睡眠是人體的一種修復(fù)過程，可以恢復(fù)精神和解除疲勞。人的一生中，大約三分之一的時間是在睡眠中度過，良好的睡眠是國際社會公認(rèn)的三項健康標(biāo)準(zhǔn)之一，而睡眠時間過短或睡眠不佳均會影響健康。

在中國，超3億人存在睡眠障礙、成年人失眠發(fā)生率高達38.2%、超9成小學(xué)生睡眠時長未達標(biāo)，也就是說，有超過3億中國人存在睡眠障礙，而且這一數(shù)據(jù)還在逐年上升中。

從線蟲、果蠅到人類，睡眠對于所有擁有神經(jīng)系統(tǒng)的動物來說都是不可或缺的。盡管在睡眠時，喪失警惕的動物更容易被捕食，它們?yōu)槭裁醇词故敲爸劳龅娘L(fēng)險也要睡覺？

近日，以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員在" Molecular Cell "期刊上發(fā)表了一篇題為" Parp1 promotes sleep，which enhances DNA repair in neurons "的研究論文，該研究從細(xì)胞水平揭示了為什么需要睡覺。

該研究表明，在清醒時，神經(jīng)元DNA損傷的積聚會增加睡眠壓力，在睡眠期間，細(xì)胞內(nèi)進行了有效的DNA修復(fù)，會降低這種壓力。

清醒狀態(tài)下，受紫外線照射、神經(jīng)元活動、輻射、氧化應(yīng)激等因素的影響，DNA損傷在包括神經(jīng)元在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)積累，這其中就包含了DNA雙鏈斷裂。DNA損傷積累，會對機體健康造成嚴(yán)重影響，誘發(fā)認(rèn)知衰退、癌癥等。

在該研究中，研究人員利用斑馬魚進行了一系列實驗。斑馬魚具有絕對的透明度、夜間睡眠和與人類相似的簡單大腦，是研究的完美受體。

通過紫外線輻射、藥理干預(yù)和光遺傳學(xué)，使斑馬魚保持清醒狀態(tài)，誘導(dǎo)斑馬魚的DNA損傷。隨后，研究人員檢測了斑馬魚神經(jīng)元中DNA雙鏈斷裂的情況。

研究發(fā)現(xiàn)，清醒時，神經(jīng)元中DNA雙鏈斷裂顯著增多。隨著DNA損傷的增加，睡眠的需求也會增加。而到了某個時刻，DNA損傷積累達到某個值時，觸發(fā)了睡眠的沖動，斑馬魚就進入睡眠狀態(tài)。隨后的睡眠促進了DNA修復(fù)，減少了DNA損傷。

清醒與睡眠階段的DNA斷裂與修復(fù)

在證實了累積的DNA損傷是驅(qū)動睡眠的因素后，研究者進一步找到了斑馬魚為了減少睡眠壓力與DNA損傷所需的最短睡眠時間。

研究發(fā)現(xiàn)，每晚6小時的睡眠足以減少DNA損傷。令人震驚的是，在睡眠不足6小時的情況下，DNA的損傷不能充分減少，導(dǎo)致斑馬魚白天也睡覺。

那么，具體又是大腦中的什么機制參與了這個過程呢？

研究人員通過熒光標(biāo)記了修復(fù)蛋白等方法，發(fā)現(xiàn)了一種名為PARP1的蛋白質(zhì)在相關(guān)神經(jīng)機制中扮演者關(guān)鍵角色。蛋白質(zhì)PARP1是DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)的一部分，是最先快速反應(yīng)的蛋白質(zhì)之一。

研究發(fā)現(xiàn)，PARP1在DNA斷裂位點的聚集性在清醒時增加，在睡眠時減少。

睡眠時DNA修復(fù)

通過基因和藥理學(xué)的調(diào)控，PARP1的過度表達和敲除不僅表明PARP1的增加促進了睡眠，而且還增加了睡眠依賴性修復(fù)。相反，PARP1的抑制阻斷了DNA損傷修復(fù)的信號。

為了加強對斑馬魚的研究，研究人員利用小鼠進一步測試了PARP1在調(diào)節(jié)睡眠中的作用。與研究結(jié)果一致，PARP1活性的抑制減少了非快速眼動睡眠的持續(xù)時間和質(zhì)量。

總之，該研究從細(xì)胞水平揭示了為什么需要睡覺，證實了大腦需要睡眠來促進DNA修復(fù)活動，并表明PARP1標(biāo)記細(xì)胞中的DNA損傷位點，并招募所有相關(guān)系統(tǒng)清除了DNA損傷。