Nature最新揭秘：人為何會“想睡覺”？

　　長時間的清醒會導致認知障礙，而睡眠能夠通過分子生物化學的改變來“刷新”大腦，這些變化影響著神經元的可塑性和大腦的功能。然而，多年來，“想睡覺”背后的分子基礎一直沒有被很好地理解。

　　目前關于睡眠-覺醒周期（sleep-wake cycle）的理論表明，覺醒編碼記憶，而睡眠則鞏固記憶并修復突觸內穩態。此外，科學家們猜測，與睡意有關的分子底物（molecular substrate）應該出現在大腦的所有區域，并在清醒時逐漸積累，在睡眠中逐漸消失。

圖片來源：Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-018-0218-8）

　　6月13日發表的這項題為“Quantitative phosphoproteomic analysis of the molecular substrates of sleep need”的成果顯示，蛋白質磷酸化可能是產生睡意的關鍵。

　　研究中，科學家們鑒定并量化了兩類小鼠中多種不同的大腦蛋白質的磷酸化水平。其中一類是睡眠剝奪的小鼠（sleep-deprived mice），另一類是睡眠時間和睡眠需求都增加的突變小鼠（Sleepy mutant mice）。免疫化學和質譜分析結果顯示，在兩類小鼠的整個大腦中，蛋白質磷酸化增加的模式是相似的，且表現出了劑量依賴性。

　　“蛋白質功能可以通過位點特異性磷酸化來啟動或關閉，也可以通過多位點的累積磷酸化來調節。因此，磷酸化模式可能能夠揭示睡眠需求背后的分子機制。” 論文的第一作者Zhiqiang Wang解釋道。

By comparing the brains of sleep-deprived mice and Sleepy mutant mice, the phosphorylation of 80 proteins, named SNIPPs (Sleep-Need-Index-Phosphoproteins), was found to be increased along with sleep need. Credit: University of Tsukuba

　　通過對磷酸化變化數量（quantity of change）的分析，研究人員確定了80種在小鼠困倦時過度磷酸化（hyper-phosphorylated）的蛋白質，并將這種蛋白命名為SNIPPs（Sleep-Need-Index-PhosphoProteins）。SNIPPs主要是突觸蛋白，其磷酸化狀態（phospho-state）會隨睡眠需求發生改變。

　　研究還發現，長時間的覺醒會導致過度磷酸化（hyper-phosphorylation），而睡眠則會促進大腦蛋白質組的總體去磷酸化。考慮到睡眠-覺醒周期會影響認知，作者們認為，這項研究將幫助理解對應最佳大腦功能的睡眠-覺醒模式。

　　“我們的發現表明，SNIPPs的磷酸化/去磷酸化周期（phosphorylation/dephosphorylation cycle）可能是大腦調節睡眠-覺醒穩態的主要方式。”論文的共同通訊作者Masashi Yanagisawa總結道。