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缺觉也能导致“智力下降”?

2019-10-12 10:12:52  来源:学术经纬

睡眠对大脑的重要性不言而喻。几天没睡好觉,我们就会明显感到大脑认知能力出现下降。今天 ,发表在顶级学术期刊《科学》上的两篇论文,从生物学的角度提出了潜在的解释——科学家们发现,睡眠与大脑突触的功能有着紧密联系。

这两项研究均来自苏黎世大学(University of Zürich)和慕尼黑大学(LMU Munich)的合作。科学家们使用先进的生化技术,对小鼠神经突触的转录组和蛋白质组进行了分析。结果表明,有三分之二的突触mRNA表达水平出现了明显的节律性。具体来看,突触mRNA的表达可以被分为两类,一类在黎明时分迎来高峰,另一类则在黄昏到达峰值。在突触蛋白中,科学家们也观察到了类似的节律性。

 ▲mRNA水平显示出了明显的节律性(图片来源:参考资料[2])

▲mRNA水平显示出了明显的节律性(图片来源:参考资料[2])

接下来,则是这两项研究的亮点所在了。我们知道,睡眠受着两种不同机制的调控:第一种机制和日常生活有关。如果一段时间内睡眠不足,或是太过劳累,就很容易让人昏昏欲睡;第二种机制则和日常生活无关。许多动物的体内自带“生物钟”,晚上到点就困,早上到点就醒(夜行性动物正好相反),就是生物钟的一种体现。

那么问题来了。这些大脑突触里的mRNA和蛋白质所表现出的节律性,究竟是生物钟调控下的普遍现象,还是会受到日常睡眠质量的影响?为了回答这个重要的问题,研究人员们对小鼠进行了睡眠剥夺,单方面影响它们的睡眠质量。随后,他们重新对突触mRNA与蛋白质的节律进行了分析。

分析的结果非常有趣。首先,在剥夺睡眠的小鼠中,有四分之一的突触mRNA的节律性几乎不受影响。在剩下的突触mRNA里,也有超过80%在很大程度上受时间的影响。这些结果表明,突触mRNA的产生,很有可能只受生物钟的调控,而与睡眠质量无关。每天到点(比如黎明和黄昏),它们就会在生物钟控制下,自动开始积聚。

▲蛋白的磷酸化水平受睡眠剥夺的影响(图片来源:参考资料[3])

▲蛋白的磷酸化水平受睡眠剥夺的影响(图片来源:参考资料[3])

相反,蛋白质的水平受睡眠质量的影响极大!在那些睡眠被剥夺的小鼠中,无论是蛋白质的丰度,还是蛋白质的磷酸化,其节律性几乎都消失了。这表明在突触中行使生理功能的蛋白质,的确主要受睡眠与清醒时长的调控。

后续的研究表明,其中一些受影响的蛋白质是激酶。在小鼠快要清醒时,一些与神经元激活有关的激酶会变得活跃;而在快入睡时,另一些与神经元抑制有关的激酶会开始活跃。

▲这两项研究的图示(图片来源:参考资料[1])

▲这两项研究的图示(图片来源:参考资料[1])

《科学》杂志对这两项研究进行了专文评述。作者在评述中指出,结合这两项研究的结果与之前的证据,我们几乎可以确信,小鼠的清醒和睡眠的时长,能最终反映在其突触的功能上。至于具体的机理,以及睡眠能如何恢复突触的功能,则还需要进一步的探索。

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