熬夜不僅會禿頭，還會報廢掉你的細胞

眾所周知，一天有24小時，成年人的建議睡眠時間是8小時。也就是說，人們一生中大約有1/3 的時間在睡眠中度過。要知道無論是人還是生物，在睡眠狀態下感知危險和反應的能力幾乎為零，那么為什么要睡覺呢？睡眠是如何觸發的？

為什么要睡覺？

(資料圖片僅供參考)

雖然睡眠往往表現出生物最脆弱的一面，但所有神經系統的生物都需要睡眠，但不同的生物需要不同的睡眠時間。例如，野生大象每天只需要2個小時，人類每天都需要7-8小時，而貓頭鷹每天需要大約17個小時的睡眠。

睡眠對人體各器官的正常運轉也至關重要。例如，人類的記憶在睡眠過程中完全形成和鞏固。當人類睡著時，大腦重播、分析和儲存一天的事務，并留下記憶痕跡。同時，大腦在睡眠狀態下的神經變化程度是清醒時的2倍，一些神經路徑的信號增強，形成細胞之間的新連接，另一些路徑的信號減弱，失去連接，使大腦中的記憶比持續工作更加清晰。

同樣，皮膚的新陳代謝也是睡眠中最旺盛的。睡眠狀態下，肌肉和內臟的消耗減少，血管處于相對瓶頸狀態，皮膚血管完全開放，血液可以充分到達皮膚，提供營養，自我修復和細胞更新，發揮延緩皮膚老化的作用。

此外，當人們睡著時，機體分泌的各種激素起著積極的作用。以生長激素為例，當人類進入深度睡眠狀態時1小時后，其分泌達到白天的高峰3倍多。這種激素不僅能促進生長，還能加速體內脂肪的燃燒。相反，如果睡眠不足、內分泌紊亂、激素分泌失調，不僅會變得興奮，還會誘發一系列疾病。

我們如何感到疲倦和睡眠？

此前，已有研究表明，睡眠時間的長度主要與壓力有關——清醒的時間越長，大腦積累的損傷就越多，需要更長的休息時間來修復。然而，到目前為止，人們仍然不知道哺乳動物的大腦是如何感到疲勞并驅動睡眠的，只提出了一系列假設，如有毒代謝物的積累、神經細胞對能量和大分子物質的需求增加、突觸數量、神經損傷修復、細胞壓力等。

來自以色列的Lior Appelbaum教授團隊，通過斑馬魚和哺乳動物證實，哺乳動物的大腦神經會在清醒狀態下不斷積累DNA損傷，并招募 PARP1蛋白進入神經元預備修復。當損傷積累到一定程度時，PARP1 蛋白會發出信號，讓大腦入睡，并富集DNA修復蛋白進行修復。

對此，Appelbaum 教授說：研究結果表明，PARP1 通路可以向大腦發出誘導睡眠和進行的信號 DNA 修復，調節神經元 DNA 平衡損傷和修復。這一發現可以解釋睡眠障礙、衰老和神經退行性疾病之間的聯系，為未來睡眠障礙相關藥物的發展奠定基礎。

此外，研究還表明，哺乳動物在清醒狀態下的神經元活動會誘導神經元 DNA 同時，神經元中的雙鏈斷裂 DNA 損傷修復比正常分裂細胞慢，導致損傷持續積累。睡眠狀態會減少 DNA 損傷水平。

因此，研究人員猜測 DNA 將損傷積累到一定損傷可能是觸發哺乳動物睡眠的驅動因素。為了驗證這一猜測，Appelbaum 教授帶領的研究團隊首先研究斑馬魚，通過輻射、藥理學和光遺傳學手段誘導斑馬魚中的神經元 DNA 損傷。斑馬魚之所以被選中，是因為它具有透明、類似于人類的睡眠模式、簡單的大腦，便于研究。

(來源:巴伊蘭大學)

結果發現，斑馬魚對睡眠時長的需求隨著DNA損傷的增加而增加，當DNA損傷積累超過最大閾值時，斑馬魚會進入睡眠狀態，然后神經元DNA損傷會被修復。研究人員還觀察到，斑馬魚至少需要6小時來修復DNA損傷，當睡眠時間不足導致DNA損傷無法完全修復，斑馬魚白天會繼續睡覺。

既然，DNA 損傷的積累是驅動大腦睡眠的關鍵因素，那么如何驅動大腦進入睡眠并進行呢？ DNA 損傷修復呢？

PARP1蛋白是DNA修復中一種非常重要的物質重要的物質——標記DNA損傷點并富集DNA 損傷修復蛋白來修復受損點。

隨后，研究人員通過斑馬魚證實——增加PARP1表達能促進斑馬魚的睡眠并增強睡眠依賴性DNA修復。反之，抑制PARP1蛋白質活性不僅會阻止DNA修復，并且當DNA損傷超過閾值，斑馬魚也不會意識到疲勞而進入睡眠。也就是說，PARP1蛋白是大腦的感知DNA損傷并驅動睡眠的關鍵因素。

此外，研究人員還通過腦電圖在小鼠體內進行了測試，結果發現，同在斑馬魚體內一樣，PARP1活性抑制也會降低小鼠的睡眠時間和質量，從而進一步證實 PARP1 驅動睡眠。

最后，通過3D延時成像，研究團隊證實，在睡眠期間，PARP1蛋白能增強染色體動力學來促進DNA損傷修復——這個過程在清醒狀態下是無法實現的。

總的來說，這一最新發現詳細描述了細胞水平觸發睡眠的機制，為研究睡眠障礙、衰老和神經退行性疾病之間的因果關系奠定了基礎。

有趣的是，PARP1 奧拉帕利等抑制劑已被世界各地批準用于治療卵巢癌等腫瘤疾病。在臨床應用中，這些藥物最常見的不良反應包括睡眠不足引起的慢性疲勞。這也可能從側面證實 PARP1 蛋白質在睡眠中的驅動作用。