【Nature子刊】白天补觉你可能补了个寂寞,大脑“排毒”还得按照昼夜节律

2021
01/05

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了解昼夜节律如何提高睡眠质量对于保持大脑长期健康至关重要。

导言:睡眠是一种进化上保守的生物功能,可以清除大脑中有害的代谢物。睡眠质量高度依赖于由昼夜节律控制的睡眠时间、基因转录、细胞信号传导等生理学行为。了解昼夜节律如何提高睡眠质量对于保持大脑长期健康至关重要。

2015年,弗吉尼亚大学的研究团队在《自然》上发表了一项重量级研究:在小鼠的脑部发现了淋巴系统。他们当时写道,中枢神经中淋巴系统的发现,意味着神经免疫学的基本假设需要被重新审视。这项研究或将成为理解神经退行性疾病和免疫系统之间关系的突破口。

大约在同一时期,罗彻斯特大学医学中心(URMC)的研究人员在人和小鼠的脑中发现了一种“类淋巴系统”。研究小组称,这不仅仅是大脑中的废物清理系统,它还能为大脑运输葡萄糖、脂类、氨基酸以及神经递质。

近期,URMC的一项新研究概述了大脑自身的废物清除过程——大脑淋巴系统是如何与调节人体睡眠-觉醒周期的昼夜节律保持同步的。研究结果表明,白天睡觉的人患神经系统疾病的风险更大。

淋巴液的流入显示出昼夜节律的变化

这项研究的数据还为大脑淋巴系统的功能提供了新见解。该研究由URMC转化神经医学中心联合主任,神经科学家Maiken Nedergaard博士领导,他表示:“这些发现表明,淋巴系统的功能不仅仅取决于睡眠或清醒,还取决于我们生物钟所规定的昼夜节律。”这项研究发表在《自然通讯》上,论文标题为“Circadian control of brain glymphatic and lymphatic fluid flow”。

研究人认为,急性睡眠剥夺会损害认知功能,并且睡眠中断通常与神经退行性疾病有关。了解昼夜节律如何提高睡眠质量对于维持脑部健康至关重要。

大脑淋巴系统是一个网状的液体系统,流通着淋巴液,并通过脑组织泵送脑脊液(CSF),从而冲走废物。有研究表明,淋巴系统主要在睡觉时起作用。最近还有研究表明,血压、心率、昼夜节律和睡眠深度在淋巴系统的功能以及在大脑中发生的化学信号开启和关闭中起着重要作用。

睡眠中断会导致淋巴系统崩溃,并使有毒蛋白质在大脑中积聚,从而可能引起多种神经退行性疾病,例如阿尔茨海默氏病。

昼夜节律和淋巴系统之间的联系已经成为了研究的热点。昼夜节律本质上是一个24小时的内部时钟,它调节着大脑中的一些重要功能。先前有研究表明,当小鼠被麻醉一整天时,它们的淋巴系统仍然只在小鼠固定的休息时间内才起作用。

小鼠是夜间活动的,所以它们的睡眠-觉醒周期与人类相反。Nedergaard的小组指出:“我们发现,小鼠的淋巴功能的差异不仅仅取决于是否处于清醒状态,而且还表现出一种每日节律,这种节律会在中午时分达到高峰,这是小鼠最容易入睡的时候。研究显示,小鼠在这个阶段,淋巴液的内流和清除过程表现出内源性的昼夜节律峰值。”

小鼠大脑白天的淋巴液流入量较高

小鼠大脑白天的间质液清除率较高

该研究的第一作者,URMC转化神经医学中心研究助理教授Lauren Hablitz博士解释说:“人类的昼夜节律被调整为昼夜交替。由于这一时钟也会影响淋巴系统,因此这项发现表明,白天依靠小睡来补眠,或上夜班的人可能会更容易患上神经系统疾病。而且实际上,临床研究表明,白天依赖睡眠的人患阿尔茨海默氏病和痴呆症以及其他健康问题的风险要大得多。”

研究小组进一步指出:“尽管在昼夜节律紊乱的模型中(例如在轮班工作中)尚需研究淋巴功能,但目前已经确定,轮班工作人员患神经退行性疾病,心血管疾病的风险增加,并且还表现出全身性炎症指标增加。”

研究小组专门研究了星形胶质细胞,它们在大脑中起着多种功能,据信,星形胶质细胞有助于调节昼夜节律,还可以作为控制整个中枢神经系统CSF流量的守门人。Nedergaard小组的研究结果表明,大脑不同部位的星形胶质细胞之间的交流可能具有共同的目标,即在睡眠过程中优化淋巴系统的功能。

研究人员还发现,在清醒时,淋巴系统会将CSF转移到颈部淋巴结。由于淋巴结是免疫系统调节的关键途径,因此研究结果表明,脑脊液可能是人体的“流体时钟”,并有助于唤醒人体在白天的抗感染能力。

他们还表示:“了解各种具有不同时间和生物学功能的节律如何影响淋巴功能,可能有助于预防与昼夜节律紊乱有关的疾病。”

参考资料:

【1】https://www.genengnews.com/news/sleep-timing-disrupts-brains-waste-disposal-may-increase-risk-of-neurological-disorders/

【2】https://www.nature.com/articles/s41467-020-18115-2

【3】https://www.nature.com/articles/nature14432

【4】http://www.360doc.com/content/17/1024/08/41096126_697613287.shtml

本文转载自转化医学网,作者转网


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关键词:
睡眠,研究,淋巴,系统,昼夜节律

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