睡眠是人体的一种修复过程，可以恢复精神和解除疲劳。人的一生中，大约三分之一的时间是在睡眠中度过，良好的睡眠是国际社会公认的三项健康标准之一，而睡眠时间过短或睡眠不佳均会影响健康。

在中国，超3亿人存在睡眠障碍、成年人失眠发生率高达38.2%、超9成小学生睡眠时长未达标，也就是说，有超过3亿中国人存在睡眠障碍，而且这一数据还在逐年上升中。

从线虫、果蝇到人类，睡眠对于所有拥有神经系统的动物来说都是不可或缺的。尽管在睡眠时，丧失警惕的动物更容易被捕食，它们为什么即使是冒着死亡的风险也要睡觉？

近日，以色列巴伊兰大学的研究人员在" Molecular Cell "期刊上发表了一篇题为" Parp1 promotes sleep，which enhances DNA repair in neurons "的研究论文，该研究从细胞水平揭示了为什么需要睡觉。

该研究表明，在清醒时，神经元DNA损伤的积聚会增加睡眠压力，在睡眠期间，细胞内进行了有效的DNA修复，会降低这种压力。

清醒状态下，受紫外线照射、神经元活动、辐射、氧化应激等因素的影响，DNA损伤在包括神经元在内的细胞内积累，这其中就包含了DNA双链断裂。DNA损伤积累，会对机体健康造成严重影响，诱发认知衰退、癌症等。

在该研究中，研究人员利用斑马鱼进行了一系列实验。斑马鱼具有绝对的透明度、夜间睡眠和与人类相似的简单大脑，是研究的完美受体。

通过紫外线辐射、药理干预和光遗传学，使斑马鱼保持清醒状态，诱导斑马鱼的DNA损伤。随后，研究人员检测了斑马鱼神经元中DNA双链断裂的情况。

研究发现，清醒时，神经元中DNA双链断裂显著增多。随着DNA损伤的增加，睡眠的需求也会增加。而到了某个时刻，DNA损伤积累达到某个值时，触发了睡眠的冲动，斑马鱼就进入睡眠状态。随后的睡眠促进了DNA修复，减少了DNA损伤。

清醒与睡眠阶段的DNA断裂与修复

在证实了累积的DNA损伤是驱动睡眠的因素后，研究者进一步找到了斑马鱼为了减少睡眠压力与DNA损伤所需的最短睡眠时间。

研究发现，每晚6小时的睡眠足以减少DNA损伤。令人震惊的是，在睡眠不足6小时的情况下，DNA的损伤不能充分减少，导致斑马鱼白天也睡觉。

那么，具体又是大脑中的什么机制参与了这个过程呢？

研究人员通过荧光标记了修复蛋白等方法，发现了一种名为PARP1的蛋白质在相关神经机制中扮演者关键角色。蛋白质PARP1是DNA损伤修复系统的一部分，是最先快速反应的蛋白质之一。

研究发现，PARP1在DNA断裂位点的聚集性在清醒时增加，在睡眠时减少。

睡眠时DNA修复

通过基因和药理学的调控，PARP1的过度表达和敲除不仅表明PARP1的增加促进了睡眠，而且还增加了睡眠依赖性修复。相反，PARP1的抑制阻断了DNA损伤修复的信号。

为了加强对斑马鱼的研究，研究人员利用小鼠进一步测试了PARP1在调节睡眠中的作用。与研究结果一致，PARP1活性的抑制减少了非快速眼动睡眠的持续时间和质量。

总之，该研究从细胞水平揭示了为什么需要睡觉，证实了大脑需要睡眠来促进DNA修复活动，并表明PARP1标记细胞中的DNA损伤位点，并招募所有相关系统清除了DNA损伤。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.10.026