Brain-Gut相互作用可以解释睡眠的奥秘

睡眠是最重要的人类活动之一——至关重要,事实上,如果我们没有得到足够的睡眠,即使是一天晚上,我们可能很难认为,反应,否则让它通过。然而,尽管它的重要功能和生存,科学家们还不完全了解睡眠是如何工作的。

输入Dragana Rogulja,一个神经生物学家寻求解决的基本生物学睡眠。

自称为后来者科学Rogulja发现自己问题吸引她认为“广泛的有趣和容易理解人类的基本水平。”

其中一个问题是当我们睡眠。

Rogulja,布拉瓦尼克的神经生物学研究所副教授,哈佛医学院睡眠的一个有趣的方面是意识和意识带来的损失,外面的世界消失和内心世界接管。

在一次谈话哈佛大学医学新闻,Rogulja钻研她的睡眠研究的细节,它使用果蝇和老鼠来探索为什么我们需要睡眠,我们如何在睡眠期间与世隔绝。

哈佛大学医学新闻:你学习的环境中睡眠?

Rogulja:主要有两个问题,我的实验室一直在过去几年。第一个是为什么睡眠是生存所必需的。为什么如果你不睡觉,你会真的死后不久吗?另一个问题是你的大脑如何断开从环境中当你入睡。如何刺激无法达到你的大脑在睡眠?提升感官刺激的阈值是必不可少的睡眠,我们想了解这个障碍是建立在大脑。睡眠是一个统一的国家,但似乎有多个组件,通过单独的监管机制。我们想要理解这些机制。

HMNews:你如何看待你的研究有什么变化睡眠?

Rogulja:在很长一段时间里,科学家们一直遵循的原则,睡眠是大脑,由大脑,大脑。因此,研究主要集中在大脑的睡眠是必要的为了生存寻找原因。然而,我们现在意识到,虽然睡眠可能对大脑,它不是只是的大脑。睡眠是一个超级老的行为,我们认为最早起源于动物。这些动物没有大脑;他们只有一个非常简单的神经系统。

然后,随着动物变得更加复杂,这些大脑相关睡眠进化的目的。然而,研究人员观察睡眠剥夺动物的大脑试图找到一个原因为什么他们死了,他们还没有找到任何东西。另一方面,人类临床数据表明,睡眠不足会导致各种各样的疾病。对我们来说,这确实表明睡眠不仅仅是关于大脑。

我们的研究告诉我们,我们需要停止思考大脑与身体分开时睡觉。我仍然感到震惊的程度神经科学家倾向于认为大脑有身体优势和层次结构的顶部。为了解决神经科学中最神秘的,我们需要更多的综合方法,这就是我的实验室正在对睡眠。我们发现,我们真的需要考虑整个身体了解睡眠。它是有意义的。当你睡觉时,你的肌肉放松,你的血液循环的变化。当然,这是关于整个身体。

HMNews:你使用什么工具来研究睡眠?

Rogulja:从历史上看,很多睡眠对人类的研究,但这些实验往往是有限的,描述性的,因为你不能在人类身上做实验。然而,在过去的两年半,科学家们意识到,果蝇睡眠;最近,我们发现的基因调节睡眠在老鼠苍蝇是守恒的。当我开始我的实验室里,我们只使用果蝇作为模式系统研究睡眠,但我们已经能够建立小鼠模型。果蝇允许我们测试很多假设迅速做大,公正的遗传屏幕,然后我们可以测试我们发现在老鼠,苍蝇,哺乳动物,更类似于人类。

HMNews:在你的2020年细胞纸,你解决的问题为什么睡眠是必要的为了生存。答案是什么?

Rogulja:我们发现果蝇少睡了短寿命:我们看到了相关的更多的睡眠苍蝇丢失,他们死得越快。有趣的是,睡眠剥夺的模式没有问题。真正重要的是失去的睡眠时间。似乎有一个拐点,睡眠不足和死亡联系在一起,这告诉我们,可能有特定的体内发生而不是一般的磨损。

进一步研究这个问题,我们染色不同器官在果蝇细胞损伤的标志。我们发现在肠道,增加氧化分子,和氧化峰与果蝇的拐点开始死亡。我们在睡眠不足的老鼠证实这一发现。但当我们给果蝇抗氧化剂或打开antioxidant-producing基因在肠道,我们发现果蝇能够生存在很少或没有睡眠,这表明睡眠的肠道是一个非常重要的目标。

HMNews:有任何可能的应用对人类吗?

Rogulja:我们的研究表明,如果我们能阻止肠道内的氧化,我们也许能够抵消失去睡眠的影响。这很重要,因为很多疾病都与肠道功能障碍,和许多疾病,当你没有足够的睡眠可能会出现肠道损伤的结果。我们现在开始考虑如何诊断肠道氧化由于人类缺乏睡眠。我们想要设计“可食用”——药片或平板电脑你可以吞下你的肠道的氧化状态的报告,例如,改变你的粪便颜色。

我们也寻找生物标志物:分子已经在体内循环表明缺乏睡眠和肠道氧化。我有医生在我的实验室分析睡眠不足的老鼠去寻找这样的生物标志物。我们已经有一些有前途的标记分子氧化与抗氧化治疗似乎减少。最后,它可能会设计补充,可以口服扭转肠道氧化由于缺乏睡眠。

HMNews:你刚刚发表了一新纸细胞,探索在睡眠期间大脑如何断开与环境。告诉我们更多。

Rogulja:直到现在,我们几乎什么也不知道。还不清楚如果有一个地方在大脑中所有的感官信息都是减毒在睡眠期间,或如果有多个这样的地方。例如,触摸和温度在睡眠中相同的方法处理?虹膜铁托,我实验室的一位博士后研究员,建造一个系统,可以实现轻微、中等或高水平的振动果蝇。通常情况下,当您使用低强度振动,很少有苍蝇醒来,当你使用高强度振动,几乎所有的苍蝇的反应。然后,我们做了一个大规模的屏幕识别基因控制容易飞逝醒了——基因使苍蝇超级容易醒来,和基因,让苍蝇通过地震本质上睡觉。

HMNews:的遗传屏幕显示什么?

Rogulja:屏幕上的结果是非常有趣的。我们发现了一个基因编码一个分子称为CCHa1。当我们耗尽CCHa1苍蝇,他们很容易醒来,所以20%的醒来在一个特定的振动水平,90%的醒来。

然而,尽管CCHa1存在于神经系统和内脏,只有当我们耗尽它在肠道,苍蝇更容易被唤醒。细胞在肠道产生CCHa1称为enteroendocrine细胞,他们实际上有许多特点和神经元和神经元甚至可以连接和沟通。这些细胞的脸里面的内脏,他们“品味”肠道的内容。

我们发现,饮食中蛋白质浓度越高,越CCHa1这些肠道细胞。这个分子然后从肠道传播到大脑,在一小群多巴胺神经元的信号,也对振动接收信息。这些神经元产生多巴胺,通常促进觉醒,但在这种情况下抑制冲动。振动削弱多巴胺神经元的活动,导致苍蝇更容易醒来。CCHa1肠道基本上缓冲区的多巴胺神经元产生的振动,使果蝇忽略环境更大程度和睡得更深。

我们还发现CCHa1通路,而浇注mechanosensory的关键信息,对苍蝇的难易程度没有影响加热后醒来,表明不同的感官可以独立封闭的振动和温度等。最后,我们表明,高蛋白质饮食也提高了小鼠的睡眠质量,使其更耐机械扰动。我们现在测试类似的信号通路是否参与了老鼠。

HMNews:这些结果告诉你什么?

Rogulja:从其他研究,我们知道动物饥饿时,它们会抑制睡眠为了觅食。相比之下,当他们满足,特别是当他们满足与蛋白质,他们更倾向于睡眠。现在,我们已经表明,当饮食中有更多的蛋白质,动物也睡得更深,变得不那么敏感。这表明,如果动物不需要寻找食物,他们可以从环境和断开隐藏个地方睡觉,这可能会更安全。更广泛地说,我们的研究表明饮食选择影响睡眠质量。现在我们可以探索这个连接在人类理解如何控制饮食来改善睡眠。

HMNews:有什么关于睡眠,你认为人们经常误解吗?

Rogulja:一件事,我认为人们应该意识到的是,我们的感觉和我们的身体发生了什么不需要是相同的。在我们的研究中,我们发现可以单独困倦的感觉从需要睡觉——有些睡眠不足的动物不一定想睡,我们可以告诉因为他们没有额外的睡眠睡眠剥夺后停止,但这些动物死于缺乏睡眠。

这意味着,即使我们可以欺骗自己不感觉困,睡眠不足还有负面影响我们的身体——例如,如果你把一种物质,可以让你保持清醒,相同数量的氧化是将发生在你的肠道。人们可能会说他们好的只有几个小时的睡眠一晚,但他们只是意味着他们可以度过这一天。他们的身体仍然要登记缺乏睡眠。我们真的不知道发生了什么在我们的身体由于睡眠不足,我们可能比我们认为我们需要更多的睡眠。

引用:

1。瓦卡罗,金龟子YK Nambara K, et al .睡眠不足会导致死亡通过活性氧的积累在肠道。细胞。2020,181 (6):1307 - 1328. - e15。doi:10.1016 / j.cell.2020.04.049

2。铁托,Juginović,瓦卡罗,等。从睡眠gut-secreted肽抑制唤起能力。细胞。2023,186 (7):1382 - 1397. - e21。doi:10.1016 / j.cell.2023.02.022

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