缺觉导致“智力下降”的原因找到了？今日两篇《科学》揭露睡眠如何影响突触功能

▎学术经纬/报道

睡眠对大脑的重要性不言而喻。几天没睡好觉，我们就会明显感到大脑认知能力出现下降。今天 ，发表在顶级学术期刊《科学》上的两篇论文，从生物学的角度提出了潜在的解释——科学家们发现，睡眠与大脑突触的功能有着紧密联系。

这两项研究均来自苏黎世大学（University of Zürich）和慕尼黑大学（LMU Munich）的合作。科学家们使用先进的生化技术，对小鼠神经突触的转录组和蛋白质组进行了分析。结果表明，有三分之二的突触mRNA表达水平出现了明显的节律性。具体来看，突触mRNA的表达可以被分为两类，一类在黎明时分迎来高峰，另一类则在黄昏到达峰值。在突触蛋白中，科学家们也观察到了类似的节律性。

▲mRNA水平显示出了明显的节律性（图片来源：参考资料[2]）

接下来，则是这两项研究的亮点所在了。我们知道，睡眠受着两种不同机制的调控：第一种机制和日常生活有关。如果一段时间内睡眠不足，或是太过劳累，就很容易让人昏昏欲睡；第二种机制则和日常生活无关。许多动物的体内自带“生物钟”，晚上到点就困，早上到点就醒（夜行性动物正好相反），就是生物钟的一种体现。

那么问题来了。这些大脑突触里的mRNA和蛋白质所表现出的节律性，究竟是生物钟调控下的普遍现象，还是会受到日常睡眠质量的影响？为了回答这个重要的问题，研究人员们对小鼠进行了睡眠剥夺，单方面影响它们的睡眠质量。随后，他们重新对突触mRNA与蛋白质的节律进行了分析。

分析的结果非常有趣。首先，在剥夺睡眠的小鼠中，有四分之一的突触mRNA的节律性几乎不受影响。在剩下的突触mRNA里，也有超过80%在很大程度上受时间的影响。这些结果表明，突触mRNA的产生，很有可能只受生物钟的调控，而与睡眠质量无关。每天到点（比如黎明和黄昏），它们就会在生物钟控制下，自动开始积聚。

▲蛋白的磷酸化水平受睡眠剥夺的影响（图片来源：参考资料[3]）

相反，蛋白质的水平受睡眠质量的影响极大！在那些睡眠被剥夺的小鼠中，无论是蛋白质的丰度，还是蛋白质的磷酸化，其节律性几乎都消失了。这表明在突触中行使生理功能的蛋白质，的确主要受睡眠与清醒时长的调控。

后续的研究表明，其中一些受影响的蛋白质是激酶。在小鼠快要清醒时，一些与神经元激活有关的激酶会变得活跃；而在快入睡时，另一些与神经元抑制有关的激酶会开始活跃。

▲这两项研究的图示（图片来源：参考资料[1]）

《科学》杂志对这两项研究进行了专文评述。作者在评述中指出，结合这两项研究的结果与之前的证据，我们几乎可以确信，小鼠的清醒和睡眠的时长，能最终反映在其突触的功能上。至于具体的机理，以及睡眠能如何恢复突触的功能，则还需要进一步的探索。

参考资料：

[1] Chiara Cirelli, Giulio Tononi, (2019), Linking the need to sleep with synaptic function, Science, DOI: 10.1126/science.aay5304

[2] Sara B. Noya et al., (2019), The forebrain synaptic transcriptome is organized by clocks but its proteome is driven by sleep, Science, DOI: 10.1126/science.aav2642

[3] Franziska Brüning et al., (2019), Sleep-wake cycles drive daily dynamics of synaptic phosphorylation, Science, DOI: 10.1126/science.aav3617

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