打工人注意了，睡眠不足真的會早死
有人說，打工人的生活里沒有容易二字，比如難入睡、失眠......數(shù)據(jù)顯示，45.4%的人在過去一年中都有過不同程度的失眠。
經(jīng)歷過的人都知道，失眠是如此地煎熬，越努力想睡覺，卻越是睡不著......
睡眠不足最開始會表現(xiàn)為疲勞、乏力、易怒、難以集中注意力，長期睡眠缺失的話，還會導致肥胖、心臟病、高血壓和糖尿病，甚至縮短人的壽命。
嚴重睡眠不足真的會“死”
一項刊登在國際雜志Cell上題為《Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut》的研究報告中來自哈佛大學神經(jīng)生物系的 Alexandra Vaccaro 博士和 Dragana Rogulja所得到的結論是：嚴重睡眠不足可以導致死亡[1]。
研究發(fā)現(xiàn)被剝奪睡眠的蒼蠅和老鼠的死亡是由氧化應激引起的，腸道在這一過程中處于中心地位。進一步研究還發(fā)現(xiàn)：如果阻止活性氧（ROS）的積累，沒有睡眠的生存是可能的。（圖1所示）
圖1：睡眠不足可導致蒼蠅和老鼠腸道內(nèi)活性氧（ROS）聚積，引起器官的氧化應激反應；如果通過抗氧化劑阻止活性氧聚積，即使沒有睡眠，蒼蠅亦可正常存活。
Alexandra Vaccaro 博士的實驗室團隊采用蒼蠅和老鼠作為實驗對象，因為蒼蠅和哺乳動物有著共同的睡眠核心屬性，而且睡眠是蒼蠅存活的必要條件。為了研究長期睡眠不足帶來的影響，Alexandra Vaccaro 博士團隊采用基因編輯的手段來持續(xù)限制動物的睡眠時間，同時不消除它們對睡眠的生理需求。結果發(fā)現(xiàn)用基因編輯限制動物睡眠后，腸道內(nèi) ROS 大量積聚。
Gal4s是靶向神經(jīng)元的基因轉(zhuǎn)錄激活因子，激活它們以后會導致嚴重的睡眠缺失。Alexandra Vaccaro 博士團隊通過 Gal4 基因表達激活技術，成功地使控制睡眠的神經(jīng)元表達出受溫度激活的通道蛋白 TrpA1。21℃時，TrpA1 處于關閉狀態(tài)，該溫度適用于監(jiān)測基線睡眠；將溫度提高到 29℃后，TrpA1 打開，神經(jīng)元受到刺激，導致動物睡眠減少。當 TrpA1 在 11H05 - Gal4 或 60D04-Gal4 標記的神經(jīng)元中表達時（11H05>TrpA1，60D04>TrpA1），蒼蠅失去了90%的睡眠。（圖2A-D）。
圖2：睡眠不足會縮短壽命。
A、11H05-Gal4在神經(jīng)系統(tǒng)中的表達，上圖：大腦。下：腹神經(jīng)索。Brp是一種突觸前蛋白，標記神經(jīng)纖維。
B、第1天，21C：對照、實驗二組（11H05-Gal4，UAS-TrpA1）和表達TrpA1的果蠅的睡眠量相同（11H05>TrpA1）。雄蠅白天和晚上睡覺。當溫度上升到29攝氏度時，第2天（橙色），11H05>TrpA1蒼蠅幾乎無法入睡。右圖：對照組和實驗蒼蠅組每天睡眠。
C和D、與A和B相同，但對于60D04-Gal4更明顯。
E、剝奪睡眠（綠色、藍色）和非剝奪睡眠果蠅在29℃下的存活率。左圖：種群。右圖：個體生存。
F、個體睡眠與壽命的相關性。
G、左圖：蒼蠅在被剝奪10天后可以睡覺的存活率。中右圖：恢復期間睡覺。
H、蒼蠅被剝奪睡眠10天（SD1），并允許睡眠5、10或15天，然后再次被剝奪睡眠（SD2）。第0天，SD2發(fā)病。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在任何情況下，睡眠不足的動物都比對照組中未被剝奪睡眠的動物更早死亡。在被剝奪睡眠的第十天，動物的死亡率最高。當對這些動物進行檢查，研究人員發(fā)現(xiàn)動物的大部分組織似乎沒有受到影響，但是，睡眠不足的動物腸道內(nèi)的 ROS 水平出現(xiàn)顯著上升。
為了檢測 ROS 在腸道和其他器官里的水平， 研究人員采用了二氫乙啶來探測， 二氫乙啶在受到氧化時會釋放出紅色熒光，未被氧化時會釋放藍色熒光。而同時，另一種會被過氧化氫激活的探測方式也證明了 ROS 在腸道內(nèi)的增加。
此后，研究人員測試了這一的結論在哺乳動物模型中是否普遍適用。他們利用溫和且持續(xù)的機械刺激，使 C57BL / 6J 小鼠被剝奪睡眠長達 5 天。在每個重復的實驗中，5 只小鼠被安置一個專門的設備中，里面有一根緩慢旋轉(zhuǎn)的欄桿，從而防止小鼠睡著。作為對照，另外 5 只小鼠被安置在一個相同的設備內(nèi)，但取消了旋轉(zhuǎn)的欄桿。
研究人員同時檢查了缺乏睡眠和不缺乏睡眠的小鼠的內(nèi)臟， 將它們切片，然后通過 DHE（二氫乙啶）去尋找 ROS 的跡象。與不缺乏睡眠的的小鼠相比，缺乏睡眠小鼠的小腸和大腸里 ROS 含量都有所上升，尤其是小腸，在剝奪睡眠兩天后 ROS 含量就出現(xiàn)升高；而大腸（結腸）內(nèi) ROS 含量的升高則沒有那么明顯，因為大腸內(nèi)的基礎 ROS 水平更高。此外，即使是在剝奪睡眠五天之后，在小鼠的其它器官里也沒有發(fā)現(xiàn) ROS 水平的改變。（圖3所示）
圖3：睡眠剝奪時ROS在小鼠腸道中積累
A、睡眠剝奪（SD）和非剝奪（非SD）C57BL/6J小鼠的快速眼動（REM）睡眠、非快速眼動睡眠和覺醒，EEG/EMG報告。
B、睡眠不足2天后，小腸和大腸中的ROS水平較高。
C、睡眠剝奪和非剝奪小鼠組織中ROS水平的定量研究。
D、只有在睡眠剝奪5天后，小腸和大腸的氧化應激標志物才會升高。
以上兩組實驗的結果揭示了睡眠剝奪、ROS 積聚和動物死亡之間的關聯(lián)性。為了確定它們的因果關系，Alexandra Vaccaro 博士團隊又測試了是否可以在不增加睡眠的前提下，通過清除 ROS 來延長動物的壽命。
通過食物補給，研究人員測試了53種已知的具有抗氧化能力的物質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)其中有 11 種可以讓睡眠不足的動物保持正?；蚪咏５纳嬷芷凇＿@些抗氧化劑中，有些通過貢獻電子直接中和 ROS（例如硫辛酸、槲皮素和四甲基哌啶氧化物），有些則通過促進內(nèi)源性抗氧化酶的表達來降低 ROS 水平（例如乙醯半胱氨酸和苯丁酸鈉）。在使用抗氧化劑期間，動物依然處于睡眠不足的狀態(tài)，換句話說，這些抗氧化劑并不是通過延長動物睡眠時間來發(fā)揮作用的。（圖4所示）
圖4：清除ROS可防止熱性睡眠剝奪果蠅的死亡。
A、個體生存。睡眠不足的果蠅（11H05>TrpA1，60D04>TrpA1）比對照（11H05-Gal4，60D04-Gal4，UAS-TrpA1）早死亡。溶劑（乙醇，二甲基亞砜）不影響存活。補充抗氧化劑（褪黑激素-維生素C）可以延長睡眠不足果蠅的存活時間。
B、三種救援化合物的存活曲線示例。
C、活性氧被拯救生存的化合物從腸道清除。第10天，代表性圖片。
D、拯救性抗氧化劑并不能促進睡眠。
擁抱健康，從ROS的動態(tài)平衡開始
ROS是吞噬細胞發(fā)揮吞噬和殺傷作用的主要介質(zhì)；但是在病理條件下，由于活性氧的產(chǎn)生超過了機體的清除能力，這時就會啟動機體的氧化應激反應，造成氧化損傷。簡而言之就是這些蓄積的ROS造成DNA損傷，加速細胞（包括干細胞在內(nèi)）的衰老、損傷、凋亡、突變甚至是癌癥的發(fā)生，并形成惡性循環(huán)[2-5]。
圖5：氧化應激誘發(fā)干細胞衰老的信號通路。
圖6：衰老的干細胞再生、分化功能喪失，功能干細胞庫枯竭，嚴重損害了其修復受損組織的能力。
在細胞生物學中，氧化還原環(huán)境調(diào)節(jié)著許多生理和病理過程。氧化應激引發(fā)體內(nèi)氧化還原的失衡，同時亦觸發(fā)了干細胞衰老，嚴重影響機體內(nèi)環(huán)境和組織修復。
干細胞衰老的后果既微妙又明顯，從細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的失衡到細胞損傷、再生功能的喪失、細胞死亡的增加。這一過程受到許多不同的內(nèi)在和外在途徑的復雜調(diào)控。如何在細胞內(nèi)部將ROS維持在一個適當?shù)纳硭?，而不是單純地降低細胞?nèi)的ROS，維持氧化還原環(huán)境的穩(wěn)態(tài)對于疾病預防、延緩衰老都具有重要的意義。研究充分說明了氧化應激在誘導干細胞衰老中的重要性，明確了干細胞通過其強大的旁分泌作用，可調(diào)節(jié)內(nèi)源性抗氧化來維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的作用。
MSCs對氧化損傷具有高度的抵抗力，已經(jīng)在諸多研究中得到了應證。比如體外培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細胞對氧化和亞硝化刺激具有抵抗力，這與其高水平性表達的抗氧化酶SOD1、SOD2、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和抗氧化性谷胱甘肽（GSH）有關[6]。GSH的缺乏會導致對氧化應激的耐受性喪失[7]。SIRT6被認為通過下游產(chǎn)生抗氧化劑（包括血紅素加氧酶-1（HO-1））來提高MSCs抵抗氧化損傷和ROS產(chǎn)生[8]等。
MSCs調(diào)節(jié)這些過程的能力可以解釋MSCs治療疾病模型的多樣性以及MSCs在物種間的保護作用。2020年4月20日，來自澳大利亞墨爾本大學的科研團隊在《干細胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學》雜志上對間充質(zhì)干細胞的作用機制提出了新的概念——抗氧化功能[9]，其作用機制如圖7所示。干細胞補充作為預防機體衰老的靶點，受到越來越多的關注。
圖7：骨髓間充質(zhì)干細胞抗氧化作用。
圖中顯示骨髓間充質(zhì)干細胞直接清除活性氧，上調(diào)內(nèi)源性抗氧化防御，抑制炎癥，改變細胞生物能量，捐獻線粒體來表現(xiàn)抗氧化特性。同時MSCs的免疫抑制特性也可以避免ROS的過量產(chǎn)生。這些機制減少氧化應激，維持體內(nèi)ROS生理水平。骨髓間充質(zhì)干細胞的抗氧化作用在一系列疾病治療及抗衰老中與獲益直接相關。
九芝堂美科的美國合作方Stemedica公司在其位于加洲的cGMP設施中開發(fā)了臨床級別的細胞生產(chǎn)平臺BioSmartTM ，該平臺模擬細胞在人體內(nèi)的微環(huán)境，在連續(xù)低氧條件下生產(chǎn)的缺血耐受人骨髓間充質(zhì)干細胞(it-hMSC)能力更強，在抗衰老和治療失眠中發(fā)揮的作用會更大。
一、低氧培養(yǎng)，克隆能力更強
二、低氧培養(yǎng)，成軟骨分化能力更強
三、低氧培養(yǎng)，成間隙連接能力更強
四、低氧培養(yǎng)，驅(qū)化歸巢能力更強
五、低氧培養(yǎng)，旁分泌能力更強
人們對新事物的態(tài)度既好奇又恐懼，骨髓間充質(zhì)干細胞從以前被質(zhì)疑，到逐漸被接受，再到現(xiàn)在的蓬勃發(fā)展，其價值必將再創(chuàng)新高，成為全球大健康產(chǎn)業(yè)中強有力的生物資源。
參考文獻：
1、Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut
2、Imbalanced Production of Reactive Oxygen Species and Mitochondrial Antioxidant SOD2 in Fabry Disease-Specific Human Induced Pluripotent Stem Cell-Differentiated Vascular Endothelial Cells
3、Repeated Mild Traumatic Brain Injury：Potential Mechanisms of Damage
4、Cell Contact Accelerates Replicative Senescence of Human Mesenchymal Stem Cells Independent of Telomere Shortening and p53 Activation: Roles of Ras and Oxidative Stress
5、Production of Reactive Oxygen Species by Multipotent Stromal Cells/Mesenchymal Stem Cells Upon Exposure to Fas Ligand
6、Induced Pluripotent Stem Cells Without c-Myc Attenuate Acute Kidney Injury via Downregulating the Signaling of Oxidative Stress and Inflammation in Ischemia–Reperfusion Rats
7、Chen M-F, Lin C-T, Chen W-C, et al. The sensitivity of human mesenchymal stem cells to ionizing radiation. Intern J Radiat Oncol Biol Phys. 2006;66(1):244-253.
8、Valle-Prieto A, Conget PA. Human mesenchymal stem cells efficiently manage oxidative stress. Stem Cells Dev. 2010;19(12):1885-1893.
9、Liu T, Ma X, Ouyang T, et al. SIRT1 reverses senescence via enhancing autophagy and attenuates oxidative stress-induced apoptosis through promoting p53 degradation. Int J Biol Macromol. 2018;117:225-234.
