Science阐析睡眠的重要性

　　

生物通报道  一夜好眠实际上有可能清净了我们的头脑。研究人员首次利用小鼠证实了，睡眠过程中有可能增大了脑细胞之间的空间，使得大脑能够清除掉清醒状态时累积的毒素。这些结果表明了睡眠在健康和疾病中所起的作用。研究论文发表在10月18日的《科学》（Science）杂志上。

研究的领导者、罗彻斯特大学医学中心转化神经医学中心联合主任Maiken Nedergaard博士说：“睡眠改变了大脑的细胞结构。看起来是一种完全不同的状态。”

几个世纪以来，科学家和哲学家们一直想知道为什么人们需要睡觉，以及它是如何影响大脑的。直到最近科学家们才证明睡眠对于储存记忆至关重要。在这项新研究中，Nedergaard和她的同事们意外发现大脑有可能是在睡眠过程中清除了自身的有毒分子。

他们的研究结果表明，在睡眠过程中一种被称作为“胶质淋巴系统”（ glymphatic system）的上下水道系统有可能开启，使得液体能够快速通过大脑。Nedergaard博士实验室近期发现，这一胶质淋巴系统帮助控制了脑脊髓液（CSF）的流动。脑脊髓液是一种环绕大脑和脊髓的透明液体。

美国]国立神经病及中风研究所（NINDS）项目主任Roderick Corriveau说：“Nedergaard博士和同事们就好像发现了一个隐秘的洞穴网络，这些令人感到兴奋的研究结果凸显了这一网络在正常脑功能中的潜在重要性。”

一开始，研究人员通过将染料注入到小鼠脑脊液中，观察它流过小鼠大脑同时监测脑电活动对这一系统进行了研究。当小鼠处于睡眠或麻醉失去知觉的状态时，染料迅速地流过大脑。与之相反，清醒状态时的小鼠染料则几乎没有流动。

Nedergaard 博士说：“当小鼠清醒时只有很少的染料流入大脑，这让我们感到非常惊讶。这表明在有意识和无意识状态之间脑细胞间的空间发生了很大的改变。”

为了验证这一想法，研究人员将电极插入到大脑中直接测量脑细胞之间的空间。她们发现当小鼠处于睡眠或麻醉状态时，脑内的空间增大了60%。

纽约大学Langone医学中心教授Charles Nicholson说：“细胞外空间发生了一些显著的变化。”

一些脑胶质细胞通过收缩或膨胀来控制通过胶质淋巴系统的流量。去甲肾上腺素是一种觉醒激素，已知也能够控制细胞体积。与采用麻醉方法相似，用阻断去甲肾上腺素的药物处理清醒小鼠可诱导其丧失意志，提高脑液体流动量以及细胞之间的空间，进一步证实了胶质淋巴系统与意识之间的关联。

以往的研究表明，与神经退行性疾病相关的毒性分子在脑细胞之间的空间累积。在这一研究中，研究人员通过将标记β淀粉样蛋白注入小鼠脑内，检测小鼠在睡眠或清醒时这些蛋白质在大脑中的存留时间，测试了胶质淋巴系统是否控制了这一过程。当小鼠处于睡眠状态时，β淀粉样蛋白更快消失，表明睡眠通常清除了大脑的毒性分子。

NINDS项目主任Jim Koenig说：“这些结果对于多种神经系统疾病或许有着广泛的影响。这意味着，调控这一胶质淋巴系统的细胞有可能是治疗多种疾病的新靶点。”

这些结果也突显了睡眠的重要性。

“我们需要睡眠。它清洁了大脑，”Nedergaard博士说。

（生物通:何嫱）

生物通推荐原文摘要；

Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain

The conservation of sleep across all animal species suggests that sleep serves a vital function. We here report that sleep has a critical function in ensuring metabolic homeostasis. Using real-time assessments of tetramethylammonium diffusion and two-photon imaging in live mice, we show that natural sleep or anesthesia are associated with a 60% increase in the interstitial space, resulting in a striking increase in convective exchange of cerebrospinal fluid with interstitial fluid. In turn, convective fluxes of interstitial fluid increased the rate of β-amyloid clearance during sleep. Thus, the restorative function of sleep may be a consequence of the enhanced removal of potentially neurotoxic waste products that accumulate in the awake central nervous system.