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撰文 | 祝葉華（清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程博士）
責(zé)編 | 李 娟
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春困秋乏夏打盹，睡不醒的冬三月。困，貌似充斥在現(xiàn)代人生活的每一天，睡少了困，睡多困，不睡更困，越來越多的人覺得自己睡了假覺，一大波特“困”生涌現(xiàn)出來，睡眠問題逐漸上升為全球的公共衛(wèi)生問題。
2017年3月21日是第17個(gè)世界睡眠日，“健康睡眠，遠(yuǎn)離慢病”是此次睡眠日主題。睡眠不足會(huì)加大多種慢性疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)，心血管病、抑郁癥、代謝性疾病、精神疾病、肥胖和癌癥等都可能由長期睡眠不足而引發(fā)（圖1）?！?015年中國睡眠指數(shù)報(bào)告》中顯示，中國有近1/3的人存在嚴(yán)重睡眠不足的問題；中國睡眠研究會(huì)發(fā)布的《2017中國青年睡眠現(xiàn)狀報(bào)告》也指出，中國青年人的睡眠狀況更引人堪憂，在受訪的6萬人中（調(diào)查范圍涵蓋10歲~45歲人群）：整體看來，76%表示入睡困難，24%表示整體睡眠狀況不錯(cuò)，而在這24%自認(rèn)為睡眠還可以的受訪者中，一覺睡到大天亮的受訪者僅有11%；而睡醒后精神飽滿的調(diào)查者僅占5.6%，感覺睡了假覺的則高達(dá)91%。
?圖1 睡眠不足對健康生活的威脅。圖片來源：Home Remedies
不規(guī)律的作息會(huì)成為隱藏在人體的“定時(shí)炸彈”，而睡個(gè)好覺已然成為年輕人的奢望。但人類究竟需要多少睡眠？越來越多的科學(xué)研究表明，個(gè)體每天所需的睡眠時(shí)間或許因人而異。
01
睡眠定律是否靠譜？
日出而作，日落而息的生活規(guī)律，從古至今從未改變。但“息”的時(shí)長是多少，有無規(guī)律可循？近年來，關(guān)于人類每天究竟需要多少睡眠的“金科玉律”層出不窮。
新生兒、嬰幼兒、青少年和成年人的睡眠時(shí)間顯然不同。你永遠(yuǎn)不可能要求一個(gè)成年人擁有新生兒的睡眠時(shí)長。不同年齡段人群的睡眠時(shí)長有所不同，而對于同一年齡段人群，每日所需的睡眠時(shí)長也并不完全相同。有人一天睡8個(gè)小時(shí)仍感覺睡不醒，但有人每天睡6個(gè)小時(shí)，就可以活力一整天。
2002年，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校Daniel F. Kripke開展了一項(xiàng)110萬人參與、歷時(shí)6年的癌癥研究項(xiàng)目，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，人類每天的睡眠時(shí)長以6.5~7.4小時(shí)為宜，睡眠時(shí)長在這一范疇的參與者的死亡率最低，高于或者低于這個(gè)數(shù)值范疇，死亡率都有所增加，這一研究結(jié)果發(fā)表在《Archives of General Psychiatry》上[1]。2007年，英國倫敦大學(xué)學(xué)院流行病學(xué)和公共衛(wèi)生系的Jane Ferrie對10308名英國政府職員（年齡介于35~55歲之間）長達(dá)17年的研究結(jié)果也證實(shí)了7小時(shí)睡眠機(jī)制[2]。2014年，美國亞利桑那州立大學(xué)菲尼克斯分校護(hù)理及醫(yī)療創(chuàng)新學(xué)院教授Shawn Youngstedt再次提出7小時(shí)睡眠機(jī)制，他認(rèn)為，7小時(shí)睡眠是最好的，8小時(shí)甚至更長時(shí)間的睡眠是有害的，但低于6小時(shí)的睡眠也是有害的[3]。
究竟人類每天的睡眠時(shí)長是固定不變還是隨著人類的進(jìn)化而有所變更？美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）神經(jīng)科學(xué)家Jerome Siegel的一項(xiàng)研究揭開了這一謎題。2015年，Siegel在《Current Biology》發(fā)文稱，生活在非洲和南美的狩獵采集族群平均每天的睡眠時(shí)間為6.9~8.5小時(shí)，且白天幾乎不會(huì)小憩，他們并不比生活在現(xiàn)代化國家的人群睡得更多。他們同時(shí)調(diào)查了居住在玻利維亞、坦桑尼亞和南非偏遠(yuǎn)地區(qū)的族群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些種群的睡眠習(xí)慣和睡眠時(shí)長極其相似。在這一研究中，Siegel也通過研究南美和非洲前工業(yè)化社會(huì)中族群的睡眠機(jī)制，從側(cè)面推翻了“人類的祖先比我們睡眠時(shí)間要長”的民間說法。文章同時(shí)也反駁了每天8小時(shí)睡眠機(jī)制：即除了那些需要增加睡眠來促進(jìn)大腦生長的青少年外，成年人每天的睡眠時(shí)間未必要達(dá)到8小時(shí)[4]。
越來越多的研究數(shù)據(jù)似乎都傾向于7小時(shí)睡眠機(jī)制，它的提出，對8小時(shí)睡眠機(jī)制和4~5小時(shí)睡眠機(jī)制提出了挑戰(zhàn)，這在學(xué)術(shù)界引起了巨大的爭議。
2017年，美國全國睡眠基金會(huì)（National Sleep Foundations，NSF）對各年齡階段的人群提出了新的睡眠建議[5]（圖2）：
?圖2 NSF對各年齡階段人群提出新的睡眠建議（圖片來源：NSF）
新生兒（0~3個(gè)月）睡眠時(shí)間由12~18 h/d更新為14~17 h/d；
嬰兒（4~11個(gè)月）睡眠時(shí)間由14~15 h/d更新為12~15 h/d；
幼兒（1~2歲）睡眠時(shí)間由12~14 h/d更新為11~14 h/d；
學(xué)齡前兒童（3~5歲）睡眠時(shí)間由11~13 h/d更新為10~13 h/d；
學(xué)齡兒童（6~13歲）睡眠時(shí)間由10~11 h/d更新為9~11 h/d；
青少年（14~17歲）睡眠時(shí)間由8.5~9.5 h/d更新為8~10 h/d；
年輕人（18~25歲）睡眠時(shí)間為7~9 h/d（新的年齡分層）；
成年人（26~64歲）睡眠時(shí)間維持不變，7~9 h/d；
老年人（65歲以上）睡眠時(shí)間為7~8 h/d（新的年齡分層）。
不過，事無絕對，任何一種金科玉律都無法涵蓋所有人群，有部分人的睡眠時(shí)長確實(shí)低于各方給出的參考值，據(jù)說鐵娘子撒切爾夫人和達(dá)芬奇每天均只睡4小時(shí)，也有人宣稱自己每天只睡6小時(shí)，就可精神飽滿一整天。所以睡眠時(shí)長因人而異，而“異”從何來，正是目前科學(xué)家研究的焦點(diǎn)。
02
誰在掌控睡眠機(jī)制“開關(guān)”
睡覺是動(dòng)物的普遍特征，大樣品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要是基于參與者的表觀反應(yīng)來推出“睡眠X小時(shí)，精神一整天”的結(jié)論。但究竟是誰在操控動(dòng)物的睡眠，現(xiàn)在還存在許多未知?？茖W(xué)家們希望能夠從分子層面找出掌控睡眠機(jī)制的“開關(guān)”，揭開睡眠機(jī)制之謎。
科學(xué)家們在多年研究中發(fā)現(xiàn)，人的睡眠和覺醒過程受兩套機(jī)制的調(diào)控：一是晝夜節(jié)律；另一種是體內(nèi)狀態(tài)平衡機(jī)制。這兩套系統(tǒng)共同作用，來決定應(yīng)該何時(shí)入睡，睡時(shí)多長，以及睡眠質(zhì)量。
2009年，加州大學(xué)舊金山分校研究人員發(fā)現(xiàn)，在這兩套機(jī)制中，有一個(gè)名為hDEC2的基因在睡眠調(diào)控方面發(fā)揮著重要作用。如果DEC2蛋白上的一個(gè)氨基酸替換發(fā)生突變，那么就會(huì)導(dǎo)致人出現(xiàn)“睡得少但是睡得好”的表現(xiàn)，通過與同家族中不攜帶這個(gè)突變的人員進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)攜帶突變基因的人平均每天的睡眠時(shí)長是6.25小時(shí)，而不攜帶人員則是8.06小時(shí)[6]。
2016年2月，日本筑波大學(xué)研究人員在《Nature》上發(fā)文稱發(fā)現(xiàn)了2種影響睡眠時(shí)間和睡眠類型的基因突變（圖3）。文章作者在考察了8000多只具有隨機(jī)基因突變的小鼠的睡眠模式后，確定了2種他們稱之為“困倦”和“無夢”的小鼠系列，并分別從其中發(fā)現(xiàn)了2種基因突變，即Sik3和Nalcn基因突變，Sik3基因使內(nèi)在睡眠需求增加，這導(dǎo)致總的覺醒時(shí)間縮短；Nalcn基因則會(huì)導(dǎo)致眼動(dòng)睡眠的總量和片段長度縮短[7]。
?圖3 使用正向遺傳篩選對小鼠睡眠行為進(jìn)行遺傳學(xué)分析步驟。注：利用化學(xué)誘變方法，在小鼠體內(nèi)引入隨機(jī)突變，來觀察小鼠的睡眠反應(yīng)，篩選出“困倦”（Sleepy）和“無夢”（ Dreamless）小鼠系列，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)Sik3和Nalcn基因突變。（圖片來源：Nature）
2017年4月5日，一篇發(fā)表在《Science Advances》上的研究論文中，揭示了FABP7基因如何參與和影響人類在內(nèi)的3種不同動(dòng)物（人類、小鼠和果蠅）睡眠質(zhì)量。小鼠作為研究對象的原因自不必多說，至于為何選取果蠅作為參考物，科學(xué)家也給出了合理的解釋，他們認(rèn)為人類大腦的復(fù)雜性使篩選影響睡眠的重要神經(jīng)元的工作困難重重，因此可以將研究切入點(diǎn)放在與人類作息規(guī)律相似且大腦系統(tǒng)相對簡單的果蠅身上。
3種不同動(dòng)物的樣本觀測和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ABP7基因是哺乳動(dòng)物正常睡眠所必需的，如果人體內(nèi)的FABP7基因發(fā)生變異，這些人往往在睡覺的時(shí)候更容易醒；同樣，將小鼠的FABP7基因敲除后，小鼠的睡眠就會(huì)變的斷斷續(xù)續(xù)，睡眠質(zhì)量有所下降。這種基因在果蠅身上也得到了驗(yàn)證，研究人員將發(fā)生突變和正常人的FABP7基因插入到果蠅的星形膠質(zhì)細(xì)胞（圖4）中，同時(shí)使用“果蠅活動(dòng)監(jiān)視器”來監(jiān)測果蠅的睡眠，監(jiān)測器通過紅外光束來判斷果蠅清醒或者睡著的睡眠狀態(tài)，如果紅外光束連續(xù)發(fā)出超過5分鐘，那么儀器就默認(rèn)果蠅進(jìn)入睡眠狀態(tài)。監(jiān)測結(jié)果表明，F(xiàn)ABP7基因的變化會(huì)改變果蠅的睡眠質(zhì)量，攜帶FABP7突變基因的果蠅睡眠時(shí)間不連續(xù)。雖然這項(xiàng)研究結(jié)果探測到了FABP7這種影響睡眠質(zhì)量的基因，不過文章通訊作者華盛頓州立大學(xué)埃爾森-弗洛伊德醫(yī)學(xué)院助理教授Jason R. Gerstner也明確表示，除了FABP7基因以外還存在其他基因來參與睡眠質(zhì)量的調(diào)控[8]。
?圖4 星形膠質(zhì)細(xì)胞（圖片來源：axolbio）
不僅如此，大腦中的神經(jīng)細(xì)胞有時(shí)也會(huì)充當(dāng)“鬧鐘”，來實(shí)現(xiàn)“喊醒”和“喊睡”的睡眠開關(guān)功能。
英國牛津大學(xué)教授Gero Miesenbock有近50年的睡眠機(jī)制開關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，2014年他與合作者Jeffrey Donlea在《Neuron》上撰文宣稱發(fā)現(xiàn)了果蠅大腦中控制睡覺的“開關(guān)”。他們認(rèn)為，這種睡眠“開關(guān)”是經(jīng)由大腦的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行睡眠調(diào)控的，當(dāng)身體處于疲勞時(shí)，該“開關(guān)”就會(huì)向大腦喊話，提醒你該去休息了[9]。2016年8月，Gero Miesenbock又在《Nature》上發(fā)文揭示了影響果蠅睡眠開關(guān)的分子機(jī)理。在他們看來，睡眠開關(guān)不開即閉，只有這兩種狀態(tài)。研究人員利用光遺傳技術(shù)來刺激多巴胺的產(chǎn)生，當(dāng)多巴胺系統(tǒng)被激活時(shí)，果蠅大腦中的睡眠控制神經(jīng)元就“沉默”了，果蠅就會(huì)醒過來；而當(dāng)多巴胺的運(yùn)輸受阻時(shí)，睡眠控制神經(jīng)元就會(huì)回歸到電活性狀態(tài)，這樣果蠅就會(huì)睡過去。乍一看，這與自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的“溫控器”有點(diǎn)類似[10]。
北京大學(xué)教授饒毅課題組在睡眠的分子遺傳學(xué)機(jī)制方面也有10多年積累，2016年9月22日，他在清華大學(xué)的“水木清華生命科學(xué)講座系列”中介紹了其課題組目前尚未正式發(fā)表的用遺傳學(xué)和分子生物學(xué)來研果蠅、小鼠和人類睡眠機(jī)制的研究情況。饒毅課題組利用近11年的時(shí)間，發(fā)展了化學(xué)連接組方法（CCT），這種方法是基于分子生物學(xué)標(biāo)記突觸神經(jīng)遞質(zhì)及其受體相關(guān)蛋白，結(jié)合遺傳操作手段，利用邏輯門的推理，發(fā)現(xiàn)和闡明結(jié)構(gòu)和功能環(huán)路，提供研究行為和認(rèn)知環(huán)的新途徑[11]。
外界溫度、亮光以及人為因素也同樣影響著人類的睡眠。而在特“困”人群中，除去那些有睡眠障礙而睡不著的，仍有相當(dāng)一部分舍不得睡人群。
03
特“困”生的眾生相：睡不著和不想睡
人類到底需要多少睡眠是個(gè)復(fù)雜的科學(xué)問題，問題的答案因人而異。通過研究睡眠機(jī)制，科學(xué)家們試圖從中找出影響睡眠時(shí)長和質(zhì)量的關(guān)鍵因子，進(jìn)而可以睡眠障礙人群的睡眠問題。但對于那些沒有睡眠問題，單純不想睡的人而言，科學(xué)家所有的工作可能都是徒勞。
現(xiàn)代人睡眠問題出現(xiàn)了兩種極端：睡不著和不舍得睡。睡不著暫且不說，但智能手機(jī)的普及，讓許多年輕人不舍得睡。手機(jī)偷走了睡眠，其實(shí)也偷走了健康，因睡眠問題而引發(fā)的多種慢性疾病，逐漸從年輕人身上體現(xiàn)出來。不僅如此，有研究表明，本來“健康”的睡眠系統(tǒng)，如果長期“違規(guī)運(yùn)行”，也會(huì)出現(xiàn)從不想睡轉(zhuǎn)變成睡不著的慘淡局面，屆時(shí)再去咨詢醫(yī)生，尋求科學(xué)家的幫助，就真的是作繭自縛了。
參考文獻(xiàn)：
[1] Study Links Longer Night''s Sleep to Increased Death Rate[N]. https://www.scientificamerican.com/article/study-links-longer-nights/.
[2] Jane E. Ferrie, Martin J. Shipley, Francesco P. Cappuccio, et al. A Prospective Study of Change in Sleep Duration: Associations with Mortality in the Whitehall II Cohort[J]. Sleep, 2007, 30(12):1659-1666.
[3] You might be getting too much sleep, not too little[N]. http://www.marketwatch.com/story/you-might-be-getting-too-much-sleep-not-too-little-2014-07-22.
[4] Gandhi Yetish, Hillard Kaplan, Michael Gurven, et al. Natural sleep and its seasonal variations in three pre-industrial societies[J]. Current Biology, 2015, 25(21):2862-2868.
[5] HOW much sleep do we really need? https://sleepfoundation.org/how-sleep-works/how-much-sleep-do-we-really-need/page/0/1.
[6] Ying He, Christopher R. Jones, Nobuhiro Fujiki, et al. The transcriptional repressor DEC2 regulates sleep length in mammals[J]. Science, 2009, 325(5942):866-870.
[7] Funato H, Miyoshi C, Fujiyama T, et al. Forward-genetics analysis of sleep in randomly mutagenized mice[J]. Nature, 2016, 539(7629): 378-383.
[8] Jason R. Gerstner, Isaac J. Perron, Samantha M. Riedy, et al. Normal sleep requires the astrocyte brain-type fatty acid binding protein FABP7[J]. Science Advances, 2017, 3(4): e1602663.
[9] Donlea J M, Pimentel D, Miesenb?ck G. Neuronal machinery of sleep homeostasis in Drosophila[J]. Neuron, 2014, 81(4):860-872.
[10] Diogo Pimentel, Jeffrey M. Donlea, Clifford B. Talbot, et al. Operation of a homeostatic sleep switch[J]. Nature, 2016, 536:333–337.
[11]http://news.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/9945/2016/20160928115408734553922/20160928115408734553922_.html.
制版編輯：董鏘丨
