夜猫子警钟！熬夜损伤大脑，神经元平均每小时丢失 2.2 个突触

睡眠是一种几乎普遍存在的行为，其功能尚不清楚。突触稳态假说提出，睡眠是为了使在清醒时增加的突触数量和强度恢复正常。一些研究检查了大规模神经元群体或小片段树突，发现了与突触稳态假说一致的证据，但睡眠是否仅作为一种允许状态，还是在整个神经元的尺度上主动促进突触下调尚不明确。

2024年5月1日，英国伦敦大学学院的研究团队在Nature在线发表题为“Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish”的研究论文，该研究通过反复成像斑马鱼幼体在睡眠-清醒状态下的所有兴奋性突触，作者发现，在清醒期间（无论是自发的还是强迫的）突触数量增加，而在睡眠期间突触数量减少，这种现象是依赖于神经元亚型的。然而，在长时间清醒后与高睡眠压力相关的睡眠期间，突触损失最为显著，而在一个不间断夜晚的后半段，突触损失最少。

相反，在低睡眠压力期间药理诱导的睡眠不足以触发突触损失，除非腺苷水平升高而去甲肾上腺素能张力被抑制。作者得出结论，睡眠依赖的突触损失在单个神经元水平上受睡眠压力调节，并非所有的睡眠期都同样能够实现突触稳态的功能。

虽然睡眠在整个动物王国中是保留的，但其确切功能仍不清楚。由于睡眠剥夺会导致认知表现的急性损害，许多理论认为与学习和记忆相关的突触可塑性在睡眠期间优先发生。例如，突触稳态假说（SHY）提出，清醒期间的突触增强会导致突触强度和数量的不可持续增加，必须通过睡眠期间的突触减弱和修剪来重新正常化。这种依赖睡眠的重新正常化被认为广泛影响大脑中的大多数兴奋性突触。许多但并非所有的实验观察表明，脑内突触的变化与SHY一致。总体上，突触基因、蛋白质和翻译后修饰在清醒时上调，并在睡眠期间重新正常化。在果蝇和小鼠中，经过长时间清醒后，兴奋性突触的数量和大小增加，而在睡眠期间减少。对幼年和成年小鼠的小树突段进行长期成像也被用来观察与睡眠-清醒相关的突触动态，而在斑马鱼中，促醒的下丘脑分泌素神经元的轴突末端受到昼夜节律的调控。然而，其他研究没有发现睡眠-清醒状态对突触强度和神经元放电率的影响，还有一些研究观察到睡眠期间的突触增强。此外，同一神经元群体中的不同类型突触在睡眠-清醒状态下可以被差异化调节，这与观察到突触可塑性可以在树突分支特异性方式下调节一致。这些观察结果共同描绘了一个复杂的图景，即睡眠如何雕塑突触数量和强度，提出了关于睡眠依赖的突触稳态是否在不同神经元类型之间均匀运作以及睡眠在何种尺度（如树突、神经元、回路或群体）调节突触的基本问题。

网状脊髓神经元突触数受睡眠和清醒状态的调节（图片源自Nature)为了检查睡眠相关突触可塑性的范围和选择性，至关重要的是全面追踪单个神经元在睡眠-清醒状态下的突触变化。为此，作者使用了在体突触标记工具在斑马鱼幼体中对相同神经元及其突触进行反复长时间成像，使作者能够绘制单个神经元在睡眠和清醒状态下的突触变化。参考消息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07367-3