Nature:重大進展!揭示氧化應激導致睡眠的分子機制

2020-11-30 生物谷

2019年4月14日訊/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自英國牛津大學的研究人員發現了報導了氧化應激如何導致睡眠。氧化應激被認為是我們衰老的原因之一，也是退化性疾病的原因之一。這一發現讓我們更進一步了解睡眠仍然神秘的功能，並為治療睡眠障礙提供了新的希望。這也可能解釋了為何長期睡眠不足會縮短生命。相關研究結果發表在2019年4月11日的Nature期刊上，論文標題為「A potassium channel β-subunit couples mitochondrial electron transport to sleep」。

圖片來自Muhammad Mahdi Karim / Wikipedia。

論文通訊作者、牛津大學神經迴路與行為中心主任Gero Miesenböck教授說，「氧氣罐帶有爆炸危險標籤並非偶然：不受控制的燃燒是危險的。包括人類在內的動物在使用它們呼吸的氧氣將食物轉化為能量時面臨著類似的風險：不完全的燃燒導致細胞中的『氧化應激』。這被認為是導致衰老的原因，也是導致困擾著我們晚年的退行性疾病的罪魁禍首。我們的新研究表明氧化應激也會激活控制我們是否進入睡眠狀態的神經元。」

Miesenböck及其團隊研究了對果蠅睡眠的調節。每隻果蠅都有一套特殊的睡眠控制神經元，即也其他動物身上發現並且被認為存在於人體中的腦細胞。在之前的一項研究（Nature, 2016, doi:10.1038/nature19055）中，Miesenböck團隊已發現這些睡眠控制神經元的作用就就像一個開關：如果這些神經元具有電活性，那麼果蠅就會睡著；如果這些神經元沒有電活性，那麼果蠅就會醒著。

論文共同第一作者、Miesenböck實驗室前研究生Seoho Song博士說，「我們決定尋找能夠激活這些睡眠控制神經元的信號。我們從我們早期的研究中得知，睡眠和清醒之間的一個主要區別在於有多少電流流過兩種稱為Shaker和Sandman的離子通道。在睡眠期間，大部分電流流過Shaker。」

離子通道產生並控制著腦細胞之間進行通信的電脈衝。Song博士說，「這就將一個棘手的大問題『我們為什麼要睡覺？』轉變為一個具體的可解決的問題『是什麼原因導致電流流過Shaker？』。」Miesenböck團隊在Shaker離子通道的一個組分中找到了答案。

論文共同第一作者、Miesenböck團隊博士後研究員Anissa Kempf博士解釋道，「懸掛在Shaker導電部分下面的是另一個部分，就像熱氣球下的纜車一樣。纜車中的乘客，即小分子NADPH，在兩種化學狀態之間來回翻轉---這調節著Shaker中的電流流動。NADPH的狀態接著反映了細胞經歷的氧化應激程度。失眠會導致氧化應激，而這會促進化學轉化。」

在對這種機制的一次引人注目的演示中，讓NADPH化學狀態發生翻轉的一道閃光讓果蠅入睡。

根據Miesenböck教授的說法，以同樣方式改變結合到Shaker上的NADPH的化學狀態可能是一種強效的新型安眠藥。

他說，「睡眠障礙很常見，安眠藥是最常用的處方藥之一。但是現有的藥物會導致混亂、健忘和成癮等副作用。靶向我們發現的這種機制可能避免其中的一些副作用。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Anissa Kempf et al. A potassium channel β-subunit couples mitochondrial electron transport to sleep. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1034-5.

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