長壽文章

關於睡眠不足、死亡率和腸道之間關聯的新研究

睡眠不足與死亡率增加和腸道發炎自由基增加有關
  • 睡眠不足會增加果蠅的死亡風險,這與腸道中活性氧(ros)的累積有關。 

  • Ros是自由基,是造成氧化傷害的發炎分子。 

  • 當腸道中的活性氧被中和時,即使是嚴重睡眠不足的果蠅也有正常的壽命。 

  • 睡眠期間活化的類淋巴系統會清除活性氧等有毒分子。

這篇文章發佈在 eurekalert.org 上: 

睡眠不足的最初跡像是眾所周知的。 有疲倦和疲倦,難以集中註意力,也許煩躁,甚至疲倦的咯咯笑。 經歷長期睡眠不足的影響(包括迷失方向、偏執和幻覺)的人則少得多。

然而,完全、長期的睡眠剝奪可能是致命的。 雖然人類睡眠不足的報導只是傳聞,但芝加哥研究人員在 1983 年對老鼠進行的一項廣泛引用的研究表明,完全缺乏睡眠不可避免地會導致死亡。 然而,儘管經過數十年的研究,一個核心問題仍未解決:為什麼動物不睡覺就會死亡?

現在,哈佛醫學院的神經科學家發現了睡眠不足與過早死亡之間存在意想不到的因果關係。 在一項針對睡眠不足的果蠅的研究中,研究人員發現,死亡前總是出現腸道中活性氧化物質(ros)分子的累積。

當果蠅被給予抗氧化化合物來中和並清除腸道中的活性氧時,睡眠不足的果蠅仍然活躍並具有正常的壽命。 在小鼠身上進行的其他實驗證實,當睡眠不足時,活性氧會在腸道中累積。

6 月 4 日發表在《細胞》雜誌上的研究結果表明,動物在某些情況下確實可以在不睡覺的情況下生存。 作者說,這些結果開闢了新的研究途徑,以了解睡眠不足的全部後果,並可能有一天為抵消其對人類有害影響的方法的設計提供資訊。

「我們採取了一種公正的方法,在整個身體中尋找因睡眠不足而造成損害的指標。我們驚訝地發現,腸道在導致死亡方面發揮著關鍵作用,」該研究的資深作者、神經生物學助理教授Dragana Rogulja 說。

「更令人驚訝的是,我們發現過早死亡是可以預防的。每天早上,我們都會聚集在一起觀察蒼蠅,說實話,我們都不敢相信。我們看到的是,每次我們能夠中和腸道中的活性氧,我們可以拯救蒼蠅,」羅古利亞說。

科學家長期以來一直在研究睡眠,這種現像似乎是生命的基礎,但在許多方面仍然是神秘的。 幾乎所有已知的動物都會睡覺或表現出某種形式的類似睡眠的行為。 如果沒有足夠的,就會產生嚴重的後果。 對人類來說,長期睡眠不足與心臟病、2 型糖尿病、癌症、肥胖、憂鬱症和許多其他疾病有關。

先前的研究表明,長期、完全的睡眠限制可能導致動物模型過早死亡。 為了回答睡眠不足如何導致死亡,大多數研究工作都集中在睡眠起源的大腦上,但沒有一個得出結論性的結果。

該研究的共同第一作者、英國皇家醫學院神經生物學研究員亞歷山德拉·瓦卡羅(alexandra vaccaro) 和約瑟夫·卡普蘭·多爾(yosef kaplan dor) 牽頭,該團隊在果蠅身上進行了一系列實驗,以尋找與人類共享許多睡眠調節基因的果蠅。 為了監測睡眠,研究人員使用紅外線光束不斷追蹤單獨管中的果蠅的運動。

他們發現蒼蠅可以透過身體搖晃來睡覺,因此研究小組轉向了更複雜的方法。 他們對果蠅進行基因改造,使其在特定神經元中表達熱敏蛋白,已知會抑制睡眠蛋白的活性。 當果蠅被安置在 29 攝氏度(84 華氏度)的環境中時,該蛋白質會誘導神經元保持持續活躍,從而阻止果蠅睡覺。

經過 10 天溫度導致的睡眠剝奪後,果蠅的死亡率急劇上升,並在第 20 天左右全部死亡。

由於死亡率在第 10 天左右增加,研究人員尋找當天和之前幾天的細胞損傷標記。 大多數組織,包括大腦中的組織,在睡眠不足和未睡眠不足的果蠅之間無法區分,但有一個明顯的例外。

睡眠不足的果蠅腸道內會大量積聚活性氧(ros),這是一種高反應性的含氧分子,大量存在會損害細胞內的 dna 和其他成分,導致細胞死亡。 ros 的累積在睡眠剝奪的第 10 天左右達到峰值,當睡眠剝奪停止時,ros 水平下降。

其他實驗證實,只有那些經歷了持續睡眠不足的動物的腸道中才會積聚活性氧,並且腸道確實是這種明顯致命的活性氧的主要來源。

瓦卡羅說:“我們發現,睡眠不足的果蠅每次都以相同的速度死亡,當我們觀察細胞損傷和死亡的標記時,真正引人注目的一個組織是腸道。” “我記得當我們做第一個實驗時,你可以立即在顯微鏡下看出存在顯著差異。這在實驗室研究中幾乎從未發生過。”

研究小組還透過使用溫和、持續的機械刺激讓小鼠保持清醒長達五天來檢查其他物種是否發生活性氧積累。 與對照動物相比,睡眠不足的小鼠小腸和大腸中的活性氧水平升高,但其他器官中的活性氧水平沒有升高,這一發現與果蠅的觀察結果一致。

為了找出腸道中的活性氧是否在睡眠剝奪引起的死亡中發揮因果作用,研究人員研究了阻止活性氧累積是否可以延長存活期。

他們測試了數十種具有抗氧化特性的化合物,這些化合物已知可以中和ros,並鑑定出11 種化合物,當作為食品補充劑給予時,可以讓睡眠不足的果蠅擁有正常或接近正常的壽命。 這些化合物,如褪黑激素、硫辛酸和 nad,在清除腸道中的 ros 方面特別有效。 值得注意的是,補充並沒有延長未剝奪果蠅的壽命。

實驗進一步證實了清除活性氧在預防死亡方面的作用,在這些實驗中,果蠅經過基因改造,使其腸道內過度產生抗氧化酶。 這些果蠅在睡眠不足時具有正常或接近正常的壽命,而神經系統中過度產生抗氧化酶的對照果蠅則不然。

研究人員表示,結果表明,腸道中活性氧的積聚在導致睡眠不足過早死亡的過程中發揮核心作用,但他們警告說,許多問題仍未得到解答。

「我們仍然不知道為什麼睡眠不足會導致活性氧在腸道內積聚,以及為什麼這是致命的,」卡普蘭多爾說。 「睡眠剝奪可能直接影響腸道,但觸發因素也可能源自大腦。同樣,死亡可能是由於腸道損傷或高水平的活性氧產生全身影響,或這些因素的組合。”

眾所周知,睡眠不足會幹擾人體的飢餓信號通路,因此研究小組還測量了果蠅的食物攝取量,以分析進食和死亡之間是否存在潛在關聯。 他們發現,與未睡眠剝奪的對照組相比,一些睡眠不足的果蠅全天吃得更多。 然而,限制食物的獲取對生存沒有影響,這表明還涉及食物攝取以外的因素。

研究人員現在正在努力確定導致腸道中活性氧積累和隨後的生理破壞的生物途徑。

研究小組希望他們的工作將為開發方法或療法提供訊息,以抵消睡眠不足的一些負面後果。 根據美國疾病管制與預防中心的數據,三分之一的美國成年人每晚睡眠時間少於建議的七小時,而睡眠不足是世界各地許多人生活中的正常現象。

「我們很多人都長期睡眠不足。即使我們知道每晚熬夜不好,我們仍然這樣做,」羅古利亞說。 “我們相信我們已經發現了一個核心問題,一旦消除這個問題,就可以在不睡覺的情況下生存,至少對於果蠅來說是這樣。”

「我們需要了解睡眠不足如何損害身體的生物學原理,這樣我們才能找到預防這種傷害的方法,」她說。

該研究發表於 細胞 2020 年 6 月。 



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