為啥越累越想睡？《Nature》最新發(fā)現：線(xiàn)粒體 “喊累” 時(shí)，睡眠就來(lái)了
關(guān)鍵詞：睡眠
2025年7月16日最新發(fā)表在頂級期刊《Nature》雜志上的研究揭示，睡眠的本質(zhì)可能是細胞“發(fā)電廠(chǎng)”線(xiàn)粒體的“維修時(shí)間”。當線(xiàn)粒體功能異常，睡眠壓力就會(huì )如潮水般涌來(lái)；而睡眠，正是線(xiàn)粒體修復損傷、重獲活力的關(guān)鍵過(guò)程。本期小編就帶您詳細解析這篇高質(zhì)量研究。
一、“細胞發(fā)電廠(chǎng)”的困境：線(xiàn)粒體為何與睡眠綁定？
在我們的細胞里，線(xiàn)粒體就像一座微型發(fā)電廠(chǎng)，通過(guò)有氧代謝將食物中的能量轉化為ATP（細胞的“能量貨幣”），支撐著(zhù)生命活動(dòng)的每一個(gè)瞬間。這個(gè)過(guò)程的核心是電子傳遞鏈——一系列蛋白復合體像接力賽一樣傳遞電子，最終將氧氣轉化為水，同時(shí)產(chǎn)生ATP。
但這座“發(fā)電廠(chǎng)”并非永遠穩定。當我們清醒時(shí)，大腦神經(jīng)元處于活躍狀態(tài)，線(xiàn)粒體的電子傳遞需求激增。研究以果蠅為模型發(fā)現，大腦中有一種專(zhuān)門(mén)調控睡眠的神經(jīng)元——背扇形體投射神經(jīng)元（dFBNs），它們對線(xiàn)粒體的“疲憊”格外敏感。
清醒時(shí)間越長(cháng)，dFBNs的線(xiàn)粒體就越容易陷入困境：電子傳遞鏈中，電子的“供應”超過(guò)了ATP合成的“需求”，多余的電子會(huì )泄漏出來(lái)，與氧氣結合產(chǎn)生活性氧（ROS）。這些ROS就像“電火花”，會(huì )損傷線(xiàn)粒體膜上的脂質(zhì)，破壞線(xiàn)粒體結構。為了應對這種損傷，線(xiàn)粒體開(kāi)始“自我拆解”——原本完整的線(xiàn)粒體分裂成碎片，這是一種緊急應激反應，就像工廠(chǎng)出故障時(shí)先停機拆解零件。
與此同時(shí)，dFBNs的基因表達也發(fā)生了顯著(zhù)變化：與線(xiàn)粒體呼吸、ATP合成相關(guān)的基因被強烈激活，仿佛在緊急招募“維修人員”；而與突觸傳遞相關(guān)的基因則被抑制，就像暫時(shí)關(guān)閉非必要功能，集中資源應對危機。這種基因表達的“傾斜”，是睡眠壓力上升的分子信號。
二、睡眠：線(xiàn)粒體的“維修與重啟”程序
當線(xiàn)粒體的“困境信號”積累到一定程度，我們就會(huì )感到難以抗拒的睡意——這其實(shí)是身體在提醒：該給線(xiàn)粒體“檢修”了。研究發(fā)現，睡眠正是線(xiàn)粒體修復損傷、恢復功能的關(guān)鍵過(guò)程，主要通過(guò)三個(gè)步驟完成：
1.清理受損部件：線(xiàn)粒體自噬激活
睡眠剝奪后，dFBNs中會(huì )出現大量碎片化的線(xiàn)粒體，其中不乏受損嚴重的“廢件”。睡眠期間，細胞會(huì )啟動(dòng)線(xiàn)粒體自噬（mitophagy）機制，清理受損線(xiàn)粒體，就像給工廠(chǎng)配備了“垃圾清運車(chē)”。研究通過(guò)熒光標記觀(guān)察到，睡眠剝奪后dFBNs的線(xiàn)粒體自噬水平顯著(zhù)升高，而經(jīng)過(guò)恢復睡眠后，這些受損線(xiàn)粒體被大量清除。
2.重建完整結構：線(xiàn)粒體融合修復
清理完“廢件”后，線(xiàn)粒體需要重新組裝成完整、高效的“發(fā)電單元”。睡眠期間，線(xiàn)粒體的融合機制被激活：原本碎片化的線(xiàn)粒體通過(guò)融合蛋白（如Opa1、Marf）重新連接，恢復體積和分支結構。實(shí)驗顯示，恢復睡眠后，dFBNs的線(xiàn)粒體體積、分支長(cháng)度會(huì )反彈至正常水平以上，甚至比清醒時(shí)更“強壯”。
3.平衡能量代謝：電子傳遞鏈重置
睡眠的核心作用，是解決清醒時(shí)積累的“電子供需失衡”。清醒時(shí)，dFBNs因神經(jīng)元受抑制而消耗ATP減少，導致電子傳遞鏈中電子“堆積”；而睡眠時(shí)，dFBNs的神經(jīng)元興奮性恢復，ATP消耗增加，電子傳遞鏈重新達到平衡，減少ROS產(chǎn)生。研究證實(shí)，只要打破這種失衡，即使不睡覺(jué)，線(xiàn)粒體的損傷也會(huì )減輕，睡眠壓力也會(huì )隨之緩解。
三、操控線(xiàn)粒體，就能控制睡眠？
為了驗證線(xiàn)粒體與睡眠的直接關(guān)聯(lián)，研究人員做了一系列“線(xiàn)粒體手術(shù)”：
促進(jìn)線(xiàn)粒體裂變：通過(guò)過(guò)表達裂變蛋白Drp1，讓dFBNs的線(xiàn)粒體持續處于碎片化狀態(tài)。結果發(fā)現，果蠅的睡眠時(shí)間顯著(zhù)減少，即使被強制熬夜，也不會(huì )出現睡眠反彈（即“補覺(jué)”行為）。
促進(jìn)線(xiàn)粒體融合：反之，通過(guò)敲低Drp1或過(guò)表達融合蛋白Opa1，讓線(xiàn)粒體保持“完整狀態(tài)”，果蠅的睡眠需求明顯增加，覺(jué)醒閾值升高（更難被叫醒）。
修復電子傳遞鏈：當給線(xiàn)粒體安裝“電子安全閥”，多余的電子可以被安全消耗，減少ROS產(chǎn)生。這時(shí)，即使睡眠被剝奪，線(xiàn)粒體碎片化也會(huì )減輕，果蠅的睡眠壓力顯著(zhù)降低。
這些實(shí)驗清晰地證明：線(xiàn)粒體的形態(tài)和功能狀態(tài)，直接決定了睡眠的需求和時(shí)長(cháng)。當線(xiàn)粒體“健康”，睡眠壓力就??；當線(xiàn)粒體“受損”，就必須通過(guò)睡眠來(lái)修復——這正是“睡眠壓力的線(xiàn)粒體起源”的核心邏輯。
四、基于3個(gè)核心機制，如何幫線(xiàn)粒體“減負”？
既然線(xiàn)粒體健康與睡眠質(zhì)量息息相關(guān)，那我們能否通過(guò)營(yíng)養手段呵護線(xiàn)粒體，讓它少“喊累”？近年來(lái)的研究發(fā)現，一些天然成分能針對性改善線(xiàn)粒體功能，或許能成為睡眠的“好幫手”。
1.尿石素A：給線(xiàn)粒體“大掃除”
尿石素A的核心作用是促進(jìn)線(xiàn)粒體自噬，研究顯示，尿石素A能激活細胞清理受損線(xiàn)粒體的機制，減少碎片化線(xiàn)粒體的積累。對于睡眠不足的人來(lái)說(shuō)，補充尿石素A可能幫助減輕線(xiàn)粒體損傷，緩解睡眠壓力帶來(lái)的疲勞感。這與果蠅實(shí)驗中“恢復睡眠激活線(xiàn)粒體自噬”的機制不謀而合。
2.PQQ（吡咯喹啉醌）：催生“新發(fā)電廠(chǎng)”
PQQ的核心作用是刺激線(xiàn)粒體的生物合成。PQQ可以通過(guò)激活相關(guān)基因讓細胞“建造新工廠(chǎng)”，增加新線(xiàn)粒體數量。這與果蠅dFBNs在睡眠中“線(xiàn)粒體基因上調、修復形態(tài)”的過(guò)程類(lèi)似，能從根源上增強線(xiàn)粒體的“發(fā)電能力”。
3.輔酶Q10：穩定“電子傳遞鏈”
輔酶Q10是線(xiàn)粒體電子傳遞鏈中不可或缺的“電子載體”，就像傳遞能量的“傳送帶”。在果蠅實(shí)驗中，電子傳遞鏈失衡是睡眠壓力的核心誘因；而輔酶Q10能增強電子傳遞效率，減輕線(xiàn)粒體損傷。對于因線(xiàn)粒體功能下降導致的睡眠問(wèn)題（如老年人入睡困難），補充輔酶Q10可通過(guò)穩定電子傳遞鏈，降低睡眠壓力。
從果蠅到人類(lèi)，有氧代謝為生命提供了高效能量，但也埋下了“隱患”——電子傳遞鏈的失衡和線(xiàn)粒體損傷，是有氧生物無(wú)法避免的代價(jià)。研究指出，睡眠與衰老類(lèi)似，都是有氧代謝的“必然結果”：就像機器運轉久了需要保養，線(xiàn)粒體在日復一日的“發(fā)電”中積累損傷，也需要保養。而好好睡覺(jué)，給線(xiàn)粒體足夠的修復時(shí)間，或許就是最簡(jiǎn)單也最有效的健康投資。畢竟，細胞深處的線(xiàn)粒體健康了，我們的生命活力才能如源源不斷的電流，支撐起每一個(gè)清醒的日子。
參考文獻：Raffaele Sarnataro,Cecilia D.Velasco,et al.Mitochondrial origins of the pressure to sleep.Nature(2025)
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