為何我們必須睡覺？這個困擾科學(xué)家數(shù)百年的生物學(xué)謎題，近日迎來了關(guān)鍵突破。牛津大學(xué)研究團隊在

Nature

研究團隊首先通過系統(tǒng)分析靜息狀態(tài)與睡眠剝奪后果蠅的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鎖定了關(guān)鍵睡眠調(diào)控神經(jīng)元——背側(cè)扇形體神經(jīng)元（dFBNs）。結(jié)果顯示，在睡眠剝奪條件下，這類神經(jīng)元中出現(xiàn)顯著的基因表達(dá)變化，而且上調(diào)的基因幾乎都是編碼線粒體呼吸鏈以及ATP合成相關(guān)蛋白，提示dFBNs正處于劇烈的能量代謝應(yīng)激狀態(tài)。

隨著研究深入，dFBNs的線粒體動態(tài)變化逐漸清晰：睡眠剝奪會引發(fā)dFBNs內(nèi)線粒體碎片化加劇、自噬活動增強，并且產(chǎn)生更多過氧化脂質(zhì)。值得注意的是，這些形態(tài)學(xué)改變在睡眠恢復(fù)后可完全逆轉(zhuǎn)，印證了其與睡眠需求的關(guān)聯(lián)。

為進一步解析機制，研究團隊通過監(jiān)測ATP濃度變化，揭示了能量代謝與睡眠調(diào)控的精妙聯(lián)系：覺醒狀態(tài)下機體熱量攝入充足，但dFBNs神經(jīng)元電活動減弱，導(dǎo)致ATP儲備飽和。ATP合成需求的下降導(dǎo)致呼吸鏈中電子堆積并泄漏，產(chǎn)生有害的活性氧（ROS）。這種泄漏似乎是一種警告信號，提示大腦進入睡眠狀態(tài)，在損害進一步擴散之前恢復(fù)平衡，避免更大范圍的細(xì)胞損傷。

圖片來源：123RF

研究還聚焦線粒體動態(tài)平衡對睡眠的調(diào)控作用。實驗顯示：誘導(dǎo)dFBNs線粒體碎片化會導(dǎo)致睡眠時長減少、同時降低其ATP濃度；與之相反，誘導(dǎo)線粒體融合則顯著增加基礎(chǔ)睡眠與睡眠反彈時長，并提高覺醒閾值。這些結(jié)果強有力地表明，線粒體分裂-融合平衡的改變很可能是睡眠反饋調(diào)節(jié)機制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

綜合一系列證據(jù)，這項研究最終揭示：睡眠本質(zhì)上是大腦針對特定神經(jīng)元能量代謝危機啟動的主動修復(fù)過程。正如論文作者所強調(diào)的，對于“我們?yōu)槭裁葱枰摺钡碾y題，此前科學(xué)界尚未找到明確的生理誘因。這項新研究則表明，答案可能就在于有氧代謝過程。在調(diào)節(jié)睡眠的特定神經(jīng)元中，當(dāng)線粒體泄漏過量電子，這些細(xì)胞就像斷路器一樣，使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，以防止超負(fù)荷。

正如衰老可能是有氧代謝的必然代價，睡眠或許同樣根植于有氧代謝的內(nèi)在特性——它是生命在進化過程中發(fā)展出的，維持能量代謝穩(wěn)態(tài)與細(xì)胞健康的精密調(diào)控機制。

參考資料：

[1] Sarnataro, R., Velasco, C.D., Monaco, N. et al. Mitochondrial origins of the pressure to sleep. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09261-y

[2] Why do we need sleep? Oxford researchers find the answer may lie in mitochondria. Retrieved Sep 1, 2025, from https://www.ox.ac.uk/news/2025-07-18-why-do-we-need-sleep-oxford-researchers-find-answer-may-lie-mitochondria

歡迎轉(zhuǎn)發(fā)到朋友圈，謝絕轉(zhuǎn)載到其他平臺。如有開設(shè)白名單需求，請在“學(xué)術(shù)經(jīng)緯”公眾號主頁回復(fù)“轉(zhuǎn)載”獲取轉(zhuǎn)載須知。其他合作需求，請聯(lián)系wuxi_media@wuxiapptec.com。

免責(zé)聲明：本文僅作信息交流之目的，文中觀點不代表藥明康德立場，亦不代表藥明康德支持或反對文中觀點。本文也不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導(dǎo)，請前往正規(guī)醫(yī)院就診。