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數(shù)據(jù)顯示，全球約10%-49%的人患有不同程度的失眠，睡眠問題已然成為全球性課題。相比睡眠時(shí)長，人們逐漸意識到睡眠質(zhì)量比睡眠總量更為重要。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院劉暢研究員與美國布蘭迪斯大學(xué)Leslie C. Griffith教授合作，利用果蠅這一模式生物，發(fā)現(xiàn)了大腦中調(diào)節(jié)睡眠質(zhì)量的神經(jīng)環(huán)路，進(jìn)一步地解析了調(diào)控睡眠的神經(jīng)機(jī)制，為應(yīng)對睡眠問題提供了新的治療干預(yù)靶點(diǎn)及潛在的治療策略，研究成果于10月24日發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）子刊《現(xiàn)代生物學(xué)》（Current Biology）雜志。
探究睡眠質(zhì)量的奧秘
睡眠結(jié)構(gòu)是決定睡眠質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素，也是本次研究的重點(diǎn)。在正常的睡眠結(jié)構(gòu)下，睡眠深、無起夜、無驚夢現(xiàn)象，醒來后會(huì)擁有良好的精神狀態(tài)。而對于一些需要照顧新生兒，照顧病患，或呼吸道阻塞的人而言，夜間頻繁醒來，對身體和精神都造成了巨大負(fù)擔(dān)，同時(shí)可能伴隨健忘、發(fā)胖、脫發(fā)等問題。
新生兒家庭，父母睡眠片段化。（作者閆薇）
“已有研究表明，在睡眠質(zhì)量高的情況下，即便時(shí)間相對較短，也不會(huì)影響大腦整體的認(rèn)知功能。相反，睡眠片段化則可能嚴(yán)重影響生理機(jī)能?！眲痴f。
據(jù)了解，長期的低質(zhì)量睡眠，可導(dǎo)致疲勞、學(xué)習(xí)和認(rèn)知障礙，也是誘發(fā)阿爾茲海默癥、抑郁癥、心血管疾病等的重要因素。
在探究睡眠質(zhì)量的奧秘時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注到一類重要的神經(jīng)遞質(zhì)——五羥色胺。五羥色胺，又稱血清素，參與調(diào)控情緒、食欲、認(rèn)知、疼痛等，其生物合成的相關(guān)產(chǎn)物在臨床上被廣泛應(yīng)用于治療抑郁癥?！暗艽笠徊糠忠钟舭Y患者在服用五羥色胺類的藥物后，睡眠質(zhì)量反而更差了?！眲潮硎尽?/p>
五羥色胺（又名血清素）參與調(diào)控疼痛、情緒、食欲等。（作者閆薇）
鎖定“甜甜圈”腦區(qū)
找出打斷睡眠的“腦回路”
為進(jìn)一步探究調(diào)控睡眠結(jié)構(gòu)的大腦機(jī)制，找出五羥色胺與睡眠質(zhì)量的關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)利用熱遺傳學(xué)和光遺傳學(xué)技術(shù)，在果蠅上做了一系列實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一條調(diào)控睡眠質(zhì)量的神經(jīng)環(huán)路，并找到了打斷睡眠的重要靶點(diǎn)。
2000年始，模式生物果蠅被用于研究睡眠的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制。果蠅的睡眠受晝夜周期和穩(wěn)態(tài)的調(diào)控，也具有不同的腦電特征，隨著睡眠的深度變化，對外界刺激的發(fā)生反應(yīng)的閾值也提高。（作者閆薇）
在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)首先在果蠅大腦中的五羥色胺神經(jīng)元中表達(dá)特殊的基因，然后通過“光”或“熱”來刺激這些神經(jīng)元，受刺激后興奮的神經(jīng)元會(huì)釋放分子信號，這些興奮的五羥色胺神經(jīng)元導(dǎo)致了睡眠片段化的現(xiàn)象。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在果蠅大腦中形似“甜甜圈”的腦區(qū)——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(jīng)元也導(dǎo)致果蠅出現(xiàn)了睡眠片段化的現(xiàn)象。
“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，相較于對照組，特殊神經(jīng)環(huán)路被激活的果蠅在白天睡眠中醒來的次數(shù)平均增加了15-20次，在夜間醒來的次數(shù)平均增加了10-15次?！眲辰榻B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(qū)，此前一直被認(rèn)為負(fù)責(zé)調(diào)控運(yùn)動(dòng)和感知，類似果蠅大腦中的“導(dǎo)航儀”。該腦區(qū)與睡眠穩(wěn)態(tài)的關(guān)系近幾年才被學(xué)界關(guān)注，而此項(xiàng)研究成果首次揭示了該腦區(qū)對睡眠質(zhì)量的調(diào)控機(jī)制。
睡不好會(huì)變傻？是真的！但有救了
晚上沒睡好，第二天往往會(huì)感到工作效率降低、反應(yīng)遲鈍，這一現(xiàn)象也得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)在睡眠片段化的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了睡眠質(zhì)量與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系。
為了確定激活五羥色胺神經(jīng)元后出現(xiàn)的碎片化睡眠是否會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知缺陷，團(tuán)隊(duì)利用經(jīng)典的厭惡性嗅覺條件化實(shí)驗(yàn)范式，讓果蠅聞到一種氣味同時(shí)給電擊懲罰，聞到另一種氣味則沒有電擊懲罰的方式訓(xùn)練果蠅，然后讓果蠅在兩種氣味中進(jìn)行選擇，以此來分析果蠅的學(xué)習(xí)能力。結(jié)果顯示：與對照組相比，經(jīng)歷睡眠片段化的果蠅學(xué)習(xí)能力降低了1/3，而后通過藥物挽救或遺傳修復(fù)睡眠質(zhì)量，學(xué)習(xí)能力恢復(fù)到對照組水平。
那么，如何改善支離破碎的睡眠呢？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(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)通過檢測利用遺傳學(xué)手段敲除該受體后的果蠅，或利用藥理學(xué)手段阻斷受體的功能，果蠅覺醒的次數(shù)都顯著減少，睡眠質(zhì)量得到改善。
“盡管睡眠質(zhì)量的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制是在果蠅大腦中發(fā)現(xiàn)的，但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，從行為學(xué)和生理學(xué)上，本次發(fā)現(xiàn)的特異受體與睡眠質(zhì)量的關(guān)系在哺乳動(dòng)物上也存在?！眲潮硎荆乱徊綄?huì)繼續(xù)關(guān)注靶點(diǎn)下游參與調(diào)控睡眠質(zhì)量的分子。
神經(jīng)和分子機(jī)制的跨物種間的保守性。（作者閆薇）
神經(jīng)科學(xué)和生物物理學(xué)家郭愛克院士表示，這項(xiàng)研究將睡眠和認(rèn)知系統(tǒng)間的作用方式通過五羥色胺系統(tǒng)連接起來，并為理解在人類五羥色胺調(diào)控睡眠和認(rèn)知的作用機(jī)制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(diǎn)，為臨床上睡眠障礙和認(rèn)知受損的共病患者提供了新的藥物設(shè)計(jì)靶點(diǎn)，將有助于藥物研發(fā)及臨床應(yīng)用。（科技日報(bào) 記者劉傳書）
