缺覺導致“智力下降”的原因找到了?

2019年10月11日 10:01 次閱讀 稿源:學術經緯 條評論

睡眠對大腦的重要性不言而喻。幾天沒睡好覺,我們就會明顯感到大腦認知能力出現下降。今天 ,發表在頂級學術期刊《科學》上的兩篇論文,從生物學的角度提出了潛在的解釋——科學家們發現,睡眠與大腦突觸的功能有著緊密聯系。

這兩項研究均來自蘇黎世大學(University of Zürich)和慕尼黑大學(LMU Munich)的合作。科學家們使用先進的生化技術,對小鼠神經突觸的轉錄組和蛋白質組進行了分析。結果表明,有三分之二的突觸mRNA表達水平出現了明顯的節律性。具體來看,突觸mRNA的表達可以被分為兩類,一類在黎明時分迎來高峰,另一類則在黃昏到達峰值。在突觸蛋白中,科學家們也觀察到了類似的節律性。

▲mRNA水平顯示出了明顯的節律性(圖片來源:參考資料[2])

接下來,則是這兩項研究的亮點所在了。我們知道,睡眠受著兩種不同機制的調控:第一種機制和日常生活有關。如果一段時間內睡眠不足,或是太過勞累,就很容易讓人昏昏欲睡;第二種機制則和日常生活無關。許多動物的體內自帶“生物鐘”,晚上到點就困,早上到點就醒(夜行性動物正好相反),就是生物鐘的一種體現。

那么問題來了。這些大腦突觸里的mRNA和蛋白質所表現出的節律性,究竟是生物鐘調控下的普遍現象,還是會受到日常睡眠質量的影響?為了回答這個重要的問題,研究人員們對小鼠進行了睡眠剝奪,單方面影響它們的睡眠質量。隨后,他們重新對突觸mRNA與蛋白質的節律進行了分析。

分析的結果非常有趣。首先,在剝奪睡眠的小鼠中,有四分之一的突觸mRNA的節律性幾乎不受影響。在剩下的突觸mRNA里,也有超過80%在很大程度上受時間的影響。這些結果表明,突觸mRNA的產生,很有可能只受生物鐘的調控,而與睡眠質量無關。每天到點(比如黎明和黃昏),它們就會在生物鐘控制下,自動開始積聚。

▲蛋白的磷酸化水平受睡眠剝奪的影響(圖片來源:參考資料[3])

相反,蛋白質的水平受睡眠質量的影響極大!在那些睡眠被剝奪的小鼠中,無論是蛋白質的豐度,還是蛋白質的磷酸化,其節律性幾乎都消失了。這表明在突觸中行使生理功能的蛋白質,的確主要受睡眠與清醒時長的調控。

后續的研究表明,其中一些受影響的蛋白質是激酶。在小鼠快要清醒時,一些與神經元激活有關的激酶會變得活躍;而在快入睡時,另一些與神經元抑制有關的激酶會開始活躍。

▲這兩項研究的圖示(圖片來源:參考資料[1])

《科學》雜志對這兩項研究進行了專文評述。作者在評述中指出,結合這兩項研究的結果與之前的證據,我們幾乎可以確信,小鼠的清醒和睡眠的時長,能最終反映在其突觸的功能上。至于具體的機理,以及睡眠能如何恢復突觸的功能,則還需要進一步的探索。

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