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“我喜歡睡覺，”大文豪海明威曾經(jīng)說過。“當(dāng)我醒著的時候，我的生活有崩潰的傾向。”

我們不禁會思考：人類為什么要“浪費(fèi)”大約三分的生命去睡覺？動物為什么睡覺？在整個進(jìn)化過程中，睡眠對所有具有神經(jīng)系統(tǒng)的生物都是普遍和必需的，包括各種無脊椎動物，例如蒼蠅、蠕蟲，甚至結(jié)構(gòu)更簡單的水母。對于動物來說，盡管野外環(huán)境中來自掠食者的威脅不斷，但動物們?nèi)砸?ldquo;鋌而走險”睡個好覺，其原因至今仍是個謎，這也被科學(xué)界認(rèn)為是生命科學(xué)中的未解之謎。

近日，來自以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員揭示了一種全新且令人意外的睡眠功能，這或許可以解釋睡眠及睡眠障礙如何影響大腦表現(xiàn)、衰老以及各種腦部疾病。相關(guān)文章于3月5日發(fā)表于Nature Communications期刊。利用活體斑馬魚的3D延時成像技術(shù)，研究人員得以在單個染色體分辨率下定義睡眠，并首次表明，神經(jīng)元只有在睡眠狀態(tài)下才能有效地修復(fù)基因損傷；睡眠能夠增加染色體動力學(xué)，并清除機(jī)體在清醒狀態(tài)時所積累的DNA損傷。也就是說，腦細(xì)胞中白天“破碎的”DNA會在睡眠期間得到高效逆轉(zhuǎn)。

“我認(rèn)為這是我們需要睡覺的關(guān)鍵原因，”論文通訊作者、巴伊蘭大學(xué)生命科學(xué)院Lior Appelbaum教授表示。“離線時間讓我們有時間為第二天進(jìn)行清理，讓我們再次清醒之前給我們一個新的開始。”

研究人員表示，DNA損傷可以由許多過程引起，例如輻射、氧化應(yīng)激，甚至神經(jīng)元活動。細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)系統(tǒng)可以對這種損傷進(jìn)行修復(fù)。目前研究表明，在清醒狀態(tài)下，當(dāng)染色體動力學(xué)較低時，DNA損傷會持續(xù)累積并達(dá)到一種非安全水平。而睡眠的作用是增加染色體動力學(xué)，使每個神經(jīng)元的DNA損傷水平恢復(fù)至正常化。顯然，這種DNA“維護(hù)”過程在清醒狀態(tài)時不夠有效，因此需要進(jìn)入“離線”的睡眠狀態(tài)，減少對大腦的“輸入”才能進(jìn)行。

Lior Appelbaum教授說：“這就像道路上的坑洞。道路的磨損會不斷累積，尤其是在白天的高峰時段，而在夜間交通暢通時修路是*方便和有效的。”Lior Appelbaum教授稱DNA的損傷積累為“清醒的代價”。他假設(shè)睡眠鞏固并同步了單個神經(jīng)元內(nèi)的細(xì)胞核修復(fù)，并著手證明這一理論。

圖片來源：The Scientist

得益于斑馬魚模型的特點(diǎn)，其研究得以實現(xiàn)。鑒于其絕對的透明度和與人類非常相似的大腦，斑馬魚可謂這項研究的“完美”生物。為了找到答案，研究人員通過基因工程對斑馬魚進(jìn)行了改造，使其神經(jīng)元中的染色體帶有彩色的化學(xué)標(biāo)簽。使用高分辨率顯微鏡，研究人員可以在魚清醒和睡眠時觀察細(xì)胞內(nèi)DNA和核蛋白在魚體內(nèi)的運(yùn)動，進(jìn)而在生理條件下對活體動物體內(nèi)的單細(xì)胞進(jìn)行研究。他們十分驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)體清醒時，染色體相對靜止，并且不斷累積雙鏈斷裂；當(dāng)機(jī)體在夜間休息時，染色體會更加活躍，而這種增加的活性使得DNA損傷的修復(fù)效率得以提高，DNA損傷也開始急劇降低。進(jìn)一步的實驗表明，控制斑馬魚的睡眠會影響修復(fù)過程。例如，通過輕敲魚缸來保持斑馬魚的清醒狀態(tài)，可以促進(jìn)更多雙鏈斷裂的積累，而用藥物來誘導(dǎo)睡眠，則可以讓細(xì)胞修復(fù)DNA。

圖：活體斑馬魚染色體動力學(xué)（紅色）和神經(jīng)元活動（綠色）成像。圖片來源：Bar-Ilan University

這項研究結(jié)果為染色體動力學(xué)作為定義單個睡眠細(xì)胞的潛在標(biāo)志物奠定了基礎(chǔ)，并提出睡眠的恢復(fù)作用正是基于對細(xì)胞核的“維護(hù)”。Lior Appelbaum教授表示：“我們發(fā)現(xiàn)，睡眠、染色體動力學(xué)、神經(jīng)元活動、DNA損傷和修復(fù)與整個機(jī)體存在直接的生理學(xué)相關(guān)性。睡眠提供了一個減少清醒時大腦積累的DNA損傷的機(jī)會。”Appelbaum教授總結(jié)道，盡管存在環(huán)境意識降低的風(fēng)險，但從水母到斑馬魚再到人類，還是必須睡覺才能使神經(jīng)元進(jìn)行有效的DNA維護(hù)，這可能正是睡眠在動物王國中進(jìn)化并如此保守的原因。

在《衛(wèi)報》對本研究的報道中，香港大學(xué)Siu-Wai Choi也表示：“從這項研究中可以清楚地看出，睡眠時的染色體動力學(xué)在修復(fù)受損DNA中起著至關(guān)重要的作用。”Siu-Wai Choi并未參與本項工作，但近期領(lǐng)導(dǎo)了一項關(guān)于睡眠剝奪和DNA損傷的研究。“雖然這些結(jié)果是在動物模型中獲得的，但結(jié)合對人類進(jìn)行的其他研究，它確實為我們的選擇生活方式、轉(zhuǎn)變工作模式和長期健康提供了思考。”

或許，我們可以為健康做的的事情就是：睡個好覺！