牛津大学研究：大脑细胞线粒体电子泄漏触发睡眠需求

IT之家 9 月 3 日消息，睡眠或许不只是大脑的休息方式，更可能是维持人体能量系统正常运转的必要环节。牛津大学研究人员在《自然》杂志发表的一项新研究表明，大脑细胞内微小能量产生结构中积累的电应力（electrical stress），是驱动我们产生睡眠需求的原因。

这一发现为生物睡眠需求提供了明确的生理解释，有望重塑科学界对睡眠、衰老及神经系统疾病的认知。

据IT之家了解，该研究团队由牛津大学生理、解剖与遗传学系（DPAG）的格罗・米森博克教授，以及牛津大学神经回路与行为中心的拉斐尔・萨尔纳塔罗博士牵头。他们发现，当大脑感知到能量出现轻微失衡时，睡眠机制便会被触发，而这一过程的核心在于线粒体 —— 这种微小的细胞器能将氧气和食物转化为可利用的能量。

研究人员以果蝇为实验对象，观察其体内负责调节睡眠的特定神经元。结果发现，当这些神经元中的线粒体负荷过重时，会开始出现电子泄漏。这种泄漏会产生名为“活性氧”的有害副产物，而泄漏本身则会成为一种信号，迫使大脑进入睡眠状态，从而在细胞损伤进一步扩散前恢复能量平衡。

萨尔纳塔罗博士表示：“线粒体不能泄漏过多电子。一旦泄漏过量，就会产生损害细胞的活性分子。”

研究团队还发现，这些特殊的神经元功能类似“断路器”：它们持续监测线粒体的电子泄漏情况，当泄漏量达到临界阈值时，便会触发睡眠。通过调整这些细胞处理能量的方式 —— 无论是增加还是减少电子流动 —— 研究人员能够直接控制果蝇的睡眠时间。

即便用光能（借助从微生物中提取的蛋白质）替代电子，也会产生相同效果：能量越多，泄漏越严重，睡眠需求也越高。

米森博克教授指出：“我们最初的目标是弄清楚睡眠的作用，以及人类为何会产生睡眠需求。尽管经过数十年研究，科学界始终未能找到明确的生理触发因素。而我们的研究表明，答案可能就存在于为人体供能的核心过程 —— 有氧代谢之中。在特定的睡眠调节神经元里，我们发现当能量供应过剩时，细胞的‘能量工厂’线粒体就会发生电子泄漏。当泄漏量过大，这些神经元就会像断路器一样，触发系统进入睡眠状态，以避免能量过载。”

这一发现也有助于解释代谢、睡眠与寿命之间的已知关联。体型较小的动物每克体重消耗的氧气更多，它们往往睡得更多，寿命也更短。而患有线粒体疾病的人类，即便没有进行体力活动，也常感到极度疲劳，如今这种现象或许能通过同一机制得到解释。

萨尔纳塔罗博士总结道：“这项研究解答了生物学领域的一大谜题 —— 我们为何需要睡眠？答案似乎就蕴含在细胞将氧气转化为能量的基本方式之中。”