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打工人注意了,睡眠不足真的会早死

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发布时间:
2021/04/01 12:44
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有人说,打工人的生活里没有容易二字,比如难入睡、失眠......数据显示,45.4%的人在过去一年中都有过不同程度的失眠。


经历过的人都知道,失眠是如此地煎熬,越努力想睡觉,却越是睡不着......

 

 

睡眠不足最开始会表现为疲劳、乏力、易怒、难以集中注意力,长期睡眠缺失的话,还会导致肥胖、心脏病、高血压和糖尿病,甚至缩短人的寿命。

 

严重睡眠不足真的会“死”

 

一项刊登在国际杂志Cell上题为《Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut》的研究报告中来自哈佛大学神经生物系的 Alexandra Vaccaro 博士和 Dragana Rogulja所得到的结论是:严重睡眠不足可以导致死亡[1]

 

 

研究发现被剥夺睡眠的苍蝇和老鼠的死亡是由氧化应激引起的,肠道在这一过程中处于中心地位。进一步研究还发现:如果阻止活性氧(ROS)的积累,没有睡眠的生存是可能的。(图1所示)

 

 

图1:睡眠不足可导致苍蝇和老鼠肠道内活性氧(ROS)聚积,引起器官的氧化应激反应;如果通过抗氧化剂阻止活性氧聚积,即使没有睡眠,苍蝇亦可正常存活。

 

Alexandra Vaccaro 博士的实验室团队采用苍蝇和老鼠作为实验对象,因为苍蝇和哺乳动物有着共同的睡眠核心属性,而且睡眠是苍蝇存活的必要条件。为了研究长期睡眠不足带来的影响,Alexandra Vaccaro 博士团队采用基因编辑的手段来持续限制动物的睡眠时间,同时不消除它们对睡眠的生理需求。结果发现用基因编辑限制动物睡眠后,肠道内 ROS 大量积聚。


Gal4s是靶向神经元的基因转录激活因子,激活它们以后会导致严重的睡眠缺失。Alexandra Vaccaro 博士团队通过 Gal4 基因表达激活技术,成功地使控制睡眠的神经元表达出受温度激活的通道蛋白 TrpA1。21℃时,TrpA1 处于关闭状态,该温度适用于监测基线睡眠;将温度提高到 29℃后,TrpA1 打开,神经元受到刺激,导致动物睡眠减少。当 TrpA1 在 11H05 - Gal4 或 60D04-Gal4 标记的神经元中表达时(11H05>TrpA1,60D04>TrpA1),苍蝇失去了90%的睡眠。(图2A-D)。

 

 

图2:睡眠不足会缩短寿命。

A、11H05-Gal4在神经系统中的表达,上图:大脑。下:腹神经索。Brp是一种突触前蛋白,标记神经纤维。

B、第1天,21C:对照、实验二组(11H05-Gal4,UAS-TrpA1)和表达TrpA1的果蝇的睡眠量相同(11H05>TrpA1)。雄蝇白天和晚上睡觉。当温度上升到29摄氏度时,第2天(橙色),11H05>TrpA1苍蝇几乎无法入睡。右图:对照组和实验苍蝇组每天睡眠。

C和D、与A和B相同,但对于60D04-Gal4更明显。

E、剥夺睡眠(绿色、蓝色)和非剥夺睡眠果蝇在29℃下的存活率。左图:种群。右图:个体生存。

F、个体睡眠与寿命的相关性。

G、左图:苍蝇在被剥夺10天后可以睡觉的存活率。中右图:恢复期间睡觉。

H、苍蝇被剥夺睡眠10天(SD1),并允许睡眠5、10或15天,然后再次被剥夺睡眠(SD2)。第0天,SD2发病。

 

研究人员发现,在任何情况下,睡眠不足的动物都比对照组中未被剥夺睡眠的动物更早死亡。在被剥夺睡眠的第十天,动物的死亡率最高。当对这些动物进行检查,研究人员发现动物的大部分组织似乎没有受到影响,但是,睡眠不足的动物肠道内的 ROS 水平出现显著上升。


为了检测 ROS 在肠道和其他器官里的水平, 研究人员采用了二氢乙啶来探测, 二氢乙啶在受到氧化时会释放出红色荧光,未被氧化时会释放蓝色荧光。而同时,另一种会被过氧化氢激活的探测方式也证明了 ROS 在肠道内的增加。


此后,研究人员测试了这一的结论在哺乳动物模型中是否普遍适用。他们利用温和且持续的机械刺激,使 C57BL / 6J 小鼠被剥夺睡眠长达 5 天。在每个重复的实验中,5 只小鼠被安置一个专门的设备中,里面有一根缓慢旋转的栏杆,从而防止小鼠睡着。作为对照,另外 5 只小鼠被安置在一个相同的设备内,但取消了旋转的栏杆。


研究人员同时检查了缺乏睡眠和不缺乏睡眠的小鼠的内脏, 将它们切片,然后通过 DHE(二氢乙啶)去寻找 ROS 的迹象。与不缺乏睡眠的的小鼠相比,缺乏睡眠小鼠的小肠和大肠里 ROS 含量都有所上升,尤其是小肠,在剥夺睡眠两天后 ROS 含量就出现升高;而大肠(结肠)内 ROS 含量的升高则没有那么明显,因为大肠内的基础 ROS 水平更高。此外,即使是在剥夺睡眠五天之后,在小鼠的其它器官里也没有发现 ROS 水平的改变。(图3所示)

 

 

图3:睡眠剥夺时ROS在小鼠肠道中积累

A、睡眠剥夺(SD)和非剥夺(非SD)C57BL/6J小鼠的快速眼动(REM)睡眠、非快速眼动睡眠和觉醒,EEG/EMG报告。

B、睡眠不足2天后,小肠和大肠中的ROS水平较高。

C、睡眠剥夺和非剥夺小鼠组织中ROS水平的定量研究。

D、只有在睡眠剥夺5天后,小肠和大肠的氧化应激标志物才会升高。

 

以上两组实验的结果揭示了睡眠剥夺、ROS 积聚和动物死亡之间的关联性。为了确定它们的因果关系,Alexandra Vaccaro 博士团队又测试了是否可以在不增加睡眠的前提下,通过清除 ROS 来延长动物的寿命。


通过食物补给,研究人员测试了53种已知的具有抗氧化能力的物质,并发现其中有 11 种可以让睡眠不足的动物保持正常或接近正常的生存周期。这些抗氧化剂中,有些通过贡献电子直接中和 ROS(例如硫辛酸、槲皮素和四甲基哌啶氧化物),有些则通过促进内源性抗氧化酶的表达来降低 ROS 水平(例如乙醯半胱氨酸和苯丁酸钠)。在使用抗氧化剂期间,动物依然处于睡眠不足的状态,换句话说,这些抗氧化剂并不是通过延长动物睡眠时间来发挥作用的。(图4所示)

 

 

图4:清除ROS可防止热性睡眠剥夺果蝇的死亡。

A、个体生存。睡眠不足的果蝇(11H05>TrpA1,60D04>TrpA1)比对照(11H05-Gal4,60D04-Gal4,UAS-TrpA1)早死亡。溶剂(乙醇,二甲基亚砜)不影响存活。补充抗氧化剂(褪黑激素-维生素C)可以延长睡眠不足果蝇的存活时间。

B、三种救援化合物的存活曲线示例。

C、活性氧被拯救生存的化合物从肠道清除。第10天,代表性图片。

D、拯救性抗氧化剂并不能促进睡眠。

 

拥抱健康,从ROS的动态平衡开始

 

ROS是吞噬细胞发挥吞噬和杀伤作用的主要介质;但是在病理条件下,由于活性氧的产生超过了机体的清除能力,这时就会启动机体的氧化应激反应,造成氧化损伤。简而言之就是这些蓄积的ROS造成DNA损伤,加速细胞(包括干细胞在内)的衰老、损伤、凋亡、突变甚至是癌症的发生,并形成恶性循环[2-5]

 

 

图5:氧化应激诱发干细胞衰老的信号通路。

 

 

图6:衰老的干细胞再生、分化功能丧失,功能干细胞库枯竭,严重损害了其修复受损组织的能力。

在细胞生物学中,氧化还原环境调节着许多生理和病理过程。氧化应激引发体内氧化还原的失衡,同时亦触发了干细胞衰老,严重影响机体内环境和组织修复。


干细胞衰老的后果既微妙又明显,从细胞内稳态的失衡到细胞损伤、再生功能的丧失、细胞死亡的增加。这一过程受到许多不同的内在和外在途径的复杂调控。如何在细胞内部将ROS维持在一个适当的生理水平,而不是单纯地降低细胞内的ROS,维持氧化还原环境的稳态对于疾病预防、延缓衰老都具有重要的意义。研究充分说明了氧化应激在诱导干细胞衰老中的重要性,明确了干细胞通过其强大的旁分泌作用,可调节内源性抗氧化来维持细胞内稳态的作用。 


MSCs对氧化损伤具有高度的抵抗力,已经在诸多研究中得到了应证。比如体外培养的骨髓间充质干细胞对氧化和亚硝化刺激具有抵抗力,这与其高水平性表达的抗氧化酶SOD1、SOD2、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和抗氧化性谷胱甘肽(GSH)有关[6]。GSH的缺乏会导致对氧化应激的耐受性丧失[7]。SIRT6被认为通过下游产生抗氧化剂(包括血红素加氧酶-1(HO-1))来提高MSCs抵抗氧化损伤和ROS产生[8]等。


MSCs调节这些过程的能力可以解释MSCs治疗疾病模型的多样性以及MSCs在物种间的保护作用。2020年4月20日,来自澳大利亚墨尔本大学的科研团队在《干细胞转化医学》杂志上对间充质干细胞的作用机制提出了新的概念——抗氧化功能[9],其作用机制如图7所示。干细胞补充作为预防机体衰老的靶点,受到越来越多的关注。

 

 

图7:骨髓间充质干细胞抗氧化作用。

 

图中显示骨髓间充质干细胞直接清除活性氧,上调内源性抗氧化防御,抑制炎症,改变细胞生物能量,捐献线粒体来表现抗氧化特性。同时MSCs的免疫抑制特性也可以避免ROS的过量产生。这些机制减少氧化应激,维持体内ROS生理水平。骨髓间充质干细胞的抗氧化作用在一系列疾病治疗及抗衰老中与获益直接相关。


九芝堂美科的美国合作方Stemedica公司在其位于加洲的cGMP设施中开发了临床级别的细胞生产平台BioSmartTM ,该平台模拟细胞在人体内的微环境,在连续低氧条件下生产的缺血耐受人骨髓间充质干细胞(it-hMSC)能力更强,在抗衰老和治疗失眠中发挥的作用会更大。

 

一、低氧培养,克隆能力更强

 

 

二、低氧培养,成软骨分化能力更强

 

 

三、低氧培养,成间隙连接能力更强

 

 

四、低氧培养,驱化归巢能力更强

 

 

五、低氧培养,旁分泌能力更强

 

 

人们对新事物的态度既好奇又恐惧,骨髓间充质干细胞从以前被质疑,到逐渐被接受,再到现在的蓬勃发展,其价值必将再创新高,成为全球大健康产业中强有力的生物资源。

 

参考文献:

1、Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut

2、Imbalanced Production of Reactive Oxygen Species and Mitochondrial Antioxidant SOD2 in Fabry Disease-Specific Human Induced Pluripotent Stem Cell-Differentiated Vascular Endothelial Cells

3、Repeated Mild Traumatic Brain Injury:Potential Mechanisms of Damage

4、Cell Contact Accelerates Replicative Senescence of Human Mesenchymal Stem Cells Independent of Telomere Shortening and p53 Activation: Roles of Ras and Oxidative Stress

5、Production of Reactive Oxygen Species by Multipotent Stromal Cells/Mesenchymal Stem Cells Upon Exposure to Fas Ligand

6、Induced Pluripotent Stem Cells Without c-Myc Attenuate Acute Kidney Injury via Downregulating the Signaling of Oxidative Stress and Inflammation in Ischemia–Reperfusion Rats

7、Chen M-F, Lin C-T, Chen W-C, et al. The sensitivity of human mesenchymal stem cells to ionizing radiation. Intern J Radiat Oncol Biol Phys. 2006;66(1):244-253.

8、Valle-Prieto A, Conget PA. Human mesenchymal stem cells efficiently manage oxidative stress. Stem Cells Dev. 2010;19(12):1885-1893.

9、Liu T, Ma X, Ouyang T, et al. SIRT1 reverses senescence via enhancing autophagy and attenuates oxidative stress-induced apoptosis through promoting p53 degradation. Int J Biol Macromol. 2018;117:225-234.