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搜狐科技:科学家发现睡眠开关分子机理,告别失眠不是梦!
更新时间:2016/8/17 7:33:59
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睡与醒在人类身上永远是个微妙的话题。对于有些人来说,躺在床上与其说是一种享受,倒不如说是一种折磨:辗转反侧,痛不欲生,恨不得把自己敲晕。晚上睡不着,白天又困倦乏力,心中想着今天一定要把觉补回来,却越着急越清醒。当他们看到有些人可以上课睡、坐车睡、走路睡,并享受着春困秋乏夏打盹冬眠,羡慕嫉妒恨种种情感油然而生,对自己的不睡之身恨铁不成钢。

失眠不仅损害注意力、记忆力,还可能对内分泌、免疫力等造成影响,令人恨之入骨。

当失眠者眼巴巴地羡慕“觉皇”的时候,有一群人正在为睡的过多苦恼。有一种病叫做发作性睡病,患者在白天也会感到极度的困倦,就像正常人几天几夜不睡觉的感受一样,常常不自觉睡过去。而大约70%的发作性睡病存在一种叫卒倒症的症状,患者在情感强烈变化时会突然睡着倒地,比如很多患者听笑话就会发生卒倒。大约2000人中会有一人患发作性睡病,过多的睡眠给患者的工作和生活都造成了极大的影响。

可是,人们尚且没有有效的方法来对抗这种看似美好,实则可怕的疾病。

以上两个截然不同的睡眠障碍还有一个共同的特点:睡眠节律紊乱。事实上,人脑中与睡眠相关的系统主要有两个:一个叫视交叉上核,它位于下丘脑,主管节律,由大约10000个节律细胞组成;另外一个被称为睡眠开关,同样位于下丘脑的视前正中核与腹外侧视前核促进睡眠,而蓝斑、中缝核与结节乳头核促进觉醒。

人们对睡眠相关核团之间关系有一定了解,但是,由于哺乳动物脑的复杂性使得筛选出重要神经元的工作非常困难,因此研究者将视角转向了相对简单的果蝇。8月3日,来自英国牛津大学的研究者在《自然》杂志在线发表一篇文章,首次揭示了睡眠开关的分子机理。

果蝇脑中的背扇形体区(dorsal fan-shaped body,dFB)对应人类“睡眠开关”的瞌睡部分,其中一群像工人一样勤勤恳恳的神经元。果蝇睡眠时,它们在忙碌着;当每天第一缕晨光带着来自上游神经元的多巴胺到来的时候,它们便轻轻的打个哈欠,阖上困倦的双眼。

它们睡了,果蝇便醒了。更重要的是,研究者发现,在dFB神经元的体内同样存在着一个精妙的开关,它由两个钾离子通道组成,受多巴胺受体的控制。当dFB神经元活动的时候,钾离子通道陷入沉睡,保证神经元愉快的放电;当第一缕多巴胺到来的时候,钾离子通道抖m(shaker)苏醒,把dFB神经元内钾离子的洪流外泄,于是神经元开始困倦了。

可是,也许是抖m功力不足,当白昼带来持续的多巴胺流时,为了让dFB神经元沉沉睡去,沙人(sandman)钾离子通道接过抖m的接力棒,持久泄洪,直到夜晚带走多巴胺为止。(你有发现抖m和沙人的作息和果蝇是一样的么?)

《自然》杂志对本文进行了高度评价,并指出本文首次发现睡眠开关的分子机理的科学意义与对临床药物开发的重要价值。

对于失眠症来说,现在临床常用的安眠药物基本为苯二氮卓类或其他类如佐匹克隆等,他们都有一定的副作用与撤药反应,可能对驾驶等活动产生影响。而对于发作性睡病,现在临床没有特效药物。如果不久的将来我们可以设计药物分子,直击睡眠开关,从此睡眠障碍便可成为路人。

由于发作性睡病患者存在着白天困倦的睡眠节律紊乱,这提示他们的节律系统也许也可以成为治疗的靶点。8月1日在《自然》杂志在线发表的另一篇文章或许可以给这种疾病提供启示。来自美国布兰迪斯大学的研究者同样使用果蝇,发现它们脑中的背侧时钟神经元可以通过负反馈调节主节律发生神经元活性,从而调控果蝇的睡眠。

果蝇有着和人类一样的昼夜节律,日出而作,日落而息。果蝇的一天通常是这样的:早上和傍晚忙忙碌碌,活动较多;中午通常会睡个午觉,活动减少(挺会养生的);晚上太阳下山就呼呼大睡。在果蝇中,与视交叉上核相似的区域由75对神经元组成。它们分成小组,各自掌管一些行为。上文提到的主节律发生神经元中,各有四个分别控制果蝇早上和傍晚的活动。

之前的研究发现,主节律发生神经元在早上会激活背侧时钟神经元,促进果蝇觉醒。于是,之前大家认为背侧时钟神经元可以促进果蝇活动。可是,当研究者使用将突触递质抑制剂——强直毒素轻链蛋白表达在背侧时钟神经元中,来抑制它们活性的时候,果蝇非但没有长睡不起,反而精神百倍,午睡和夜间睡眠时间都大大缩短。这成功引起了研究者的注意。于是他们使用光遗传学技术激活背侧时钟神经元,成功地让果蝇长睡不起,证明了背侧时钟神经元其实是促进睡眠的。

为了研究背侧时钟神经元对主节律发生神经元发出的信息,研究者在激活背侧时钟神经元的同时,使用钙成像技术观察主节律发生神经元的活性。果然,背侧时钟神经元被激活后,会释放神经递质谷氨酸,对背侧时钟神经元产生抑制作用,这个时候果蝇就要午睡或者晚安了。(ps:虽然谷氨酸在哺乳动物中通常是兴奋性神经递质,但是在果蝇中枢神经系统,谷氨酸做抑制性神经递质的例子并不罕见。)

这项研究提示我们,节律系统也是治疗睡眠障碍的一个方法。事实上,临床上已有针对老年痴呆患者睡眠紊乱的光照疗法,对于失眠患者也会千叮咛万嘱咐做好节律控制。作用于节律系统的激素褪黑素也被人们用来作为辅助疗法,或是用来倒时差。

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