研究人员揭示氧化应激导致睡眠的分子机制

在一项新的研究中,来自英国牛津大学的研究人员发现了报道了氧化应激如何导致睡眠。氧化应激被认为是我们衰老的原因之一,也是退化性疾病的原因之一。这一发现让我们更进一步了解睡眠仍然神秘的功能,并为治疗睡眠障碍提供了新的希望。这也可能解释了为何长期睡眠不足会缩短生命。相关研究结果发表在2019年4月11日的Nature期刊上,论文标题为“A potassium channel β-subunit couples mitochondrial electron transport to sleep”。

图片来自Muhammad Mahdi Karim / Wikipedia。

论文通讯作者、牛津大学神经回路与行为中心主任Gero Miesenböck教授说,“氧气罐带有爆炸危险标签并非偶然:不受控制的燃烧是危险的。包括人类在内的动物在使用它们呼吸的氧气将食物转化为能量时面临着类似的风险:不完全的燃烧导致细胞中的‘氧化应激’。这被认为是导致衰老的原因,也是导致困扰着我们晚年的退行性疾病的罪魁祸首。我们的新研究表明氧化应激也会激活控制我们是否进入睡眠状态的神经元。”

Miesenböck及其团队研究了对果蝇睡眠的调节。每只果蝇都有一套特殊的睡眠控制神经元,即也其他动物身上发现并且被认为存在于人体中的脑细胞。在之前的一项研究(Nature, 2016, doi:10.1038/nature19055)中,Miesenböck团队已发现这些睡眠控制神经元的作用就就像一个开关:如果这些神经元具有电活性,那么果蝇就会睡着;如果这些神经元没有电活性,那么果蝇就会醒着。

论文共同第一作者、Miesenböck实验室前研究生Seoho Song博士说,“我们决定寻找能够激活这些睡眠控制神经元的信号。我们从我们早期的研究中得知,睡眠和清醒之间的一个主要区别在于有多少电流流过两种称为Shaker和Sandman的离子通道。在睡眠期间,大部分电流流过Shaker。”

离子通道产生并控制着脑细胞之间进行通信的电脉冲。Song博士说,“这就将一个棘手的大问题‘我们为什么要睡觉?’转变为一个具体的可解决的问题‘是什么原因导致电流流过Shaker?’。” Miesenböck团队在Shaker离子通道的一个组分中找到了答案。

论文共同第一作者、Miesenböck团队博士后研究员Anissa Kempf博士解释道,“悬挂在Shaker导电部分下面的是另一个部分,就像热气球下的缆车一样。缆车中的乘客,即小分子NADPH,在两种化学状态之间来回翻转---这调节着Shaker中的电流流动。NADPH的状态接着反映了细胞经历的氧化应激程度。失眠会导致氧化应激,而这会促进化学转化。”

在对这种机制的一次引人注目的演示中,让NADPH化学状态发生翻转的一道闪光让果蝇入睡。

根据Miesenböck教授的说法,以同样方式改变结合到Shaker上的NADPH的化学状态可能是一种强效的新型安眠药。

他说,“睡眠障碍很常见,安眠药是最常用的处方药之一。但是现有的药物会导致混乱、健忘和成瘾等副作用。靶向我们发现的这种机制可能避免其中的一些副作用。”

参考资料:Anissa Kempf et al. A potassium channel β-subunit couples mitochondrial electron transport to sleep. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1034-5.

原标题:Nature:重大进展!揭示氧化应激导致睡眠的分子机制

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