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睡眠不足對大腦的影響是為神經生物學家所熟知的。晝夜節律以及相關激素的調控讓我們在睡眠的過程中得以放鬆，同時伴隨DNA的修復和身體自我補給。
長期的睡眠不足對學習、記憶、認知、情緒都有一定程度的影響。然而對晝夜節律在大腦調控中的分子機制研究並不深入，這些因素在我們睡著之後是如何相互作用以使大腦恢復活力的，我們仍然還不清楚。
2019年10月，國際頂刊《Science》上發表的兩篇論文將焦點放在了神經元之間的突觸上。其中一篇文章是《The forebrain synaptic transcriptome is organized by clocks but its proteome is driven by sleep》。
另一篇文章《Sleep-wake cycles drive daily dynamics of synaptic phosphorylation》。
突觸是神經元與神經元之間的連接點，是神經元之間信息傳遞的基礎，對學習與記憶至關重要。同時突觸在分子水平上非常複雜，興奮性突出中有>1,000個基因編碼突觸後蛋白。因此這些蛋白質的表達差異可能會增加大腦內突觸多樣性的可能，進而對認知功能產生一定的影響。
與其他組織不同，神經元能將RNA運輸到樹突和軸突，並在那裡進行局部翻譯，這種機制需要生理和環境需求的協調。
研究人員表示，這些神經元之間的交流節點，是我們為睡眠所做的內部準備和我們的睡眠相關行為的影響交匯的地方。新的發現表明，在缺乏睡眠的情況下，相關蛋白質周期及磷酸化也會出現變化。
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University of Zurich藥理學和毒理學研究所的Sara B. Noya和她的同事們發現，在老鼠體內，生物鐘調節著節律相關的指令，控制轉錄本和相關蛋白質節律性變化。
Noya的研究小組發現，和哺乳動物其他器官的基因表達節律相同，在24小時內轉錄本和蛋白質在黃昏和黎明達到高峰。而這兩個階段的轉錄本顯示了生物功能節律性的劃分，黎明前的轉錄與新陳代謝和翻譯有關，而黃昏前的轉錄與突觸的結構與功能相關。這些存放的分子為睡眠時突觸的快速更新和正常運作奠定了基礎。
Noya和她的同事發現了在有規律的睡眠-覺醒周期中，這些指令生成的蛋白質在黎明和黃昏時也顯示出最高產量。然而，睡眠剝奪的小鼠中細胞仍然出現了轉錄本，但卻消除了相關蛋白質。這一結果意味著睡眠調節了最後的蛋白質生成步驟。
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而在另一篇論文中，University of Munich和Max Planck Institute of Biochemistry的Franziska Bruning和她的同事們探索了生物節律驅動下蛋白質磷酸化的相關變化。
晝夜節律相關磷酸化能夠控制外周器官的蛋白周期變化。磷酸分子的附著或移除就像一個開關，開啟或關閉蛋白質的功能，因此研究人員仔細觀察了大腦中這一過程。
他們發現，磷酸化蛋白質的節律水平也有個明顯的峰值分別是在夜晚由清醒到睡眠這一階段中和清晨由睡眠到清醒的階段中。
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和之前的實驗結果相似，睡眠剝奪幾乎完全消除了突觸中兩個磷酸化周期的峰值。研究人員認為，突觸節律性變化的分子過程是由磷酸化控制的，如在黎明時突觸抑制，在黃昏時突觸興奮。而睡眠不足會導致前腦突觸98%的節律性磷酸化缺失。
參與者兩篇文章的作者之一Maria Robles說，區分蛋白質生成和活動的不同階段的發現讓人大開眼界，揭示出大腦有一種很好的方式來控制這些分子。
University of Pennsylvania和Perelman School of Medicine的神經科學家Akhilesh B. Reddy，雖然並沒有參加這項實驗，但他認為這兩項實驗將焦點放在突觸上，能夠在對睡眠與記憶力的鞏固上有一些提示。
他說，儘管這些研究是在老鼠身上進行的，但事實證明，這些動物的大腦是相當可靠的人類大腦的替代品。雖然通過這兩篇文章，我們對這一方面的知識有了新的認識，但這並不意味著基於這些發現，提高記憶力和認知能力的幹預措施將在不久的將來出現。
參考資料：
https://www.scientificamerican.com/article/sleep-deprivation-shuts-down-production-of-essential-brain-proteins/DOI: 10.1126/science.aav2642DOI: 10.1126/science.aav3617DOI:10.3969/j.issn.1000-1336.2006.04.019https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.07.007說明：國際科學是一個優質的大型公益科普平臺，每日報導「有趣+有用」的國內外重磅科研成果，既可供普通讀者學習新知、增加科學素養，亦可供科研工作者開拓科研選題與方法思路，敬請關注和推薦給你關心的人哦。1、本站現招兼職學術導師、顧問（博士以上），待遇豐厚，簡歷發至ketengedu@163.com。2、海外博士、教授人才引進職位內推，簡歷發至fudan1392@163.com。3、您如果有以下需求，歡迎求助我們：考博申博輔導 | 考研輔導 | 留學申請 | 計劃書輔導 | 論文輔導 | 科研方法 | 科研繪圖 | 英文潤色 | 碩博交友 | 招聘發布（後臺回復關鍵詞「約」，聯繫對接老師）編輯/審核：Vincent
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