一干正事兒就犯困？可能是這個基因在給你治病

日本科學家找到了一個獨立於生物鐘之外的睡眠調控基因，它不僅會讓果蠅犯困，還能產生抗菌肽，幫助抵抗感染。

圖片來源：Pixabay

來源 theAtlantic

撰文 ED Yong

翻譯 賈曉璇

編輯 戚譯引

1909 年，日本科學家石森國臣（Kuniomi Ishimori）從缺乏睡眠的小狗身上抽取脊髓液，注射給睡眠充足、精力充沛的小狗，後者幾小時內便陷入沉睡。巧合的是，幾年後兩位法國研究者進行了相同的實驗，也得到了同樣的結果。這些研究及其他相關研究表明，睏倦動物的血液中含有某種能催眠的化學物質。石森稱其為「深生物質」（hypogenic substances），其他研究者認為這是種「催眠劑」（somnogen）。

令人驚訝的是，這些致眠化學物質的來源十分不明確，科學家們目前也只找到了很少幾種符合要求的物質。近日賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）的戶田平福（音，Hirofumi Toda）發現了另一種致眠物質——Nemuri基因，能在果蠅中能引發睡眠（論文鏈接）。更令人意外的是，該基因在感染過程中會變得異常活躍，並殺死入侵的微生物。這與體溫調節十分相似，可能是一個自我調節系統的一部分，我們可以稱其為「睡眠調節」（sleep-o-stat）。無論是因為缺乏睡眠還是身體虛弱，只要動物需要閉眼休息，「睡眠」基因就能讓它們迅速入睡。

睡眠調節不同於讓我們晚上犯困的生物鐘。儘管科學家們對生物鐘已經有了較為徹底的了解，但對睡眠調節，幾近一無所知。戶田項目的領導者阿米塔·西格爾（Amita Sehgal）說：「長時間不睡覺後，是什麼讓我們困意綿綿？我們迄今還沒能找到答案。」

犯困的果蠅

戶田從尋找那些激活之後會使果蠅更睏倦的基因開始。為此，他研究了來自 8000 個不同品系的果蠅，每個品系都經過基因工程改造，通過添加不同的化學激發劑，能激活不同的基因。戶田將這些果蠅分別放入有紅外線監測的試管中。清醒的果蠅飛舞時會有規律地遮擋紅外線；而一旦睡著，靜止不動的果蠅不會對紅外線產生擾動。整個實驗群由計算機監控，記錄果蠅的運動，標記睡眠變多的實驗組。

前不久，這項耗時耗力的實驗成功了。戶田發現在 8000 個可能的基因中，只有一個能誘發睡眠，這就是Nemuri基因，該團隊用日語中的睡眠一詞為其命名 。這一基因從未被研究過，「我們找到它的時候，都不知道它是什麼，」。西格爾說。

研究團隊剝奪果蠅的睡眠，他們要麼有規律地搖晃試管，要麼給它們喂咖啡因。在這種情況下，Nemuri基因就會變得更加活躍，但只發生在果蠅大腦的某一對神經元中。Nemuri基因表達後，會產生 Nemuri 蛋白質，作用於大腦中一個扇形的區域，它是已知的睡眠控制中心。如果故意激活Nemuri基因，果蠅睡眠時間會比對照組延長 20%-30%，同時也會睡得更深：搖晃試管時它們更不容易醒，被搖醒的少數也是昏昏沉沉、行動遲緩。

圖片來源：Pixabay

催眠劑其實是抗菌肽？

威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin at Madison）的基婭拉·齊雷利（Chiara Cirelli）說：「這項工作很有意思。」之前齊雷利等人已經在果蠅中找到了與良好睡眠有關的基因，並且發現基因失活會導致睡眠減少。但相反的實驗還是第一次做：激活基因，引發更多睡眠。

美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）的蘇珊·哈比森（Susan Harbison）說：「在此之前，我們已知的催眠劑很少，但這項研究告訴我們，這樣的分子沒準本來就這麼少。」畢竟，戶田測試了 8000 個基因，只找到了一個Nemuri，那麼這種物質可能本來就不多。

即便很少，也肯定還有其他催眠劑，因為Nemuri基因不能解釋所有現象。加利福尼亞州立大學北嶺分校（California State University at Northridge）的謝麗爾·范·布斯柯克（Cheryl van Buskirk）認為，如果該基因能讓睏倦的果蠅入睡，那麼抑制它就會擾亂睡眠，然而事實並不是這樣。戶田用 CRISPR 基因編輯技術使其失去活性後，果蠅仍會睡覺，而且睡眠時間基本不變；但它們遠比過去更容易醒，清醒時間也會更長。范·布斯柯克說：「由於果蠅睡眠和睡眠反彈都基本完好，因此Nemuri基因不太可能是睡眠調節系統的主要組成部分。」

西格爾認為Nemuri基因在日常睡眠方面作用也許並不大，但在承受壓力、睡眠不足或生病的時候就非常重要了。事實上，她的團隊表明，Nemuri蛋白質是一種抗菌肽（AMP，antimicrobial peptide），顧名思義，這種小分子能殺死微生物。

Nemuri基因的這種作用與對正常睡眠的作用相互交織。和人類一樣，果蠅生病後也會睡得更多。研究小組發現，當他們激活Nemuri基因時，疾病引起的睡眠時間會變長；抑制這一基因則會導致相反的效果。西格爾表示：「睡眠調節和免疫系統間存在緊密的聯繫。」

一其他可能的催眠劑也對免疫系統有微小影響。范·布斯柯克認為這些物質具有雙重作用，她補充道：「這些物質能直接打擊病菌，在打擊的同時還能促進睡眠，這種現象可能只是冰山一角。」

在睏倦的果蠅身上花費這麼多精力似乎有些奇怪，尤其是人體內並不存在與Nemuri等效的基因。但西格爾指出，人類確實能產生 100 多種抗菌肽，它們也許能發揮相似的作用。她還指出，以往有許多研究睡眠的人在果蠅身上做出了發現，後來被證明對人類也有重要作用。

二十五年前，西格爾還在邁克爾·楊（Michael Young）實驗室工作的時候，曾協助找出了一種能控制果蠅日常生物鐘的「無時間」基因（timeless）。人體內也不能找到明顯與其相似的物質，西格爾說，當時一些研究者懷疑這一發現對人類毫無用處。但隨著時間的推移，人體中類似的物質終被發現，並且它還與數種重要疾病有關。由於這項工作及其他傑出貢獻，楊於 2017 年獲得諾貝爾獎。西格爾說：「這樣的路我們走過好幾次了。」

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