Nature：人為什么會犯困？華人學者攜手找到了潛在答案

　　睡眠是一個神奇的現象。它占去了生命的三分之一，對動物的正常生理有舉足輕重的作用。缺乏睡眠則會引起一系列認知缺陷，甚至導致腦細胞的死亡（相關閱讀：難怪缺覺會影響智力，原來腦細胞都被大腦給吃了）。然而，關于睡眠，有一個核心問題卻一直沒有解決：動物為什么會犯困？

動物為什么會犯困？這是一個有趣的問題（圖片來源：Pixabay）

　　今日，由德克薩斯大學西南醫學中心（University of Texas Southwestern Medical Center）劉清華教授共同主導的一支跨國科研團隊在頂尖學術期刊《自然》上發表研究，闡明了“犯困”的潛在生物學機理。這些發現有望讓我們更好地理解睡眠本身。

　　我們先來說說睡覺這件事。目前的主流理論認為，“睡眠-清醒”的周期對記憶力的形成與鞏固有重要的作用。記憶會在清醒的時候形成，并在睡眠的時候得到鞏固。與此同時，睡眠也會重塑突觸的穩態。

　　正是由于睡眠的這一普遍特性，研究人員們合情合理地猜測，讓我們犯困的機制應該會影響所有腦區，相應的分子變化則會隨著清醒時間的增加而不斷積累。同樣，在睡眠時，這些分子變化又會被清空，重啟下一個循環。

睡眠-清醒的分子機理就像太極圖一樣，講究一個平衡（圖片來源：《自然》）

　　那么，什么樣的分子變化會帶來這樣的效果呢？科學家們首先想到了磷酸化修飾。“通過蛋白質特定位點的磷酸化，或是多個位點上累積的磷酸化修飾，我們可以開啟或關閉蛋白質的功能，”該研究的第一作者Zhiqiang Wang博士說道：“磷酸化修飾模式可能揭露睡眠需求產生的過程。”

　　這支團隊有充足的理由相信磷酸化在犯困過程中起到了關鍵。兩年前，他們發現了一種突變小鼠。其體內參與磷酸化的激酶SIK3出現變異，活性大增。相應的，這些小鼠極容易犯困，每天平均要多睡5個小時！這項研究同樣發表在了《自然》上。

突變小鼠（紫色）每天的清醒時間要比正常小鼠（藍色）短近5個小時（圖片來源：《自然》）

　　為了檢驗磷酸化對睡眠的重要性，科學家們做了一系列免疫化學和質譜實驗，研究發現無論是容易犯困的突變小鼠，還是被剝奪睡眠的普通小鼠，整個大腦里的蛋白磷酸化修飾都有增加，且對睡眠的需求越強烈，整體磷酸化的水平就越高。更重要的是，這兩種小鼠的磷酸化修飾模式極為類似，表明磷酸化的確可能在睡眠需求的產生上起到了關鍵作用。

　　之后，研究人員們的進一步分析表明，在小鼠產生睡意時，有80種蛋白質的磷酸化水平會較高。有趣的是，它們主要是突觸蛋白，再次將睡眠與突觸的穩態聯系到了一起。

研究人員們找出了80個被過度磷酸化的蛋白（圖片來源：《自然》）

　　“通過比較睡眠剝奪小鼠，以及犯困突變小鼠，我們能過濾掉由于過久清醒、過長睡眠、以及應激壓力造成的效應，”該研究的通訊作者之一柳沢正史教授說道：“我們的發現表明這些蛋白的磷酸化/去磷酸化循環可能是大腦調節睡眠-清醒穩態的主要方式。”

　　總結來說，這項發表于《自然》的研究發現，過久的清醒會導致過度磷酸化，而睡眠能在大腦的蛋白質組中全面進行去磷酸化。鑒于良好的睡眠會影響大腦的認知，這項研究有望幫助我們更好地了解睡眠與大腦的功能。