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为何有人只睡4小时,还不会傻?因为他们脑子里没堆那么多垃圾

时间:2022-03-26 08:47:28 | 来源:环球科学

很多人都渴望每天只睡4~6个小时,但仍可以精力充沛,思维敏捷。对于很多人来说,这确实是一个幻想,但对于1%~3%的人这是他们真实的人生,他们偶尔也会抱怨醒的太早,但更多还是享受了家族性的DNA突变给他们的睡眠优势,例如,心态、做事积极,能更快完成学业,不容易患痴呆。

撰文 " clefable

审校 |李诗源

很少有人能一直同时是“夜猫子”和“早起鸟”,为了让身体获得足够的休息,绝大部分人都需要每天7~8个小时的睡眠。但还剩下1%~3%的人会处在两者的交集中,一天只需要睡4~6个小时,而且还不需要午睡。他们这种情况被称为家族性自然短睡眠(Familial Natural Short Sleep),这类人一年清醒的时间折算下来就比正常人多了30~60天,一生可以比常人多出大概5~10年的清醒时间——从某种意义上说,他们比一般人“长寿”得多。

改变睡眠的基因

2009年,加利福尼亚大学旧金山分校的神经生物学教授傅嫈惠(2018年当选美国科学院院士)接待了一位为自己的睡眠情况而烦恼的女士。她抱怨道:“我每天早上4点就会醒,实在是太早了。”教授原本以为她是极端的“早起鸟”,睡得也特别早,但没想到她通常午夜才睡觉。不仅她是如此,她的一些家庭成员也是这样的情况。傅教授意识到这种症状可能具有家族遗传性,便和同事着手对这位女士和她的家人进行了基因组测序,其中还包括一些睡眠时长正常的家庭成员。

通过比较,他们很快找到了这一家人基因组之间的差异。相比于睡眠需求正常的人,这位女士和她一些家人的DEC2基因上存在一个小的突变(突变位点为P384R),这可能是让她们少睡的关键。随后,傅教授等人在小鼠身上进行了实验,发现当小鼠的DEC2基因突变时,它们睡得更少,但无论是在体能任务还是认知任务上,表现都比正常的小鼠好。

随着更多有类似经历的人被纳入研究中,他们还发现了另外2个基因突变,分别出现在ADRB1和NPSR1基因中。基因ADRB1能表达一种存在于神经元上的受体,它的突变会导致人更容易被光照唤醒。而NPSR1会表达一种神经肽S受体,它在突变(蛋白质上的2个位点有突变,分别是Y206H和N107I,Y206H影响更大)后,能让人在很强的睡眠压力下,仍然保持清醒,导致睡眠时间更短,但能巩固记忆。在小鼠身上重复这些基因突变时,它们同样会睡得更少,而且健康没有受到不利的影响。后续,其他研究人员还发现另一个基因——GRM1——也会给人和小鼠带来类似的影响。

不会变傻的原因

对于我们这样的正常人来说,一天只睡4~6个小时已属于睡眠剥夺,如果长时间这样,我们的大脑和身体都会出现严重损伤,面容看上去毫无生气,衰老得更快,且患心血管疾病、各种炎症的风险都会增加。根据一些研究,目前我们已经了解到少睡和多睡对大脑都不好,可能会增加患上痴呆的几率,其中最常见的就是阿尔茨海默病(Alzheimer‘s disease,AD)。

睡眠剥夺会让小鼠的脑中更容易出现和AD相关的病理分子,而随着AD越来越严重,小鼠的睡眠模式也会逐渐混乱。这是一个恶性循环:睡眠差会让AD更严重,而严重的AD症状会导致睡眠更差。类似的情况也存在于AD患者中。

但是,对于高质量睡眠者而言,这个睡眠时长已经足够让他们恢复活力。他们不仅有更多的清醒时间,且在心态和行动上都更加积极,在工作、学习上的表现甚至比正常人更好。虽然睡得少,但一些研究发现,他们患痴呆的概率并不会增加。难道能减少他们睡眠的基因,还能帮他们抵抗那些负面影响吗?

在一项发表于iScience的研究中,傅教授和同事揭示了这些基因突变带来的变化,用事实证明,这些基因突变真的给了一些人优势,让他们的睡眠变得更有效率,生活更积极,且还不会痴呆。他们主要研究了和家族性自然短睡眠相关的2种基因突变:DEC2-P384R(基因表达的蛋白质上一个脯氨酸变成了一个精氨酸)和Npsr1-Y206H(一个酪氨酸变成了一个组氨酸)。

他们分别将有这2种基因突变的小鼠和容易患AD的小鼠进行了杂交,来检测这些基因突变能否缓解小鼠AD的病情发展。这里需要先介绍一下,导致阿尔茨海默病的是2种错误折叠的蛋白质:β-淀粉样蛋白和高磷酸化的tau蛋白。随着AD发展,这两种蛋白质会在神经元内部或周围堆积并形成斑块和缠结,进而引发炎症,破坏神经元,导致患者丧失正常的认知、记忆等能力。

对容易患AD的小鼠来说,它们3个月大时,AD的症状会初步显现,在6个月后,脑中会出现明显的β-淀粉样蛋白斑块,认知衰退也会更明显。如果易患AD的小鼠还携带着DEC2-P384R突变,那么在3个月大时,它们和没有携带这种突变且易患AD的小鼠没什么不同,但在6个月大时,它们的大脑皮层和海马体中的β-淀粉样蛋白斑块明显更少,也就是更不容易患AD和其他痴呆。

对于tau蛋白也是类似的情况。另外,对于携带Npsr1-Y206H且易患AD的小鼠,它们在6个月大时,大脑皮层和海马体中tau蛋白的高度磷酸化程度也明显低于没有携带这种突变且易患AD的小鼠。一般来说,高度磷酸化的tau蛋白(也称为T-tau)会丧失正常功能,引发AD,而在这些突变体小鼠中,这种情况被抑制了。

见招拆招

在有DEC2-P384R或Npsr1-Y206H但又易患AD的小鼠脑内,这些基因之间就好像在进行一场博弈。当这些小鼠3个月大时,相比于不携带突变但易患AD的小鼠,它们的大脑中其实已经有了大量的tau蛋白和磷酸化tau蛋白,且让这些蛋白质高度磷酸化的酶也会正常表达,但这些tau蛋白高度磷酸化的几率却很低。也就是说,这些蛋白质此时已经可以变“坏”,但实际上并没有发生变化。研究人员认为,是DEC2-P384R和Npsr1-Y206H在阻止它们变“坏”,具体机制则可能是抑制它们继续磷酸化。

PS19小鼠更容易患阿尔茨海默病,其脑内有很多高度磷酸化tau蛋白,而Npsr1-Y206H这个突变让小鼠脑中这些有毒的蛋白减少。图片来源于论文

还有一种解释是,脑部的胶质淋巴系统能加快清除有害斑块的速度。在睡眠时,大脑中的脑脊液能帮助清除这些有害的代谢产物,避免它们损伤大脑。研究人员发现,在3个月大时,携带DEC2-P384R的小鼠脑脊液排泄的废物中磷酸化tau蛋白的含量确实有增加,而到了6个月大时,含量已经显著增加了。增强排泄无疑降低了大脑中斑块堆积、损伤神经元的可能性。

另一方面,Npsr1-Y206H这个突变实际上会让其表达的NPSR1受体更活跃,理论上这会导致细胞外的tau蛋白更多,并引起神经突触损伤,让大脑中的瘢痕增多,但实际上这些过程并没有发生。这是因为,Npsr1-Y206H同时增加了大脑中一些细胞吞噬并降解tau蛋白的能力,减少了突触损伤和大脑瘢痕,让小鼠更不容易患上AD。

家族性睡眠特征

了解完这么好用又抗痴呆的基因,你可能已经开始羡慕拥有家族性自然短睡眠的人了。无疑,这类人群是幸运的,因为还有一些人有其他的家族性睡眠问题,但他们常常会有一些不太好甚至痛苦的经历。例如有家族性睡眠时相前移综合征(advanced sleep-wake phase syndrome)的人,在下午4点~5点就会犯困,需要睡觉,通常在凌晨1~2点就会醒来,这是一个十分孤独的时刻,清醒的他们只能自己独自做一些事情。这种症状更容易出现在中老年人当中。还有一些人有家族性自然长睡眠(Familial Natural Long Sleep),一天需要睡8个小时以上才能恢复精力。

此外,还有一类非常严重的遗传性疾病——致死性家族型失眠症(FFI),患者会失眠、产生幻觉、出现记忆障碍,身体机能也会出现异常。随着病情加重,他们的失眠症状会越来越严重。患者通常在患病后几个月到几年内就会去世。这是因为他们的大脑中常见的朊粒蛋白会出现异常,这些蛋白质是一种内源性的朊病毒,会导致更多朊粒蛋白错误折叠、堆积,从而引发这些严重的症状。

值得欣慰的是,目前首次针对FFI等人类朊病毒病的临床试验,取得了较为理想的结果。试验中的一些患者在接受针对朊粒蛋白的抗体后,病情出现了好转的迹象。而在此前,70%的患者在确诊后1年内就会死亡。在这种凶残的疾病面前,人类又迈出了一大步。

参考链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222002346(原论文)

https://en.wikipedia.org/wiki/Familial_sleep_traits

https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/lack-sleep-middle-age-may-increase-dementia-risk

https://www.bbc.com/future/article/20150706-the-woman-who-barely-sleeps

https://www.ucsf.edu/news/2019/08/415261/after-10-year-search-scientists-find-second-short-sleep-gene

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7587149/

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