Nature重磅：揭开睡眠之谜！睡眠调动血细胞清除有毒代谢废物，保护大脑功能和健康

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

所有已知的动物都会都会睡眠或表现出某种形式的睡眠行为，对于人类而言，一生中有将近三分之一的时间是在睡眠中度过。睡眠不仅仅帮助我们解除疲劳，它还对大脑健康和功能至关重要。

多年来，探寻“人类为何要睡觉”这一问题的研究领域已从心理学转向了细胞的深层分子机制。

近日，宾夕法尼亚法学的研究人员在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Sleep-dependent clearance of brain lipids by peripheral blood cells 的研究论文。

这项研究表明，睡眠在本质上是神经元的一种代谢挽救行动。在白天，大脑细胞中的线粒体产生能量，但同时也会生成有毒的副产物——活性氧（ROS），如果缺乏睡眠，这种氧化损伤就会累积，危及那些让我们保持思维能力的细胞结构。

这项研究在果蝇模型中进行的研究为我们揭示了睡眠一个前所未见的关键功能：睡眠调动了外周血细胞，在睡眠期间充当“清洁工”，进入大脑清除白天产生的有害脂质代谢废物，如果这个过程被破坏，不仅会导致失眠，还会引发大脑代谢危机、损害记忆并缩短寿命。

研究团队进一步提出，作为哺乳动物小胶质细胞“前体”的外周血细胞在睡眠期间执行日常功能，以维持大脑功能和健康。

睡眠时，血液中的“清道夫”前往大脑

在这项研究中，研究团队发现，在果蝇体内，一种名为血细胞（haemocyte）的免疫细胞（功能类似我们血液中的巨噬细胞），会在果蝇睡眠时，特异性地迁移并聚集到大脑周围。

这些血细胞通过一个名为Eater的“识别器”（一种吞噬受体），从大脑的胶质细胞中摄取脂质。这些脂质以“脂滴”的形式存在，是神经元在清醒时因氧化应激产生的“代谢垃圾”，它们被转移到胶质细胞中暂存。

“清洁工”罢工，后果很严重

为了探究这个清理过程的重要性，研究团队敲除了血细胞中的

eater

1、失眠：果蝇的睡眠时间显著减少，睡眠变得碎片化。

2、大脑“垃圾”堆积：由于血细胞无法有效摄取脂质，大脑胶质细胞中的脂滴大量积累。

3、代谢紊乱：大脑内乙酰辅酶 A 水平飙升，导致包括线粒体关键蛋白（PGC1α 和DRP1）在内的多种蛋白质过度“乙酰化”。

4、能量危机与氧化损伤：线粒体功能紊乱，NAD+ 水平下降，活性氧（ROS）增加，意味着细胞处于代谢压力和氧化损伤状态。

5、功能受损：果蝇表现出记忆缺陷和寿命缩短。

eater

关键验证：细胞移植与营养干预

研究团队通过巧妙的实验证实了“血细胞-Eater”通路的核心地位：

细胞移植：将正常果蝇的血细胞移植到

eater

营养干预：给

eater

机制链条：从脂质清理到大脑健康

这项研究描绘出一个清晰的因果链条——

清醒 → 神经元产生氧化损伤 → 脂质被转移至胶质细胞形成脂滴 → （进入睡眠）→ 外周血细胞被招募至大脑 → 通过 Eater 受体从胶质细胞摄取脂滴 → 脂质被清除 → 大脑代谢平衡得以维持 → 睡眠稳定、记忆正常、寿命健康。

如果“血细胞-Eater”这个清理步骤失效，脂质就会在胶质细胞中堆积，触发一系列连锁反应（乙酰辅酶A↑、蛋白乙酰化↑、NAD+↓、线粒体功能紊乱、活性氧↑），最终破坏睡眠并损害大脑功能。

深远意义：刷新对睡眠功能的认知

这项研究的突破性在于——

• 视角转变：将睡眠功能的研究从“大脑中心”视角，扩展到了“大脑-外周免疫系统”互作的全局视角。睡眠不仅仅是大脑内部的活动，更是协调全身资源（尤其是免疫系统）进行大脑维护的关键时机。

• 细胞机制：超越了以往关注的免疫信号分子，首次明确了特定的外周免疫细胞及其分子机制在每日生理性睡眠中的核心作用。

• 进化启示：果蝇没有哺乳动物特有的小胶质细胞。该研究提示，在进化过程中，循环血细胞可能扮演了类似小胶质细胞“前体”的角色，在睡眠期间执行大脑脂质清除功能。这为理解哺乳动物睡眠与免疫的关系提供了新线索。

总的来说，这项研究像拼上了一块关键拼图，告诉我们：睡眠的一个重要使命，是开启一个由外周免疫细胞主导的“大脑深度清洁模式”。它通过调动血液循环中的“清洁工”（血细胞），利用特定的“工具”（Eater 受体），清理清醒时大脑积累的脂质垃圾。这个过程的顺畅运行，是维持大脑代谢平衡、保障认知功能和长期健康的基础。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-10050-w