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睡個好覺如此重要！科學家揭示睡眠重要功能：逆轉大腦DNA損傷
閱讀次數：631 發布時間：2019/4/8 10:09:10

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“我喜歡睡覺，”大文豪海明威曾經說過。“當我醒著的時候，我的生活有崩潰的傾向。”

我們不禁會思考：人類為什么要“浪費”大約三分的生命去睡覺？動物為什么睡覺？在整個進化過程中，睡眠對所有具有神經系統的生物都是普遍和必需的，包括各種無脊椎動物，例如蒼蠅、蠕蟲，甚至結構更簡單的水母。對于動物來說，盡管野外環境中來自掠食者的威脅不斷，但動物們仍要“鋌而走險”睡個好覺，其原因至今仍是個謎，這也被科學界認為是生命科學中的未解之謎。

近日，來自以色列巴伊蘭大學的研究人員揭示了一種全新且令人意外的睡眠功能，這或許可以解釋睡眠及睡眠障礙如何影響大腦表現、衰老以及各種腦部疾病。相關文章于3月5日發表于Nature Communications期刊。利用活體斑馬魚的3D延時成像技術，研究人員得以在單個染色體分辨率下定義睡眠，并首次表明，神經元只有在睡眠狀態下才能有效地修復基因損傷；睡眠能夠增加染色體動力學，并清除機體在清醒狀態時所積累的DNA損傷。也就是說，腦細胞中白天“破碎的”DNA會在睡眠期間得到高效逆轉。

“我認為這是我們需要睡覺的關鍵原因，”論文通訊作者、巴伊蘭大學生命科學院Lior Appelbaum教授表示。“離線時間讓我們有時間為第二天進行清理，讓我們再次清醒之前給我們一個新的開始。”

研究人員表示，DNA損傷可以由許多過程引起，例如輻射、氧化應激，甚至神經元活動。細胞內的DNA修復系統可以對這種損傷進行修復。目前研究表明，在清醒狀態下，當染色體動力學較低時，DNA損傷會持續累積并達到一種非安全水平。而睡眠的作用是增加染色體動力學，使每個神經元的DNA損傷水平恢復至正常化。顯然，這種DNA“維護”過程在清醒狀態時不夠有效，因此需要進入“離線”的睡眠狀態，減少對大腦的“輸入”才能進行。

Lior Appelbaum教授說：“這就像道路上的坑洞。道路的磨損會不斷累積，尤其是在白天的高峰時段，而在夜間交通暢通時修路是*方便和有效的。”Lior Appelbaum教授稱DNA的損傷積累為“清醒的代價”。他假設睡眠鞏固并同步了單個神經元內的細胞核修復，并著手證明這一理論。

圖片來源：The Scientist

得益于斑馬魚模型的特點，其研究得以實現。鑒于其絕對的透明度和與人類非常相似的大腦，斑馬魚可謂這項研究的“完美”生物。為了找到答案，研究人員通過基因工程對斑馬魚進行了改造，使其神經元中的染色體帶有彩色的化學標簽。使用高分辨率顯微鏡，研究人員可以在魚清醒和睡眠時觀察細胞內DNA和核蛋白在魚體內的運動，進而在生理條件下對活體動物體內的單細胞進行研究。他們十分驚訝地發現，當機體清醒時，染色體相對靜止，并且不斷累積雙鏈斷裂；當機體在夜間休息時，染色體會更加活躍，而這種增加的活性使得DNA損傷的修復效率得以提高，DNA損傷也開始急劇降低。進一步的實驗表明，控制斑馬魚的睡眠會影響修復過程。例如，通過輕敲魚缸來保持斑馬魚的清醒狀態，可以促進更多雙鏈斷裂的積累，而用藥物來誘導睡眠，則可以讓細胞修復DNA。

圖：活體斑馬魚染色體動力學（紅色）和神經元活動（綠色）成像。圖片來源：Bar-Ilan University

這項研究結果為染色體動力學作為定義單個睡眠細胞的潛在標志物奠定了基礎，并提出睡眠的恢復作用正是基于對細胞核的“維護”。Lior Appelbaum教授表示：“我們發現，睡眠、染色體動力學、神經元活動、DNA損傷和修復與整個機體存在直接的生理學相關性。睡眠提供了一個減少清醒時大腦積累的DNA損傷的機會。”Appelbaum教授總結道，盡管存在環境意識降低的風險，但從水母到斑馬魚再到人類，還是必須睡覺才能使神經元進行有效的DNA維護，這可能正是睡眠在動物王國中進化并如此保守的原因。

在《衛報》對本研究的報道中，香港大學Siu-Wai Choi也表示：“從這項研究中可以清楚地看出，睡眠時的染色體動力學在修復受損DNA中起著至關重要的作用。”Siu-Wai Choi并未參與本項工作，但近期領導了一項關于睡眠剝奪和DNA損傷的研究。“雖然這些結果是在動物模型中獲得的，但結合對人類進行的其他研究，它確實為我們的選擇生活方式、轉變工作模式和長期健康提供了思考。”

或許，我們可以為健康做的的事情就是：睡個好覺！