熬夜真的会变傻:睡眠不足,患阿尔茨海默病风险增高

微信公众号“环球科学ScientificAmerican”

2017-10-30 20:51

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你昨晚睡了多久?上周又睡了多长时间呢?这问题的答案可能与你未来的精神健康息息相关。
全球有超过4400万阿尔茨海默病患者,我的家人也位列其中。这种疾病对健康、经济和个人造成的影响是惊人的。随着人类寿命的增长,这个数字还在持续攀升,但与此同时,总睡眠时间的减少也在其中起到了不可忽视的作用。
作为一个睡眠科学家,我在几年前开始对睡眠和阿尔兹海默病之间的联系产生了兴趣。我的发现很惊人:睡眠缺乏导致的认知功能下降与阿尔茨海默病的症状相似,而睡眠充足与否是导致一个人未来会不会患阿尔茨海默病最重要的因素之一。这一发现带来的影响是巨大的,它迅速填补了我们对阿尔茨海默病认知的空白,现在我们意识到,睡眠也可以用于诊断、治疗、甚至预防阿尔兹海默病。
蛋白堆积和记忆衰退
随着年龄的增长 ,我们睡眠的质量越来越差,尤其是深度非快速动眼睡眠(NREM)总时长会变短。而不幸的是,非快速动眼睡眠正是大脑用来巩固新记忆、防止遗忘的睡眠阶段。
如果我们检测阿尔茨海默病患者的睡眠,就会发现他们的深度睡眠障碍现象显著,甚至在他们表现出症状的前几年,这种睡眠问题就出现了。这表明它可能是阿尔兹海默病的早期信号,甚至是致病原因。病人被确诊之后,随着病情的发展,睡眠障碍的程度也会逐渐加深,这进一步印证了两者之间的联系。
然而,直到近几年我们才发现这种联系不仅仅只有相关性。虽然还有很多因素有待进一步了解,但我们已经认识到,睡眠障碍和阿尔茨海默病之间呈现一种互为诱因、相互加速的状态。
阿尔茨海默病与一种毒蛋白(β-淀粉样蛋白,amyloid β-protein)的堆积有关,它们成块或成斑地在大脑里堆积。淀粉样蛋白斑块对脑细胞是有毒的,会让它们丧失功能直至死亡。奇怪的是,这种蛋白只攻击大脑的特定区域,其他区域则安然无恙,此中机制至今无人能解答。
阿尔兹海默病(右)与β-淀粉样蛋白的堆积有关

最让我震惊的是,无论在阿尔茨海默病的早期还是晚期,这种淀粉选择攻击的区域都是大脑前额叶的中部。如果你把你的手指放在鼻梁上,然后向上移动约5厘米,你就会找到前额叶中部的位置了。这个位置与深度非快速动眼睡眠的脑电活动息息相关。
早在2007年,我就想知道,阿尔茨海默病患者中出现的这种深度非快速动眼睡眠受干扰的现象,会不会是因为疾病会侵蚀特定脑区,而这些脑区正是调控睡眠的关键。于是我们在位于加州大学伯克利分校的睡眠研究中心开始了探索:“睡眠可以用来预测人们几十年后患阿尔茨海默病的风险吗?”
十年后,我们检测了数百位65-90岁的老人,他们的大脑中都有不同程度的淀粉样蛋白堆积。我们发现:前额叶中部的淀粉样蛋白堆积越多,深度睡眠的质量就越受影响。更重要的是,淀粉样蛋白斑块对中老年人的影响并不只是深度睡眠缺失那么简单,它甚至剥夺了深度非快速动眼阶段的慢脑电波。这种特异性的睡眠缺失告诉我们,脑中的毒性淀粉样蛋白堆积并不仅仅是“普通老龄化”的过程,而是一种疾病特征。
了解到这一点后,我的研究重心就转移到了疾病诊断上。既然疾病影响了脑电活动,我们就考虑是否可以用脑电波里这种特殊频段的缺失来筛查阿尔茨海默病的潜在危险人群,这样就可以在发病前几年甚至前几十年发现他们。如果睡眠中脑电波频段缺失确实是一种早期危险信号,我们就可以用相比大脑成像更廉价、更无损的睡眠监测来筛查大量人群,提前进行医学干预。
基于这些发现,我们开始寻找阿尔茨海默病里另一块缺失的拼图:堆积的毒性淀粉样蛋白斑块是如何导致记忆衰退的?
我们知道毒性淀粉样蛋白斑块只在特定脑区堆积。但神奇的是,大脑中行使记忆功能的重要组织,海马体,几乎不受到这种攻击。那么毒性淀粉样蛋白堆积是如何导致患者的记忆消退的呢?这个问题一直困扰着科学家们。
睡眠不足是幕后黑手
在我看来,睡眠障碍就是这个问题中缺失的一环。我们知道在健康的年轻人中,深度非快速动眼睡眠慢脑电波开启了“保存”按钮,帮助我们巩固新知,也帮助我们重拾过去的经历。
如果在阿尔茨海默病中,淀粉样蛋白阻碍了深度非快速动眼睡眠,那么或许这种睡眠障碍就是阻碍老年人储存记忆的罪魁祸首?
为了测试这个想法,我们做了一个实验:让老年阿尔茨海默病患者记忆一系列的新知识,他们脑中淀粉样蛋白堆积程度存在差异。第二天早上,在记录了他们一夜的睡眠情况之后,我们检测了他们的睡眠对记忆这些新知识发挥的作用。
我们发现大脑前额叶中部淀粉样蛋白堆积最多的人,深度睡眠损失程度最严重,他们对新知识的记忆和储存状况也最差。一夜之间,他们就遗忘了这些知识。所以,深度非快速动眼睡眠障碍就是一个隐藏的中介,把淀粉样蛋白堆积和记忆缺失联系了起来。
但是,这只是故事的一半,而且只是次要的一半。我们的研究显示了阿尔茨海默病里淀粉样蛋白斑块可能与深度睡眠的缺失有关,但睡眠的缺失是否真的会导致淀粉样蛋白在大脑中的堆积呢?如果答案是肯定的,我们将被迫接受这个残酷的事实:日复一日、年复一年的睡眠不足,将会导致淀粉样蛋白在大脑中加倍堆积,并最终增长你患阿尔茨海默病的风险。
在我们进行研究的同时,纽约罗彻斯特大学(University of Rochester)的Maiken Nedergaard做出了近几十年来睡眠研究中最惊人的发现之一。通过研究小鼠,Nedergaard发现大脑中存在一种废料处理系统——类淋巴系统。这个系统由围绕着神经细胞的并释放电流的胶质神经细胞组成。就像淋巴系统负责排出身体里的有害物质一样,类淋巴系统用脑脊液收集并分解神经细胞工作后产生的有害的代谢废物。
虽然类淋巴系统在白天也很活跃,Nedergaar和她的团队发现,在深度非快速动眼睡眠中,这个清洁系统最为活跃,这一过程中大脑排出的废物是白天的10到20倍。我们可以把它看作夜间的强力净化。
如果这还不够惊人,Nedergaar做出了第二个发现,解释了为什么脑脊液在夜间可以尤其活跃地排出代谢废物。在深度非快速动眼睡眠中,大脑中胶质细胞的体积比白天缩小了60%。这给脑脊液留出了更大的空间来清除代谢废物。你可以把胶质细胞想象成一座会在夜间缩小体积的神奇大楼。每天夜里,当这座大楼的体积缩小之后,清洁工们就能更方便地接触到白天产生的垃圾,然后带着高压水枪,把角角落落都洗个干净。
类淋巴系统就是大脑的“下水道” 图片来源 https://www.psychologytoday.com

这与阿尔茨海默病有什么关系?Nedergaar发现夜间被类淋巴系统冲洗掉的有毒垃圾里包括淀粉样蛋白——这正是导致阿尔兹海默病的元凶。另一发现也支持了这个结论:华盛顿圣路易斯大学的David Holtzman和他的团队在剥夺小鼠深度非快速动眼睡眠之后,发现了小鼠脑中的淀粉样蛋白堆积显著增长。
当然,小鼠和人类之间有很多显著的差异。如果我们缺乏睡眠也会有一样的结果吗?今年七月,Holtzman证实了这一猜想。他的团队剥夺了一部分健康成年人的深度非快速动眼睡眠,但保持睡眠的总时长不变。在被试者入睡之后,他们播放了一种不至于吵醒被试者,但又足够让他们从深度睡眠回到浅度睡眠的声音。第二天他们测量了受试者们脑脊液中的淀粉样蛋白的含量。他们发现,在失去了深度非快速动眼睡眠的夜间清洁功能之后,与阿尔兹海默病有关的淀粉样蛋白堆积显著增多了。
这个实验铁证如山,确认了深度睡眠的缺失会直接导致人脑中的淀粉样蛋白含量迅速升高。简单地说,睡眠是我们对神经系统的救世主,也是我们大脑的清道夫。
这些发现证明了睡眠不足与阿尔茨海默病的病理机制互为因果,进而形成恶性循环。没有充足的睡眠,淀粉样蛋白就在大脑中堆积,特别是生成深度睡眠的区域。紧接着,深度非快速动眼睡眠的缺失进一步阻碍大脑在夜间清除淀粉样蛋白,导致更多淀粉样蛋白堆积。淀粉样蛋白越多,深度睡眠越少,反之亦然,循环往复。
能通过改善睡眠延缓疾病吗?
所有的这些发现都指向一个令人不安的预测:你一生中缺少的睡眠都会显著提高你患阿尔茨海默病的风险,这一关联现在已经被许多流行病学研究证实并报道了。如果你患有睡眠失调类疾病,例如失眠或睡眠呼吸暂停,并且没有得到有效的治疗,你患阿尔兹海默病的风险会进一步增长。
但是如果反过来思考,我们就会得到一种非常乐观的预测:如果我们能改善睡眠,我们或许就能减少罹患阿尔茨海默病的风险,或至少可以延缓发病。
早期的临床研究也证实了这一点,科研人员对患有睡眠障碍性疾病、但并没有发展成阿尔茨海默病的中老年患者进行研究。当他们的睡眠障碍被成功治愈之后,他们认知能力的衰减速度降低了,阿尔茨海默病的病发也延迟了至少10年。
所以,提升睡眠的长度和质量能够帮助我们抵御阿尔茨海默症。对那些没有睡眠问题的健康人来说,这意味着要投入更多的时间来睡觉睡,最好一晚上能睡够八小时。
可是对于那些睡眠困难,或者由于衰老和痴呆,在生理上无法入睡人群来说,又该怎么办呢?药物似乎并不是解决的办法。目前的助眠药物都无法帮助患者产生自然睡眠,并且与更高的死亡率和患癌率相关。
我的研究团队现在正在尝试用数种大脑电刺激方法,来为老年人和痴呆患者延长深度非快速动眼睡眠。就像合唱团成员跟随领唱一样,我们试图用电流来“跟唱”患者减弱了的睡眠脑电波,人工使它们增强。我们希望在帮助患者恢复一部分深度睡眠之后,可以拯救他们退步了的学习能力和记忆力。
以上所说的只是治疗方法,但我的终极目标是能够预防阿尔茨海默病。如果我们的小规模试验能够成功,我希望以后能研发出一种性价比高、容易普及、能重复使用的方法。最理想的情况是,能在中年人深度睡眠开始减少的时候就人工为他们助眠,这要比阿尔茨海默病最终发展成定局提前几十年。我承认这一目标设的有些过高,显得野心勃勃,甚至看起来很鲁莽,但当一个人目睹家人与这种可怕的病魔斗争时,这个目标又变的义不容辞。
最后,需要澄清的是:睡眠不足只是导致阿尔茨海默病的几种重要原因之一。睡眠本身并不是消除痴呆症的魔法。但无论你现在年龄多大,把睡眠放在首要的位置都是降低你患阿尔茨海默病风险的有效方法。这是一个值得让我们每个人警醒的事实。
(本文原载于微信公众号“环球科学ScientificAmerican”,撰文 | Matthew Walker,翻译 | 张清越,审校 | 李晶晶。原标题:熬夜真的会变傻:睡眠不足,患阿尔茨海默病风险增高。澎湃新闻经授权后转载)
责任编辑:王盈颖澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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