(dǎo)致斑馬魚白天也睡覺。
那么，具體又是大腦中的什么機(jī)制參與了這個(gè)過程呢？
研究人員通過熒光標(biāo)記了修復(fù)蛋白等方法，發(fā)現(xiàn)了一種名為PARP1的蛋白質(zhì)在相關(guān)神經(jīng)機(jī)制中扮演者關(guān)鍵角色。蛋白質(zhì)PARP1是DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)的一部分，是最先快速反應(yīng)的蛋白質(zhì)之一。
研究發(fā)現(xiàn)，PARP1在DNA斷裂位點(diǎn)的聚集性在清醒時(shí)增加，在睡眠時(shí)減少。
睡眠時(shí)DNA修復(fù)
通過基因和藥理學(xué)的調(diào)控，PARP1的過度表達(dá)和敲除不僅表明PARP1的增加促進(jìn)了睡眠，而且還增加了睡眠依賴性修復(fù)。相反，PARP1的抑制阻斷了DNA損傷修復(fù)的信號(hào)。
為了加強(qiáng)對(duì)斑馬魚的研究，研究人員利用小鼠進(jìn)一步測(cè)試了PARP1在調(diào)節(jié)睡眠中的作用。與研究結(jié)果一致，PARP1活性的抑制減少了非快速眼動(dòng)睡眠的持續(xù)時(shí)間和質(zhì)量。
總之，該研究從細(xì)胞水平揭示了為什么需要睡覺，證實(shí)了大腦需要睡眠來促進(jìn)DNA修復(fù)活動(dòng)，并表明PARP1標(biāo)記細(xì)胞中的DNA損傷位點(diǎn)，并招募所有相關(guān)系統(tǒng)清除了DNA損傷。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.10.026
聯(lián)系客服
