不睡覺為什么會死？哈工大研究發(fā)現(xiàn)，睡眠通過維持大腦磷酸化蛋白質(zhì)組穩(wěn)態(tài)以保障生存

熱門推薦：睡眠 , 中樞神經(jīng)系統(tǒng) , 大腦磷酸化蛋白質(zhì)組 ,

作者：王聰來源：生物世界

2025-07-08

睡眠是一種在所有動物物種中都得以保留的不可或缺的行為。長期睡眠剝奪（Pr-SD）會導(dǎo)致許多物種死亡。盡管已確定了與睡眠調(diào)節(jié)或睡眠缺失這一致命后果相關(guān)的各種機制，但哺乳動物中由睡眠剝奪誘導(dǎo)的致死性與睡眠穩(wěn)態(tài)之間的核心分子基礎(chǔ)，目前仍不清楚。

睡眠是一種在所有動物物種中都得以保留的不可或缺的行為。長期睡眠剝奪（Pr-SD）會導(dǎo)致許多物種死亡。盡管已確定了與睡眠調(diào)節(jié)或睡眠缺失這一致命后果相關(guān)的各種機制，但哺乳動物中由睡眠剝奪誘導(dǎo)的致死性與睡眠穩(wěn)態(tài)之間的核心分子基礎(chǔ)，目前仍不清楚。

2025 年 6 月 24 日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王志強團隊在 Cell Discovery 期刊發(fā)表了題為：Sleep prevents brain phosphoproteome disruption to safeguard survival 的研究論文。

該研究表明，睡眠可防止大腦磷酸化蛋白質(zhì)組的破壞，以保障生存。

在過去的幾十年里，已報道了眾多影響睡眠時長或質(zhì)量的因素，從一些生物鐘基因和與睡眠相關(guān)的神經(jīng)回路到特定的激酶信號通路和神經(jīng)遞質(zhì)。作為一種穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，有研究認為睡眠的核心分子基礎(chǔ)應(yīng)當同時控制其調(diào)節(jié)機制和主要功能。通過研究睡眠不足對不同方面的的影響，研究人員提出了許多睡眠相關(guān)功能，包括認知、代謝廢物清除、新陳代謝和免疫功能。

還有研究通過長期睡眠剝奪（Pr-SD）來剖析睡眠的主要功能，揭示了 Pr-SD 相關(guān)致死性背后的若干機制，例如導(dǎo)致果蠅腸道內(nèi)活性氧（ROS）的積累，以及導(dǎo)致小鼠外周系統(tǒng)中細胞因子風(fēng)暴樣綜合征。

盡管睡眠在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中發(fā)揮著極其重要的作用，但迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)大腦中存在任何形態(tài)學(xué)或功能上的變化是導(dǎo)致睡眠剝奪相關(guān)死亡的機制。因此，Pr-SD 難以捉摸的致死機制以及睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的核心分子基礎(chǔ)進一步被蒙上了一層神秘面紗。

目前研究長期睡眠剝奪（Pr-SD）及其致死性的方法仍然有限。常用的溫和處理手段無法實現(xiàn)長期睡眠剝奪。

水上圓盤法（Disk-over-water，DOW）是一種研究睡眠剝奪的實驗方法，是將實驗動物放置于一個懸浮于水面上方的圓盤上。當其嘗試入睡時，圓盤會輕微移動或轉(zhuǎn)動，迫使動物保持清醒狀態(tài)以避免落入水中，從而達成睡眠剝奪的目的。該方法在大鼠身上很有用，然而，大鼠缺乏遺傳研究工具；而小鼠由于體型較小，植入電極后活動受限，導(dǎo)致該方法不切實際。因此，需要改進的模型來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

在這項最新研究中，研究團隊在對大鼠進行水上圓盤法（DOW）睡眠剝奪實驗時，觀察到了一種"不可逆轉(zhuǎn)點"（PONE）狀態(tài)，其特征是即使終止睡眠剝奪程序，實驗對象的死亡也是不可逆轉(zhuǎn)的。因此，準確識別處于 PONE 狀態(tài)的小鼠并描述這種神秘狀態(tài)的特征，可能有助于理解 Pr-SD 引起的致死機制。

研究團隊通過對 PONE 狀態(tài)的分析，結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)和遺傳學(xué)研究，表明了大腦磷酸化蛋白質(zhì)組平衡對于睡眠調(diào)節(jié)以及 Pr-SD 引起的機體死亡都至關(guān)重要。

具體來說，研究團隊利用 Pr-SD 模型和可靠的 PONE 狀態(tài)預(yù)測方法，表明處于 PONE 狀態(tài)的小鼠無法進入自然睡眠，并且大腦磷酸化蛋白質(zhì)組出現(xiàn)顯著紊亂，這種紊亂與睡眠剝奪的時間長度無關(guān)，但與 PONE 狀態(tài)密切相關(guān)。

大腦激酶或磷酸酶功能障礙會影響 PONE 狀態(tài)的發(fā)展，并同時導(dǎo)致相應(yīng)的睡眠異常。每天 80 分鐘的恢復(fù)性睡眠可顯著延緩認知衰退的出現(xiàn)，并恢復(fù)大腦磷酸化蛋白質(zhì)組。通過結(jié)合恢復(fù)性睡眠和補償性磷酸酶表達，可消除過度激酶活性對 PONE 發(fā)展的有害影響。

大腦激酶或磷酸酶功能障礙會影響 PONE 狀態(tài)的發(fā)展，并同時導(dǎo)致相應(yīng)的睡眠異常。