為什麼缺乏睡眠會導致死亡？
睡眠，一直是一個重要研究課題。幾乎所有已知的動物都需要睡眠，或表現出某種形式的睡眠行為。對於生命來說，它是如此基礎，卻又如此神秘。至今仍有許多與睡眠有關的現象尚未被完全理解。
想必很多人都有過睡眠不足的經歷，缺乏睡眠的一些初級癥狀有疲勞、困頓，難以集中注意力，甚至還可能出現易怒、獃滯等等。還有一部分經歷了長期睡眠剝奪的人，甚至會遭遇包括迷失方向、偏執和幻覺等問題。據不完全統計，長期的睡眠不足與心臟病、II型糖尿病、癌症、肥胖、抑鬱症等許多疾病有關。
雖然有關睡眠不足會造成惡劣影響的報道屢見不鮮，但很多人仍只是把這些報道當成是與己無關的趣聞軼事。其實早在1989年，芝加哥大學的研究人員就通過對小鼠進行睡眠研究，發現長期的睡眠剝奪可以是致命的，它能不可避免地造成死亡。
這一研究結果在後續三十年來的研究中不斷被引用。然而一直以來，一個核心問題仍然沒有解決：為什麼缺乏睡眠會導致動物死亡？
最近，哈佛醫學院的神經科學家似乎找到了問題的答案。通過對果蠅和小鼠進行實驗，他們發現了睡眠不足與早逝之間的一種意想不到的因果聯繫。研究結果被刊登在了6月初的《細胞》雜誌上。
一直以來，科學家在進行與睡眠短缺相關的研究時，都將重點集中在了大腦上，因為大腦是睡眠的源頭。但在這次新的研究中，研究人員卻有了意外的發現。
果蠅是一種擁有許多與人類相同的睡眠調節基因的物種。因此，為了尋找睡眠不足會對全身造成的損害，研究人員對果蠅進行了一系列實驗。在實驗中，他們採用紅外線光束持續跟蹤被安置在單個試管中的果蠅的運動，以監控果蠅的睡眠。他們發現果蠅可以通過身體震動入睡。
接著，他們轉向採用了更複雜的研究方法，通過基因操控來控制果蠅在一些特定的神經元中表達一種熱敏蛋白，已知這些神經元的活動能抑制睡眠。當果蠅被放置在29攝氏度的環境中時，這種蛋白質能誘導神經元持續活躍，從而阻止果蠅入睡。
從實驗來看，研究人員發現睡眠不足的果蠅每次都以同樣的速度死亡：在進行了10天由溫度導致的睡眠剝奪之後，果蠅的死亡率急劇上升，並在第20天左右的時候全部死亡。在同樣的環境條件下，對照組中睡眠正常的果蠅可以大約活40天。
死亡率在第10天左右的陡然增加吸引了研究人員的注意力，於是他們著手檢查在第10天，以及幾天之前的細胞損傷和細胞死亡的標記物。結果發現，睡眠不足的果蠅和睡眠正常的果蠅的大部分組織——包括大腦在內，並沒有出現明顯的區別；然而只有一個特別明顯的例外，那就是腸道。
研究人員意外地發現，在睡眠不足的果蠅的腸道中，有大量的活性氧（ROS）聚集。活性氧是一種非常活潑的含氧分子，大量的活性氧能破壞細胞內的DNA和其他成分，導致細胞死亡。在果蠅的睡眠被剝奪第10天左右，它們腸道內的活性氧累積到高峰；當停止睡眠剝奪後，活性氧水平下降。
研究人員還使用其它物種進行了一系列實驗，他們通過溫和、連續的刺激讓小鼠連續5天保持清醒。他們監測到，與對照組的小鼠相比，睡眠不足的小鼠的大腸和小腸內的活性氧水平明顯更高，但其他器官中沒有出現這樣的情況。這一發現與在果蠅身上的觀察結果一致。它證實了當動物經歷持續性的睡眠缺失後，腸道內就會堆積活性氧；並確認了腸道的確就是這種致命的活性氧的主要來源。
這一結果令研究人員非常驚訝，它表明腸道在由睡眠缺乏而導致的早死方面，起到了關鍵作用。
為了查明腸道內的活性氧在睡眠剝奪與早死之間是否存在因果關係，研究人員著手調查如果阻止活性氧的積累，是否可以延長生存時間。
他們測試了幾十種具有中和活性氧的抗氧化化合物，找到了11種能作為食物補充劑讓睡眠不足的果蠅擁有正常或接近正常的壽命的化合物，這包括褪黑素、硫辛酸和NAD，這幾種化合物對清除腸道中的活性氧特別有效。有趣的是，當沒有被剝奪睡眠的果蠅攝入這些食物補充劑，它們的壽命並不會得到延長。
隨後，通過基因操縱果蠅使其腸道內產生過量的抗氧化酶，研究人員進一步地證實了去除活性氧對防止早死的作用。這些經過了基因操縱的果蠅可以在睡眠不足的情況下，仍然活到正常或接近正常的壽命。這樣的結果表明，在某些情況下，動物就算不睡覺也能夠生存，只要能夠設法阻止腸道內的活性氧水平上升。
睡眠不足與腸道內活性氧的積累有關。| 圖片來源：Vaccaro et al. / Cell
這些發現為理解缺覺會造成怎樣的後果開闢了新的研究途徑。或許在將來的某一天，它還能為消除因睡眠不足而對人體造成的有害傷害提供新的思路。
儘管取得了令人意想不到的可喜結果，但研究人員也謹慎表示，還有許多問題尚未得到解答。比如我們仍不知道為何睡眠不足會導致活性氧在腸道內累積，以及為什麼這是致命的。睡眠不足會直接影響腸道？還是先影響了大腦，再間接影響了腸道？死亡是由腸道損傷造成的，還是因為高水平的活性氧會具有某種系統性的影響？這些問題都有待科學家在未來的研究中做出解答。
另外，正如眾所周知的那樣，睡眠不足會干擾身體的飢餓信號通路，因此研究小組還測量了果蠅的食物攝入量，以分析進食和死亡之間是否存在潛在的聯繫。他們發現，與睡眠正常的果蠅相比，一些被剝奪了睡眠的果蠅一天之內吃得更多。不過限制食物的獲取並沒有表現出會對生存產生影響，這表明食物攝入應該不是導致活性氧堆積的因素。
雖然我們還不知道究竟是什麼樣的生物過程導致了活性氧在腸道內累積，也不知道活性氧堆積後會導致的後續生理干擾為何。但可喜的是，我們已經知道了在慢性睡眠剝奪中的關鍵問題所在，也知道長期的睡眠不足會造成怎樣的後果。那麼現在問題來了：在研究人員正找到答案之前，你還打算繼續熬夜嗎？
參考來源：
https://news.harvard.edu/gazette/story/2020/06/study-reveals-guts-role-in-causing-death-by-sleep-deprivation/
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.049
封面圖來源：OpenClipart-Vectors / Pixabay
