Science：睡眠剝奪影響大腦的思考竟是因為蛋白質罷工了

　　細胞有規律地在神經突觸周圍準備著，以便在沉睡期間構建突觸蛋白。然而在睡眠缺乏或是時差顛倒時，神經元便不會產生這些關鍵蛋白。進而影響大腦的思考。

　　睡眠會影響我們的思維，當我們獲得充足的睡眠后，大腦思維會變得清晰；而當我們睡眠不足時，大腦會變得遲鈍。那么進入睡眠狀態后，大腦又是如何調整以保證睡醒后腦回路清晰的呢？

　　近日，國際頂級雜志《Science》連發兩篇研究揭示睡眠的恢復作用與神經元活動和觸突可塑性有關。新的研究表明：細胞有規律地在神經突觸周圍準備著，以便在沉睡期間構建突觸蛋白。然而在睡眠缺乏或是時差顛倒時，神經元便不會產生這些關鍵蛋白。進而影響大腦的思考。

DOI: 10.1126/science.aay5304

圖片.png

DOI: 10.1126/science.aav2642

　　“智商下降”原來是神經突觸發生變化

　　突觸是神經網絡中通信的主要機制。神經元之間的這些微觀溝通點通過釋放神經遞質來發送信號。這些神經遞質要么激發下游神經元，要么抑制其發射。學習和記憶取決于突觸交流的變化，而突觸交流的變化使新的神經網絡保存了一些信息，并驅動我們的思維，情感和行為。

　　蘇黎世大學藥理學和毒理學研究所的Sara B.Noya和她的同事從小鼠的前腦中分離出突觸，然后提取出約4,000種不同的蛋白質。為了確定這些不同蛋白質的豐度是否會有變化，他們每隔四個小時取樣一次。

　　研究人員發現，有11.7％的突觸蛋白與晝夜交替同步增加或減少，在黃昏和黎明達到峰值。

　　控制觸突蛋白背后的DNA

　　眾所周知DNA是知道蛋白質生成的指令官。研究人員猜測，不同類型的mRNA分子也可能有著晝夜變化。為了驗證這一設想，研究人員對小鼠神經突觸的轉錄組進行了分析。

圖片.png

mRNA水平隨著晝夜交替顯示變化

　　研究人員從突觸中分離出3104種不同的mRNA分子，每個分子都有助于形成獨特的蛋白質。值得注意的是，其中67％的mRNA分子在24小時周期內大量循環。每天經歷豐度變化的mRNA轉錄分子的數量比迄今為止在任何其他人體組織中發現的數量都要多。

　　當人們快要清醒過來時，大量增加的mRNAs被編碼為參與突觸傳遞的蛋白，這些蛋白與學習和記憶有關。而在睡眠時間，這些蛋白質與維持細胞功能、控制細胞分裂和發育息息相關。

　　缺覺打破了突觸蛋白的循環

　　剝奪睡眠會造成嚴重的精神損傷，那么mRNA和蛋白質分子的晝夜循環變化是否會因使小鼠保持清醒而受到影響呢？

圖片.png

蛋白受睡眠剝奪的影響

　　研究人員發現，睡眠不足小鼠的突觸中的蛋白質不再循環。由于是蛋白質執行細胞活動和突觸傳遞，因此睡眠剝奪會破壞正常的突觸蛋白質循環，損害突觸功能。

　　雖然睡眠剝奪破壞了突觸蛋白的晝夜循環，但提供制造蛋白質的mRNA分子卻保持了每日的節奏，這意味著睡眠剝奪不會通過損害遺傳密碼的讀出而發揮作用。也就是說，mRNA的產生與睡眠質量無關，但是睡眠質量對蛋白質有水平有著極大的影響。

　　結語

　　如今，睡眠的時間與質量成為當代年輕人“炫富”的資本。睡個好覺，保持大腦清醒才能好地學習工作。

　　參考資料：

　　[1] Linking the need to sleep with synaptic function

　　[2] The forebrain synaptic transcriptome is organized by clocks but its proteome is driven by sleep

　　[3] The Brain’s Clockwork

　　https://www.psychologytoday.com/us/blog/the-new-brain/201910/the-brain-s-clockwork