睡眠對大腦突觸的影響，缺覺會擾亂突觸蛋白磷酸化周期

　　最近收到了一條來自讀者的吐槽：你們成天說熬夜不好，但是卻每天晚上十點半才推送，這是誠心不讓我們早睡……

　　對不起，我們誠懇道歉（但絕對不改）。不過我們的希望是，大家能看科研結果看困直接睡著（不是

　　睡好覺到底多重要？我眼前就有一個現成的例子。因為昨天上線了音頻課，亞慧老師半宿沒睡，今天早上來了，本來一個廣告寫得風生水起的好好的人兒，愣是一個字兒都憋不出來，就這么廢了。

　　那么今天《科學》雜志更新的兩篇與睡眠有關的論文就顯得非常應景了，兩項研究均來自瑞士蘇黎世大學和德國慕尼黑大學的合作。第一項研究告訴我們，大腦內與突觸有關的三分之二的mRNA和三分之一的蛋白質具有特定的節律，但有趣的是，前者主要受固有的生物鐘調控，而后者則幾乎全部被睡眠行為調控；第二項研究則進一步討論了生命活動的主要直接執行者蛋白質，蛋白質的磷酸化活動三成具有固定節律，但是一旦剝奪睡眠，那么98%的節律都會喪失。

　　啥意思呢？這么說吧，突觸可塑性基本上是一切高級神經活動的基礎，像是學習、記憶、行為輸出都離不開它。而突觸的動態變化離不開各種mRNA、蛋白質大分子的調控。缺覺→節律紊亂→……對吧？

圖源 | 參考資料[3]

　　其實我們“一宿不睡”系列寫過好多了，熟悉的讀者一看就知道，又是生物鐘。不過呢，今天要說的其實還真不全是生物鐘。

　　我們知道，機體整體到細胞個體都存在固定的晝夜節律，這是由基因調控的，也就是我們常說的生物鐘；但是呢，節律也不全由基因控制，其他因素也能夠影響到它。比如說，肝臟的節律會受進食影響，而提到大腦，那就是睡眠了。

　　是的，這里我們要把睡眠和生物鐘分開來看，畢竟按常理都是早上清醒晚上困，但如果你前一天像亞慧老師一樣熬大夜，那上午九點也能倒頭就睡著……

　　今天介紹的兩項研究亮點就在于，研究者們把生物鐘和睡眠壓力分開進行了討論，從而給了我們一些對大腦的新理解。

　　這兩項研究中，研究者關注的都是小鼠的前腦區域，這是大腦中最復雜、最重要的神經區域，包括海馬體、大腦皮層等與認知功能密切相關的腦區。通過生化方法分離突觸，結合多組學技術，這兩項研究可以說是首次全面地描述了小鼠大腦24小時內數千種mRNA和蛋白質的周期變化。

　　下面就來看看具體都有些什么有趣的結果吧~

　　第一項研究呢，首先把目光放在了mRNA上。按照每間隔4小時取樣分析，研究者共鑒定出了3104個與前腦突觸活動有關的mRNA，其中2085個（67%）具有明顯的節律。這個比例是目前研究的所有機體組織中最高的。

　　可以看到，mRNA轉錄在24小時內有兩個明顯的峰值，分別出現在黎明和黃昏，對，也就是小鼠睡覺和醒來的時候。

兩個明顯的峰值分別出現在黎明和黃昏

　　這些mRNA都管什么呢？與基因功能集對比，黃昏時段的mRNA主要與突觸組織、信號傳遞、記憶/學習等高級功能有關，黎明時段則主要與新陳代謝、脂質分解、細胞增殖和發育有關。

兩個時段的基因功能分析

　　接下來就要人為讓小鼠睡不好了。在全天內平均分布的6個時間節點上，研究者剝奪了小鼠4小時的睡眠。這樣設計的目的是讓不同組的小鼠都能夠保持一樣的“睡眠壓力”，同時也不會影響到第二天的“正常作息”。

　　在這種缺覺的條件下，小鼠大約有1/4的mRNA還能夠保持原有的節律，剩下的mRNA雖然發生了一定的變化，但是也有了相對來說穩定的新節律。

　　當然了，mRNA說到底主要還是個中間人的角色，更直接的生命活動執行者得看蛋白質。蛋白質的情況就很不妙了，研究者發現了3710個有節律的蛋白，結果一旦不讓小鼠好好睡覺，這些蛋白中的98%都會失去固定的節律。

　　可見，mRNA大概受生物鐘調控更多，而蛋白質就十分依賴睡眠了。

　　那么蛋白質們具體又是咋個回事？這就得看第二項研究的結果了。

　　這項研究中，研究者們把目光聚焦到了蛋白的磷酸化動態上。在此前曾有科學家發現，在整個兒機體的晝夜變化中，磷酸化的波動遠遠大于轉錄組和蛋白質組的波動。考慮到許多突觸的功能，比如說細胞膜受體擴散、細胞骨架重構、通道傳導都依賴于快速磷酸化，顯然蛋白質磷酸化的節律是很關鍵的。

　　果不其然，研究者們在實驗中總共追蹤了2000余個蛋白的近8000種磷酸肽，結果發現，超過1/4的突觸蛋白磷酸化位點都具有固定的節律，而且與蛋白豐度無關。這些磷酸化蛋白除了重要的突觸組分之外，還包括大量的激酶。不用多說，激酶幾乎是所有細胞過程的關鍵調節因子，可見其節律在生命活動中的重要地位。

磷酸化也具有顯著的節律特征

　　但是，經過與第一項研究相同設計的睡眠剝奪，小鼠的突觸蛋白磷酸化節律近乎完全喪失！只有41個蛋白（2.3%）還保持著固定的節律，其中31個是涉及細胞結構、骨架、支架等維持突觸完整性和功能的絕對關鍵，其余近98%完全丟失磷酸化節律的蛋白則涉及了突觸功能的方方面面。

磷酸化蛋白功能分析

　　倒也不嚇唬大家，其實這兩項研究并沒有直接關聯到小鼠的外在表現，所以我也不敢說少睡幾個小時就會變傻什么的；不過另一方面，睡眠與大腦突觸功能之間的關聯還真是夠緊密的，沒想到睡眠對相關節律的影響竟然能夠達到98%這么高的比例。

　　大家還是趕緊關了手機睡覺吧，畢竟雖然這篇論文沒說，但其他論文說了，熬夜確實影響容易影響認知、影響代謝、影響免疫……