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Nature 研究人员发现，大脑中存在一种基于“电压门控”的“脂质过氧化记忆”，能够精确记录我们的睡眠需求。

图片来源：论文截图

长久以来，科学家们一直在探索睡眠压力的产生机制，提出了多种假说，包括神经递质的积累、代谢废物的堆积等。然而，这些假说都难以全面解释睡眠需求的调控机制。

研究发现

2025年3月19日，发表在《Nature》期刊上的一项研究“Sleep pressure accumulates in a voltage-gated lipid peroxidation memory”，为我们揭示了睡眠需求调控的新机制。

这项研究聚焦于果蝇的大脑，发现了一种名为Hyperkinetic的蛋白质，它是果蝇体内电压门控钾离子通道（KV channels）的一个关键亚基（β-subunit）。

研究发现，Hyperkinetic蛋白内部的一个微小“能量分子”——烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）辅因子，在睡眠需求的调控中扮演了重要角色。

当大脑活动时，一些由脂质产生的特殊信号分子，例如4-氧代-2-壬烯醛（4-ONE），会与NADPH发生相互作用，改变其状态，从而记录下我们清醒的“时长”。

工作原理

脂质过氧化与信号记录

当细胞膜受到脂质衍生的羰基化合物（如4-ONE）的影响时，Hyperkinetic蛋白中的NADPH会失去一对电子，发生氧化反应。

这个过程就像一个“开关”被拨动，记录下了一次“清醒事件”或“代谢压力”。

氧化还原循环

NADP（NADPH的氧化态）会一直停留在KVβ的活性位点，直到细胞膜发生去极化（与神经元的活动状态有关）时，它才会被释放，并被新的NADPH分子替换。

这个过程就像给“计时器”重新上发条，为下一次的“清醒记录”做好准备。

睡眠压力的累积与释放

随着清醒时间的延长，大脑中越来越多的Hyperkinetic蛋白发生氧化，记录下清醒的时长。

当这些氧化态的Hyperkinetic蛋白积累到一定程度时，大脑会感受到睡眠压力，触发睡眠行为。

入睡后，随着神经元的去极化活动，NADPH重新结合到Hyperkinetic蛋白上，氧化态被还原，睡眠压力逐渐释放。

实验验证

为了验证这一发现，研究团队在果蝇身上进行了一系列实验：

基因改造实验

通过基因手段改造果蝇，使其Hyperkinetic蛋白的功能受到影响。

观察这些果蝇的睡眠行为是否发生变化，发现Hyperkinetic蛋白功能受损的果蝇睡眠模式异常。

脂质水平分析

利用高分辨率扫描微探针基质辅助激光解吸/电离质谱成像（SMALDI-MSI）技术，分析果蝇大脑组织中的4-ONE水平。

发现睡眠剥夺的果蝇大脑中，4-ONE水平显著降低，进一步证明了脂质过氧化与睡眠需求之间的紧密联系。

研究意义

这项研究揭示了睡眠压力积累的一种全新分子机制，将睡眠与细胞的氧化还原状态以及脂质代谢联系起来。它提醒我们：

熬夜的危害

长时间熬夜不仅会导致精神不振、注意力下降等问题，更可能在脑细胞深处留下“氧化损伤”的印记。

虽然大脑具有一定的修复能力，但长期的、持续的“氧化压力”可能会对神经元的正常功能造成损害。

睡眠障碍的治疗

如果能够深入理解这一机制，未来或许可以开发出更有效的干预手段，来改善睡眠障碍。

这对于预防与睡眠不足相关的神经退行性疾病具有重要意义。

Rorsman HO, Müller MA, Liu PZ, Sanchez LG, Kempf A, Gerbig S, Spengler B, Miesenböck G. Sleep pressure accumulates in a voltage-gated lipid peroxidation memory. Nature. 2025 Mar 19. doi: 10.1038/s41586-025-08734-4. Epub ahead of print. PMID: 40108451.

原标题：Nature：研究人员发现大脑竟有“电压记忆”记录睡眠需求！

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