我们怎么知道自己累了

为什么人类一生中三分之一的时间都在睡觉?动物为什么要睡觉?在整个进化过程中，睡眠对所有有神经系统的生物来说都是普遍和必要的，包括苍蝇、蠕虫、甚至水母等无脊椎动物。为什么动物在食肉动物不断威胁的情况下仍能睡觉，以及睡眠如何对大脑和单细胞有益，这仍然是一个谜。

在醒着的时候(上图)，神经元中DNA损伤的积累增加了疲劳。PARP1蛋白(戴黄色头盔)充当“天线”，感知和标记细胞中的DNA断裂，驱动睡眠，并招募修复系统(戴绿色和蓝色头盔)。在睡眠期间，DNA修复系统修复中断使新的一天开始。红色是活体脑细胞，蓝色是核仁，绿色是DNA损伤部位。

在发表在《MolecularCell》杂志上的一项新研究中，以色列巴伊兰大学的研究人员在小鼠身上发现了一些支持证据，通过发现斑马鱼的睡眠机制，向解开这个谜又迈进了一步。

这项研究由来自巴伊兰大学古德曼生命科学学院和Gonda(Goldschmied)多学科大脑研究中心的LiorAppelbaum教授以及博士后DavidZada博士领导。

当我们醒着的时候，体内平衡的睡眠压力(疲劳)在体内积聚。当我们保持清醒的时间越长，这种压力就会增加，而在睡眠期间则会减少，在一晚充分且良好的睡眠后，这种压力会降到一个低点。

是什么原因导致体内平衡压力上升到一定程度，让我们觉得必须去睡觉?晚上发生了什么事情，使这种压力降低到如此程度，让我们准备好开始新的一天?在清醒的时间里，DNA损伤在神经元中积累。这种损伤可以由多种因素引起，包括紫外线、神经元活动、辐射、氧化应激和酶的错误。在睡眠和清醒时，每个细胞内的修复系统会纠正DNA断裂。然而，神经元中的DNA损伤在清醒状态下继续累积，大脑中的DNA损伤过度可能会达到必须减少的危险水平。研究表明，睡眠补充DNA修复系统可以促进有效的修复，让新的一天重新开始。

在一系列实验中，研究人员试图确定DNA损伤的累积是否可能是触发体内平衡压力和随后睡眠状态的“驱动因素”。利用辐照、药理学和光遗传学，他们诱导斑马鱼的DNA损伤，以研究它如何影响它们的睡眠。斑马鱼拥有绝对的透明度、夜间睡眠和与人类相似的简单大脑，是研究这一现象的理想生物。

随着DNA损伤的增加，对睡眠的需求也增加了。实验表明，在某一时刻，DNA损伤的积累达到了一个最大阈值，睡眠(自我平衡)压力增加到一定程度，从而触发了睡眠的冲动，鱼去睡觉。随后的睡眠促进了DNA修复，从而减少了DNA损伤。

多少小时的睡眠才算足够?

没有什么比睡个好觉更好的了。在证实了累积的DNA损伤是驱动睡眠过程的力量后，研究人员急切地想知道是否有可能确定斑马鱼需要睡眠的最小时间，以减少睡眠压力和DNA损伤。因为斑马鱼和人类一样，对光线的干扰很敏感，所以夜间的黑暗期逐渐减少。通过检测DNA损伤程度和睡眠情况，得出了每晚6个小时的睡眠足以减少DNA损伤的结论。令人惊讶的是，在不到6小时的睡眠后，DNA损伤并没有得到充分的减少，斑马鱼甚至在白天也昏昏欲睡。

PARP1是一种“天线”，可以发出睡觉的信号

大脑中的什么机制告诉我们需要睡眠来促进DNA的有效修复?PARP1蛋白是DNA损伤修复系统的一部分，它是最先做出快速反应的蛋白之一。PARP1标记细胞内DNA损伤部位，并动员所有相关系统清除DNA损伤。根据DNA损伤，PARP1在DNA断裂位点的聚类在清醒时增加，在睡眠时减少。通过基因和药理学操纵，PARP1的过表达和敲减揭示了PARP1的增加不仅促进了睡眠，而且还增加了睡眠依赖性修复。相反，抑制PARP1则阻断了DNA损伤修复的信号。结果，鱼没有完全意识到自己累了，没有去睡觉，DNA损伤也没有修复。

为了加强在斑马鱼身上的发现，与特拉维夫大学的YuvalNir教授合作，利用脑电图技术进一步在老鼠身上测试了PARP1在调节睡眠中的作用。就像斑马鱼一样，抑制PARP1活动会减少非快速眼动(NREM)睡眠的时间和质量。Appelbaum教授说:“PARP1通路能够向大脑发出信号，它需要睡眠，以便DNA修复发生。”

解决这个难题

在之前的一项研究中，Appelbaum教授和他的团队使用3D延时成像技术来确定睡眠会增加染色体动态。加上目前的谜团，PARP1增加了睡眠和染色体的动态，这有助于有效修复在清醒时积累的DNA损伤。在神经元清醒时，DNA维持过程可能不够有效，因此需要一段脱机睡眠时间，减少大脑的信息输入才能发生。

这些最新的发现提供了在单细胞水平上解释睡眠的“连锁事件”的详细描述。这种机制可以解释睡眠障碍、衰老和神经退行性疾病(如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症)之间的联系。Appelbaum教授认为，未来的研究将有助于将这种睡眠功能应用于从低等无脊椎动物到最终人类的其他动物。

参考文献

Parp1promotessleep,whichenhancesDNArepairinneurons

来源：生物通

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