Cell子刊:睡觉疗伤!伤口中产生的抗菌肽指挥大脑增加睡眠,促进恢复,提高存活率

2021
01/02

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生物世界
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撰文 | nagashi
编辑 | 王聪
排版 | 水成文

睡觉疗伤?伤口中产生的天然抗菌肽可以增加受伤后的睡眠和存活率!

睡眠,或许是最好的疗伤神药 ,我们经常可以在一些纪录片看到,动物受伤后活动减少、睡眠时间会大大增多,其中很大一部分正是为了尽快恢复伤口。

事实上,不仅是动物,人类也是如此,不少研究表明,受伤后,睡眠时间越长,伤口恢复得越好

对此,从逻辑上看,我们的大脑对伤害的反应是延长睡眠时间,这一点也不奇怪。

但是,这一过程又是怎么发生的呢?难道伤口可以持续发送某种远程信息抵达大脑,并提醒大脑要保持长时间的睡眠以促伤口恢复?

近日,德国德累斯顿工业大学、马尔堡大学等研究机构的研究人员在 Cell 子刊 Current Biology 杂志上发表了题为: Innate Immunity Promotes Sleep through Epidermal Antimicrobial Peptides 的研究论文。

这项研究表明,受伤时,我们的身体会产生复杂的免疫反应,伤口会产生一些 抗菌肽 来对抗局部的病原体 而这些抗菌肽也可以充当远程分子信使,它们从受伤部位通过组织向大脑发出信号,延长机体的睡眠时间并提高受伤后存活的机会


秀丽隐杆线虫 C. elegans 是一种常用且重要的模式生物,同时也是用来研究睡眠现象的最简单的动物。在此项研究中,研究团队对线虫进行了大规模的基因筛选,分析了超过4500种不同的基因突变。

研究人员发现,在线虫幼虫蜕皮过程中,一种叫做NAS-38的基因的表达活性增加会导致抗菌肽 (AMPs) 产量的巨大增加。值得一提的是,抗菌肽是人体在伤口内产生的天然抗生素,可以抵抗局部的病原体感染

进一步的分子机制研究表明,NAS-38蛋白由其血小板反应蛋白结构域负调控,并通过虾红素蛋白酶域发挥作用,以此激活表皮中p38丝裂原活化蛋白(MAP)/PMK-1激酶和转化生长因子β(TGF-β)-SMAD/SMA-3依赖的先天免疫通路,最终导致依赖于STAT/STA-2和SLC6/SNF-12信号通路的抗菌肽基因的表达。

NAS-38的作用分子机制

为了找出抗菌肽与睡眠信号之间的联系,研究团队对线虫的基因表达进行控制——他们停止了线虫体内抗菌肽的表达,并观察受伤线虫的睡眠情况。研究人员发现,当同时关闭了19个负责产生抗菌肽的不同基因,才能在受伤线虫中观察到显著的差异

该论文的通讯作者Henrik Bringmann教授说道:“我们已经看到,那些没有产生抗菌肽的线虫在受伤后睡眠更少。正常情况下,线虫能在受伤后存活下来,然而,那些不能产生抗菌肽的线虫却因为睡眠不足而难以存活。”

NAS-38通过促进抗菌肽分泌增加机体睡眠时间

除此之外,研究人员还发现,超过12种表皮抗菌肽可以作为睡眠因子,通过睡眠活跃的RIS神经元在组织间传递信号以促进睡眠。在成年个体中,表皮损伤会激活先天免疫、激活抗菌肽的产生来触发睡眠。

更有趣的是,这一过程需要表皮生长因子受体 (EGFR) 信号,而在此之前,EGFR信号已知会在细胞应激后促进睡眠。

损伤通过RIS和ALA神经元以及先天免疫应答、AMPs和EGFR信号诱导睡眠

简单来说,一旦抗菌肽从皮肤伤口释放出来,它就可以作为一种信使分子,激活大脑中的受体,这种激活就像一个开关,进一步促使睡眠神经元增加睡眠

人们早就知道抗菌肽在局部发挥作用,但这项研究清楚地表明,抗菌肽也可以作为远程信使分子,从伤口向神经系统发出睡眠需求的信号

本研究的模式图

总而言之,这项研究发现了一种新的机制—— 皮肤伤口处产生的抗菌肽可以作为一种远程信号分子向神经系统发出信号来增加保护性睡眠 。这一结果进一步强调了睡眠在创伤恢复中的重要作用,而抗菌肽的这种跨组织的促睡眠信号功能也可能促进其他动物的睡眠,包括人类。

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.10.076
本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
存活率,抗菌肽,神经元,大脑,伤口,疗伤,睡眠

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