一干正事儿就犯困？可能是这个基因在给你治病

日本科学家找到了一个独立于生物钟之外的睡眠调控基因，它不仅会让果蝇犯困，还能产生抗菌肽，帮助抵抗感染。

图片来源：Pixabay

来源 the Atlantic

撰文 ED Yong

翻译 贾晓璇

编辑 戚译引

1909 年，日本科学家石森国臣（Kuniomi Ishimori）从缺乏睡眠的小狗身上抽取脊髓液，注射给睡眠充足、精力充沛的小狗，后者几小时内便陷入沉睡。巧合的是，几年后两位法国研究者进行了相同的实验，也得到了同样的结果。这些研究及其他相关研究表明，困倦动物的血液中含有某种能催眠的化学物质。石森称其为“深生物质”（hypogenic substances），其他研究者认为这是种“催眠剂”（somnogen）。

令人惊讶的是，这些致眠化学物质的来源十分不明确，科学家们目前也只找到了很少几种符合要求的物质。近日宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）的户田平福（音，Hirofumi Toda）发现了另一种致眠物质——Nemuri 基因，能在果蝇中能引发睡眠（论文链接）。更令人意外的是，该基因在感染过程中会变得异常活跃，并杀死入侵的微生物。这与体温调节十分相似，可能是一个自我调节系统的一部分，我们可以称其为“睡眠调节”（sleep-o-stat）。无论是因为缺乏睡眠还是身体虚弱，只要动物需要闭眼休息，“睡眠”基因就能让它们迅速入睡。

睡眠调节不同于让我们晚上犯困的生物钟。尽管科学家们对生物钟已经有了较为彻底的了解，但对睡眠调节，几近一无所知。户田项目的领导者阿米塔·西格尔（Amita Sehgal）说：“长时间不睡觉后，是什么让我们困意绵绵？我们迄今还没能找到答案。”

犯困的果蝇

户田从寻找那些激活之后会使果蝇更困倦的基因开始。为此，他研究了来自 8000 个不同品系的果蝇，每个品系都经过基因工程改造，通过添加不同的化学激发剂，能激活不同的基因。户田将这些果蝇分别放入有红外线监测的试管中。清醒的果蝇飞舞时会有规律地遮挡红外线；而一旦睡着，静止不动的果蝇不会对红外线产生扰动。整个实验群由计算机监控，记录果蝇的运动，标记睡眠变多的实验组。

前不久，这项耗时耗力的实验成功了。户田发现在 8000 个可能的基因中，只有一个能诱发睡眠，这就是 Nemuri 基因，该团队用日语中的睡眠一词为其命名 。这一基因从未被研究过，“我们找到它的时候，都不知道它是什么，”。西格尔说。

研究团队剥夺果蝇的睡眠，他们要么有规律地摇晃试管，要么给它们喂咖啡因。在这种情况下，Nemuri 基因就会变得更加活跃，但只发生在果蝇大脑的某一对神经元中。Nemuri 基因表达后，会产生 Nemuri 蛋白质，作用于大脑中一个扇形的区域，它是已知的睡眠控制中心。如果故意激活 Nemuri基因，果蝇睡眠时间会比对照组延长 20%-30%，同时也会睡得更深：摇晃试管时它们更不容易醒，被摇醒的少数也是昏昏沉沉、行动迟缓。

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催眠剂其实是抗菌肽？

威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin at Madison）的基娅拉·齐雷利（Chiara Cirelli）说：“这项工作很有意思。”之前齐雷利等人已经在果蝇中找到了与良好睡眠有关的基因，并且发现基因失活会导致睡眠减少。但相反的实验还是第一次做：激活基因，引发更多睡眠。

美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的苏珊·哈比森（Susan Harbison）说：“在此之前，我们已知的催眠剂很少，但这项研究告诉我们，这样的分子没准本来就这么少。”毕竟，户田测试了 8000 个基因，只找到了一个 Nemuri，那么这种物质可能本来就不多。

即便很少，也肯定还有其他催眠剂，因为 Nemuri 基因不能解释所有现象。加利福尼亚州立大学北岭分校（California State University at Northridge）的谢丽尔·范·布斯柯克（Cheryl van Buskirk）认为，如果该基因能让困倦的果蝇入睡，那么抑制它就会扰乱睡眠，然而事实并不是这样。户田用 CRISPR 基因编辑技术使其失去活性后，果蝇仍会睡觉，而且睡眠时间基本不变；但它们远比过去更容易醒，清醒时间也会更长。范·布斯柯克说：“由于果蝇睡眠和睡眠反弹都基本完好，因此 Nemuri  基因不太可能是睡眠调节系统的主要组成部分。”

西格尔认为 Nemuri 基因在日常睡眠方面作用也许并不大，但在承受压力、睡眠不足或生病的时候就非常重要了。事实上，她的团队表明，Nemuri 蛋白质是一种抗菌肽（AMP，antimicrobial peptide），顾名思义，这种小分子能杀死微生物。

Nemuri 基因的这种作用与对正常睡眠的作用相互交织。和人类一样，果蝇生病后也会睡得更多。研究小组发现，当他们激活 Nemuri 基因时，疾病引起的睡眠时间会变长；抑制这一基因则会导致相反的效果。西格尔表示：“睡眠调节和免疫系统间存在紧密的联系。”

一其他可能的催眠剂也对免疫系统有微小影响。范·布斯柯克认为这些物质具有双重作用，她补充道：“这些物质能直接打击病菌，在打击的同时还能促进睡眠，这种现象可能只是冰山一角。”

在困倦的果蝇身上花费这么多精力似乎有些奇怪，尤其是人体内并不存在与 Nemuri 等效的基因。但西格尔指出，人类确实能产生 100 多种抗菌肽，它们也许能发挥相似的作用。她还指出，以往有许多研究睡眠的人在果蝇身上做出了发现，后来被证明对人类也有重要作用。

二十五年前，西格尔还在迈克尔·杨（Michael Young）实验室工作的时候，曾协助找出了一种能控制果蝇日常生物钟的“无时间”基因（timeless）。人体内也不能找到明显与其相似的物质，西格尔说，当时一些研究者怀疑这一发现对人类毫无用处。但随着时间的推移，人体中类似的物质终被发现，并且它还与数种重要疾病有关。由于这项工作及其他杰出贡献，杨于 2017 年获得诺贝尔奖。西格尔说：“这样的路我们走过好几次了。”

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