Cell解谜：不睡觉真的会死！但致死的变化不是发生在大脑，而是肠道...

睡眠对于我们，乃至整个动物界至关重要。但不睡觉会死是为什么？这真的是一个百年谜题......。

在哈佛医学院一间明亮温暖的房间里，几百只果蝇被“困”在一排试管里。它们已经有好几天没有合过眼了，因为这个试管是个“动荡之家”，它在不停地震动，使果蝇根本无法休息。离它们不远处，还住着一群无眠果蝇，它们是大脑中的一些神经元已经被处理成时刻保持清醒的状态。

这些果蝇的生命是短暂的。“动荡之家”的果蝇和经过基因改造的果蝇都很快死亡。事实上，基因改造组的存活时间只有休息良好对照组的一半。经过几天的失眠，果蝇的数量下降，它们逐只崩溃。最终，试管空空如也。

众所周知，人类也需要睡眠来保持最佳状态。但严重的睡眠不足会有更严重和更直接的影响：就像上面的果蝇，完全被剥夺睡眠会导致它们死亡。然而奇怪的是，科学家们发现很难确切地解释为什么睡眠不足是致命的。

睡眠主要被视为一种神经系统现象，然而，当被剥夺睡眠的动物死亡时，在其神经系统之外的身体会出现一系列令人困惑的衰竭。如果人类和实验动物长期睡眠不足，随着时间的推移会导致一系列健康问题，如心脏病、高血压、肥胖和糖尿病。但这些情况并不是100%杀死那些在几天或几周内完全缺乏睡眠动物的原因。

睡眠有什么作用，没有睡眠就真的会致命？回答这一问题能解释我们为什么需要睡眠吗？

在哈佛医学院神经生物学助理教授Dragana Rogulja实验室孵化器的微弱光线下，在寻找答案的过程中，失眠的果蝇，或奄奄一息，或已死亡。

Dragana Rogulja

Rogulja是一名训练有素的神经学家和发育生物学家，她不相信睡眠剥夺的最根本影响始于大脑。她说：“它可能来自任何地方，而且可能看起来不像大多数人想象的那样。”

她近日发表在《Cell》上的新研究，支持了她的直觉。她的团队用果蝇和小鼠提供的证据证明，导致致命的变化不是发生在大脑，而是在第二大脑——肠道中，睡眠不足会导致活性氧(ROS)的积累，从而导致氧化应激。

活性氧不仅与睡眠剥夺有关，而且也是死亡的驱动因素：它们的中和作用可以防止氧化应激，让苍蝇在几乎没有睡眠的情况下拥有正常的寿命。

视频来源：Cell

下图显示，果蝇和小鼠蓝色迷宫般的小肠中闪烁着炽热的紫红色，显示出一种不祥的分子聚集，它们在破坏DNA并造成细胞损伤。

这些分子在睡眠剥夺开始后不久，且在其他警告信号前就出现了。如果允许果蝇睡觉，紫红色的“凶兆”将会褪去。值得注意的是，如果果蝇摄入了能中和这些分子的抗氧化剂，就可以挽救生命，那么即使它们不睡觉也能和那些正常休息的果蝇活得一样长。

因此，严重睡眠剥夺导致的死亡可能是由氧化应激引起的，肠道在这一过程中起着核心作用，如果阻止了活性氧的积累，就有可能在没有睡眠的情况下存活。

这一结果表明，睡眠的一个非常基本的工作（可能是其他生理作用网络的基础），是调节古老的氧化生化过程。研究人员暗示，睡眠并不仅仅是神经科学的领域，而且它更深入地与生物化学联系在一起。

不睡觉比饥饿更加致命

让我们继续深入这个话题。最早第一批调查完全睡眠剥夺的研究都有一种疯狂的特征。1894年，在罗马，俄罗斯生化学家Maria Mikhailovna Manaseina在国际医学大会上发表了关于她在10只幼犬中做实验的演讲。她和她的实验助手让这些动物24小时不睡觉，且不停地活动。五天之内，所有的幼犬全都死亡。睡眠不足比饥饿更容易导致幼犬死亡。她报告说：“对幼犬来说，完全缺乏睡眠比完全缺乏食物更致命。”

尸检显示，幼犬的组织修复不良，尤其是大脑，到处都有出血、血管受损和其他可怕的特征。Manaseina总结说，睡眠并不是一种无用的习惯，它对大脑健康有着深远的影响。

随后的研究更是疯狂。1898年，意大利研究员Lamberto Daddi发表了睡眠剥夺犬只的大脑详细图。他报告说，狗的大脑出现了明显的退行性损伤，这与狗面对其他压力时的情况类似。大约在同一时期，精神病学家Cesar Agostini把狗关在装有铃铛的笼子里，每当它们想躺下睡觉时，铃铛就会发出可怕的响声。上个世纪20年代，日本的研究人员用钉有钉子的笼子做了类似的事情。

这些研究除了一贯的残酷之外，还有一个相似的弱点——它们没有进行有效的控制。这些实验中的动物全死了，它们的组织看起来不正常，但这真的是因为睡眠剥夺造成的吗？还是因为不停的行走和刺激本身就是压力？要把失眠的后果和一直站着直到死都分开似乎是不可能的。

转盘笼子

科学家们花了几十年的时间才严肃地回到这个问题上。20世纪80年代，因在嗜睡症方面的开创性工作而闻名于世的芝加哥大学睡眠研究员Allan Rechtschaffen开始设计实验，将过度刺激和失眠的影响区分开来。他设计了一个悬吊在水面上的转盘形鼠笼。中间有一个隔板，动物可以待在两边，而它们下面的唱机转盘可以自由旋转。实验人员把成对的小鼠放进这个装置，其中一只注定会被剥夺睡眠。每当这只小鼠想要休息时，科学家们就转动转盘，把两只小鼠推醒，有时还把它们推入水中。

这样的装置确保了当两只小鼠都同样频繁地掉进水里时，实验小鼠处于活动状态时，对照小鼠仍然可以打个盹儿。事实上，对照组的小鼠只睡了正常睡眠的70%，受到了轻微的睡眠剥夺。而不幸的实验小鼠得到的睡眠少于9%，几乎是全部的睡眠损失。

两组小鼠被干扰的次数相同，且它们都承受着掉进水里、又不得不爬上来且成为落汤鼠的压力。但只有严重缺乏睡眠的小鼠开始衰退。它们的毛变得粗糙且蓬乱，从白色变成了肮脏的黄色；皮肤上出现了病变；体重也损失了一些。平均15天后，这些小鼠就会死亡。Rechtschaffen发现了这种方法来证明睡眠不足本身确实会致命。

对于进行这些实验的研究生来说，简直是度日如年。加州大学欧文分校的精神病学教授Ruth Benca曾与Rechtschaffen共事多年，她说：“实验室在一栋公寓楼里，所以你会在动物试验室旁边有一间卧室，这样就可以24小时监控实验。”

这项工作在其他方面也很有挑战性。Rechtschaffen当时的研究生，现在是华盛顿大学的神经科学教授Paul Shaw说：“让动物经历那样的痛苦的实验，在心理上是非常非常艰难的。在实验的最后7天里，你和头顶上的乌云一起工作。当他的小鼠离死亡只有一两天的时候，实验方案要求让它们睡觉并观察其脑电图时。”Shaw回忆说，当宣告动物们期待已久的睡眠时，他感到如释重负。他说：“直到今天我还记忆犹新。谈到脑电图读数，我可以把它装在画框里挂在墙上，它每次都能让我开心。”

Shaw说：“但工作也是令人兴奋的。你必须相信这样做的结果。没有别的办法。”他是在那些率先进行这些实验的学生且获得学位并离开后才来到实验室的，但他仍然在会议上听到他们的故事，他们在那里追忆兴奋之情。他回忆说：“没人想拿到博士学位，因为如果能留下来，他们都认为明天就能发现睡眠的功能。”

混淆死因

Rechtschaffen在实验上的成功本应让科学家们最终发现睡眠不足是如何致命的，这可能会对睡眠不可或缺的原因有更深入的了解。但当研究人员对这些动物进行尸检时，他们发现的大部分情况只是增加了困惑。在对照组的小鼠和那些死于睡眠剥夺的小鼠之间几乎没有一致的区别，也没有什么迹象表明是什么导致了它们的死亡。被剥夺睡眠的老鼠很瘦，肾上腺增大，但仅此而已。研究人员得出结论：“没有解剖学上的死因。” （待续）

参考文献：

1. Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut

DOI：10.1016/j.cell.2020.04.049

2. The Pioneering Experimental Studies on Sleep Deprivation

DOI: 10.1093/sleep/20.7.570

3. Sleep Deprivation in the Rat: III. Total Sleep Deprivation 

DOI: 10.1093/sleep/12.1.13

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