春眠不覺曉,睡多久最好?睡眠可有效修復(fù)DNA損傷,躺躺就能長壽并非美夢
編者按
本文由【時光派研究院】編譯自Longevity Technology對Lior Appelbaum教授的報道。
世人皆知睡覺重要,但是否有人想過我們到底為什么要睡覺?以色列巴伊蘭大學(xué)的Lior Appelbaum教授在睡眠研究方面頗有建樹,參與發(fā)表相關(guān)論文近百篇。本文中,Appelbaum教授將回答睡眠如何影響單個神經(jīng)元中的DNA修復(fù),睡眠不足和神經(jīng)退行性疾病有何關(guān)聯(lián),并指出從動物模型中得出的最佳睡眠時長。讀完本文,或許會對開頭的提問有新的認(rèn)識。
原文鏈接:
https://www.longevity.technology/
does-dna-repair-explain-the-link-between-sleep-and-longevity/
睡覺,人之生存根本,萬物共享之習(xí)性。飛禽走獸魚蟲,只要體內(nèi)有神經(jīng)系統(tǒng)就都少不了睡眠的調(diào)劑。如果仔細(xì)探究,睡覺實質(zhì)上有悖常理,不利于生存和進化。因為動物一旦睡著,就更有可能羊入虎口,成為捕獵者的盤中餐。既然如此,我們究竟為何要睡覺?
以全新視角理解睡眠
大多數(shù)人都認(rèn)同,睡覺是為了造福大腦或神經(jīng)系統(tǒng),睡眠期間的“腦狀態(tài)”表現(xiàn)為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用。睡覺對于學(xué)習(xí)和記憶的重要性也是老生常談,睡眠不足會導(dǎo)致表現(xiàn)不佳、成績變差。
然而Appelbaum教授和他的團隊則認(rèn)為最直接受益于睡眠的是單個神經(jīng)元,這樣才能解釋為何水母、蠕蟲之類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常簡單的生物也睡覺。單個神經(jīng)元之間彼此連接成為網(wǎng)絡(luò),整個神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也就因此獲得裨益。
“水母又不需要鞏固記憶、參加考試,那它們?yōu)槭裁匆X?這就是我們研究的起點”, Appelbaum教授說。
帶著這個問題,Appelbaum團隊開始尋找合適的動物模型。對活體哺乳動物的單個神經(jīng)元進行研究頗具挑戰(zhàn),因為大腦之外有顱骨保護,要想接觸到腦體就已經(jīng)很復(fù)雜。最終,研究人員選定了斑馬魚作為研究對象。這種脊椎動物胚胎透明、體外發(fā)育,易于觀察;其大腦相對簡單,而結(jié)構(gòu)與功能又與人腦一致,因此是研究單個神經(jīng)元實時變化的不二之選。
圖注:實驗環(huán)境下的斑馬魚
圖源:牛津大學(xué)Sarah De Val博士
睡眠促進神經(jīng)元內(nèi)DNA修復(fù)
借助多種工具,科學(xué)家成功做到了無創(chuàng)觀察活體動物中的單個細(xì)胞。應(yīng)用這種技術(shù),研究人員在觀察斑馬魚單個神經(jīng)元的活動時得到了突破性的進展。實驗結(jié)果如下:
發(fā)現(xiàn)1:
神經(jīng)元中的DNA損傷在斑馬魚清醒時增多,睡眠時減少
生物體的各種細(xì)胞中每時每刻都在發(fā)生DNA損傷,對應(yīng)的修復(fù)機制也不少。神經(jīng)元內(nèi)DNA損傷的特殊之處在于,生物體清醒的時候,修復(fù)速度<損傷速度,因此損傷會不斷增加,只有在睡著的時候,修復(fù)過程才能占上風(fēng)。
睡眠剝奪會加劇神經(jīng)元中的DNA損傷,唯一的解決辦法就是回歸正常規(guī)律的睡眠模式。值得注意的是,只有在神經(jīng)元中睡眠與修復(fù)才密不可分。那么神經(jīng)元又有何特別之處?
神經(jīng)元是一種非分裂細(xì)胞,傳統(tǒng)神經(jīng)學(xué)觀點認(rèn)為,成年人大腦中的神經(jīng)元難以再生,所以需要且用且珍惜。但近年來,多項實驗提出了神經(jīng)元可再生的依據(jù)。Appelbaum教授認(rèn)為,這或許可以解釋我們?yōu)楹芜M化出了睡覺的習(xí)慣,“睡覺制造了一段大腦關(guān)機的時間,讓神經(jīng)元能有機會進行檢修和維護,并且這些工作似乎還被強制限定在關(guān)機期間完成?!?/p>
發(fā)現(xiàn)2:
PARP1基因是一種“睡眠開關(guān)”
PARP1能夠感知并標(biāo)記神經(jīng)元中DNA的損傷,當(dāng)DNA損傷增多時,PARP1也會變多,并提示大腦到點該睡覺了。在實驗中,當(dāng)研究人員控制PARP1過表達時,斑馬魚就會進入睡眠狀態(tài);而當(dāng)他們調(diào)低PARP1表達時,斑馬魚就會因為缺乏提示而保持清醒。
睡眠與神經(jīng)退行性疾病
通過斑馬魚得出的實驗數(shù)據(jù)對人類壽命又有什么啟發(fā)?
不少研究指出,長期的睡眠剝奪和睡眠障礙*會加劇DNA損傷,增加罹患神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險( 譯者注:睡眠剝奪指的是人為地減少每天應(yīng)有的睡眠時間。睡眠剝奪分為急性和慢性兩種,急性完全性睡眠剝奪是指在24小時到48小時內(nèi)完全不睡覺;慢性不完全性睡眠剝奪,則是應(yīng)有的睡眠時間減少)。近年的研究也發(fā)現(xiàn)阿爾茲海默癥、帕金森綜合征和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ASL)等都與睡眠障礙相關(guān)。
“如果你睡的不好,神經(jīng)元內(nèi)的DNA損傷就會增加”,Appelbaum教授解釋道,“如果長期睡眠狀況都很糟糕,損傷持續(xù)加劇很可能會導(dǎo)致細(xì)胞死亡,最終帶來各類神經(jīng)退行性疾病?!?/p>
“我們的實驗證明了慢性睡眠剝奪和與DNA損傷存在相關(guān)性,而DNA損傷是衰老標(biāo)志之一,換句話來說,不好好睡覺與加速衰老息息相關(guān)?!?不過Appelbaum教授也承認(rèn),“此實驗畢竟是以斑馬魚為對象,對于人體,暫時還很難去調(diào)控DNA損傷以觀察其對睡眠的影響?!?/p>
睡多久才足以修復(fù)DNA呢?
多年來,關(guān)于最佳睡眠時長眾說紛紜。雖然Appelbaum教授不能對人類的最佳睡眠時長給出答案,他對于斑馬魚應(yīng)該睡多久很有把握。
斑馬魚對光線非常敏感,因此通過調(diào)節(jié)亮度就能控制它們清醒或睡著。在實驗中,Appelbaum團隊發(fā)現(xiàn),如果讓斑馬魚只睡2到4小時,DNA損傷的水平就會很高。但睡滿6小時后,DNA損傷就會恢復(fù)到正常水平。因此對于斑馬魚而言,6小時是能滿足DNA修復(fù)的最佳睡眠時長。并且,睡眠時長并非多多益善,實驗中,8至10個小時的睡眠并沒有讓DNA的修復(fù)效果進一步提升。
睡眠研究的未來方向
仍有許多問題留待Appelbaum教授和他的團隊繼續(xù)探索。例如,大腦如何得知某一特定神經(jīng)元中的DNA需要修復(fù)?并非每一個神經(jīng)元細(xì)胞都與睡眠直接掛鉤,因此Appelbaum教授猜測,細(xì)胞損傷存在一定閾值,當(dāng)足夠多的神經(jīng)元累積損傷達到這一閾值時,大腦就會收到信號進入睡眠,為修復(fù)工作創(chuàng)造條件。
另一個問題有關(guān)我們睡著時仍然活躍的神經(jīng)元,例如那些控制做夢的神經(jīng)元,它們又在何時休息?“也許我們清醒時,這類神經(jīng)元就在休息”,Appelbaum教授說,“下一步我們會在其他脊椎動物中復(fù)制斑馬魚實驗,并將剛才提到的問題納入到接下來的研究中。我們也會嘗試與醫(yī)院合作進行人體實驗,探究實驗結(jié)果是否也能應(yīng)用到人類身上?!?/p>
雖然Appelbaum教授的研究暫時只針對小小斑馬魚,但我們已然知曉,在睡覺這件事上,萬物玄同且獲益匪淺。一夜安眠換得DNA自動修復(fù),躺著就可以邁向長壽,何樂而不為?
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