近日，来自北京生命科学研究所和清华大学生物医学研究院的一个团队进一步发现，睡眠剥夺免疫力的崩溃并不是“耸人听闻”。睡眠不足会导致严重的病理生理后果，甚至诱发死亡！熬夜长达 4 天后，该病原体表现出严重的炎症反应，约 80% 死亡。 具体原因如下睡眠剥夺会增加大脑中前列腺素 D2 （PGD2） 的水平，而脑源性 PGD2 通过血脑屏障的外排增加会诱导循环中性粒细胞聚集和细胞因子风暴综合征，对外周免疫系统造成严重的病理后果。
长时间睡眠不足导致生物体过早死亡“并不是什么新闻，早已在果蝇、小鼠、大鼠和狗等动物模型中得到证明。 与此同时，哈佛医学院团队此前发表在《细胞》杂志上的一项研究显示，“熬夜致死”的关键原因不是大脑，而是肠道。
然而，睡眠与健康之间的相关性非常复杂，睡眠调节免疫力的详细机制以及睡眠不足影响健康的具体原因仍未完全阐明。 同时，控制实验动物的睡眠模式并不容易，为了完全剥夺小鼠的睡眠，需要探索一种更加规范的实验范式。 因此，研究人员首先建立了小鼠睡眠剥夺系统的修改版本，并将该方法命名为“curling prevention by water（cpw）”
简单来说，CPW 范式包括将一只老鼠放在一个装满水的笼子里，深约 8 毫米，就在老鼠脚踝上方。 当老鼠蜷缩着身体打瞌睡时，它们很快就会“溺水”醒来，因为它们的鼻子接触到水。 为了证实CPW的有效性，研究人员对小鼠进行了基于脑电图肌电图的睡眠-觉醒分析，发现暴露于CPW范式的小鼠确实处于“熬夜”状态——小鼠每天醒着的时间长达1400分钟，占一天持续时间的96%。
与对照组相比，CPW小鼠有95%的NREMS（约545分钟天）和83%的REMS（54分钟天）被剥夺。 CPW 的伟大之处在于这种范式能够在较长的时间（>4 天）内大大消耗小鼠的快速眼动睡眠 （REMS） 和非快速眼动睡眠 （NREMS）。 同时，在排除混杂因素的影响并与多种方法进行比较后，证实CPW可以有效地模拟“熬夜”，而不会诱发过度压力或损害代谢平衡。
CPW范式的过程导致80%的成年小鼠在短短4天内“熬夜”死亡，睡眠剥夺开始后72-96小时不等。 在死亡之前，这些小鼠表现出失去平衡，以及对轻触刺激的反应很小或很少。 对死亡小鼠进行全身病理分析，发现“熬夜”的打击是全身性的、多系统的多个器官和组织受损，包括：7 8 肝组织坏死伴炎性细胞浸润，1 2 脾脏髓缘模糊，3 8肺部表现急性损伤1 4例，肾脏损伤1 8例。 即使它们存活下来，“熬夜”的小鼠也表现出明显的生化变化。 与对照组相比，暴露于CPW的小鼠表现出更高水平的血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）和尿素。
在多器官损伤的情况下诱导睡眠剥夺，以明确长期睡眠剥夺多器官功能障碍 （MODS）。对于早期表型，研究人员对“熬夜”48小时的小鼠进行了全面的病理检查。 与先前进行的研究一致，研究人员观察到睡眠不足小鼠中ROS的积累;如前所述，ROS是一种重要的信号分子和炎症标志物，可能因睡眠不足而诱发死亡。 令人惊讶的是，当研究人员用抗氧化剂中和ROS时，他们无法防止睡眠剥夺引起的mods的发生，暴露于CPW的小鼠仍然死亡。 由此可见，长期熬夜不仅仅是“通过ROS积累致死”的单一方式，肯定还有其他途径，比如：通过诱发全身炎症反应，进而导致mods的发生，最终死亡。
进一步观察发现，长时间睡眠剥夺的小鼠表现出器官损伤和炎症细胞浸润;鉴于在人类身上观察到的情况——促炎细胞因子的过度释放，一种通常会导致器官损伤、疾病和死亡的细胞因子风暴，研究人员思考：小鼠是否也经历过导致死亡的细胞因子风暴？果不其然，小鼠体内的大部分促炎调节因子在熬夜时上调，其中最重要的两种是IL-6和IL-17A。 这两种细胞因子都可以介导人类细胞因子风暴的产生，特别是IL-6被认为是这一过程的初始驱动因素。 此外，促炎因子趋化因子（C-X-C基序）配体（CXCL1）和CXCL2显著上调，这些分子在中性粒细胞募集和渗出中起重要作用。 综上所述，长期睡眠不足可以诱导促炎细胞因子和持续时间时间越长，释放的细胞因子量就越大。 当细胞因子风暴在小鼠体内“席卷”时，它会破坏体内的多个器官和系统，最终导致疾病和死亡的发生。
睡眠不足导致促炎细胞因子在血液中积累，接下来要回答的问题是：细胞因子风暴究竟是如何形成的？进一步分析发现，睡眠不足诱导PGD2在大脑中持续积累，在ATP结合盒转运蛋白C4（ABCC4）转运蛋白的介导下，PGD2可通过血脑屏障外流到血液中，导致循环促炎细胞因子的过量产生，最终形成细胞因子风暴样综合征和mods。 此时，阻断PGD2 PGD2受体1（DP1）轴可以显著降低睡眠剥夺诱导的全身炎症反应。
综上所述，睡眠剥夺诱导的细胞因子风暴炎症反应的机制与前人实验中提到的肠道ROS的致死原理不同，清华大学张二泉的研究团队提出了一种“睡眠剥夺导致免疫衰退甚至死亡”的新机制——在构建了有效的睡眠剥夺系统CPW、 研究人员发现，长期睡眠不足会诱发PGD2在大脑中不断积累，这会导致促炎细胞因子在穿透血脑屏障进入血液循环后产生过多，最终诱发一系列器官损伤和死亡。
因此，“睡眠不足，免疫力衰退”是有科学依据的！睡眠的重要性不言而喻，所以今天就开始拉起“早睡”的旗帜吧。
参考文献： 桑D， 林珂， 杨莹， 冉G， 李斌， 陈C， 李琦， 马 Y， 卢玲， 崔曦， 刘志， 吕蓓， 罗明， 刘琦， 李莹， 张玄 prolonged sleep deprivation induces a cytokine-storm-like syndrome in mammals. cell. 2023 dec 7;186(25):5500-5516.e21. doi: 10.1016/j.cell.2023.10.025. epub 2023 nov 27. pmid: 38016470.