《细胞》:缺觉诱发致命炎症风暴!北生所张二荃团队揭示睡眠剥夺导致细胞因子风暴机制,可致多器官衰竭和死亡丨科学大发现

睡眠对大多数动物来说都是头等大事,人的一生约有1/3在睡梦中度过。要睡这么多觉,自然是因为睡觉有其必要,睡眠对免疫调节、认知表现、代谢等多种生物过程有重要作用,长时间的睡眠剥夺(SD)可导致多种模式动物的过早死亡

知晓这一切但昨天还是熬夜了的(其实平常也有在熬)奇点糕颤抖点开了《细胞》新发的论文……

北京生命科学研究所张二荃团队设计了一种全新的睡眠剥夺实验方法,能令小鼠在96%的时间内能保持清醒。小鼠如是无眠4天之后,即表现出严重的全身炎症反应和多脏器衰竭,约80%死亡。机制上,睡眠不足会增加脑内前列腺素D2(PGD2)产生和经血脑屏障(BBB)的外流,并在外周引发细胞因子风暴。

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参考资料

为了研究缺觉的影响,其实科学家已经发明出来了蛮多折磨小鼠标准实验方法,不过这些方法并不能够有效地长期抑制所有睡眠模式。

为了找到新方法,研究者们首先分析了大量小鼠睡眠/觉醒周期的活动视频,他们发现,当小鼠进入睡眠状态的时候,会采取一个低头蜷缩的姿势。针对这个动作,研究者们在鼠笼中放入约8mm高的浅水,水刚好没到小鼠的脚踝,这样在小鼠要睡着的时候,身体蜷缩,鼻子就会碰到水面从而醒来。这种方法被研究者命名为“curling prevention by water” (CPW)。

根据脑电图/肌电图(EEG/EMG)的记录,小鼠在CPW中,可每天保持约1400分钟清醒,也就是96%的时间都清醒。平均下来,和对照组小鼠相比,CPW小鼠失去了约95%的非快速眼动睡眠(NREM)和83%的快速眼动睡眠(REM)。

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CPW

随后研究者对小鼠执行了4天的CPW,可怕的是,约有80%小鼠在睡眠剥夺开始后72-96小时死亡

在死亡之前,这些小鼠行为上无法保持平衡、对轻微触摸刺激没有反应,病理检查发现它们的肝脏、脾脏、肺、肾等多个器官都表现出了组织损伤。

少数存活下来的小鼠状态也并不好,它们的血清丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)和尿素显著升高。这些数据表明,长期的睡眠剥夺会导致危及生命的多器官功能障碍综合征(MODS)

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睡眠剥夺(SD)小鼠很快开始大量死亡

研究者分析了睡眠剥夺48小时的小鼠的组织病理,观察到了中性粒细胞向肝脏浸润增加。结合显著的器官损伤,研究者猜测,小鼠可能遭受了严重的细胞因子风暴。在人类中,细胞因子风暴表现为促炎细胞因子的过度释放,并引起器官损伤乃至死亡。

研究者监测了小鼠在睡眠剥夺期间27种细胞因子水平的变化,果然观察到随着睡眠剥夺的进行,大多数促炎细胞因子上调,尤其是IL-6和IL-17A。它们两位都是细胞因子风暴的深度参与者,IL-6甚至还是治疗的主要靶点之一。

使用其他实验方法剥夺小鼠睡眠,同样能够观察到促炎细胞因子的升高。看来,“不睡”并不用很彻底,就能带来炎症。

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随着睡眠剥夺,促炎细胞因子水平上调

当使用对乙酰氨基酚(APAP)或皮质酮治疗,小鼠因睡眠剥夺死亡的状况就好转了很多。

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抗炎治疗后,小鼠因睡眠剥夺死亡的比例下降了

那么缺乏睡眠究竟是如何导致全身炎症的呢?

考虑到睡眠终究是一种大脑行为,研究者决定从脑中寻找答案。此前有研究证实,血脑屏障的外排是由内源性生物钟调节的,因此会表现出昼夜节律。但是在睡眠剥夺小鼠中,节律明显减弱,取而代之的是ATP结合盒(ABC)转运蛋白介导的外排整体增加了

挨个排查了ABC转运蛋白的底物,再结合APAP和皮质酮的作用对象,研究者们把目光放到了前列腺素上,前列腺素D2(PGD2)是睡眠促进的最有效的内源性物质之一。

简单来说,睡眠剥夺会导致小鼠脑内PGD2积累和ABBC4介导的血脑屏障外排增加,这些PGD2与G蛋白偶联受体DP1作用,促进促炎细胞因子释放,引起细胞因子风暴,导致外周中性粒细胞积累和多器官功能障碍综合征。

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睡眠剥夺导致免疫失衡的机制

虽然咱们日常生活里大概率不会碰到这么极端的无眠状况,但是从既往的人类睡眠剥夺试验来看,一宿不睡脑子会崩溃免疫会崩溃代谢会崩溃……(第二天上班的精神也会崩溃罢)

还是得好好睡觉啊!

参考资料:

[1]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01176-5

文章来源:奇点网

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