科學家熱議：新研究挑戰“睡眠幫助清除大腦毒素”之說

·“雖然我們的研究證明清除毒素可能不是我們需要睡眠的關鍵原因，但睡眠的重要性是無可爭議的。睡眠中斷是癡呆症患者的常見症狀，我們仍然不知道這是不是疾病進展的結果或驅動因素。出於某種原因，良好的睡眠很可能有助於降低癡呆症風險。”

人需要睡眠，至今沒人真正知道爲什麼。過去10年流行的一個理論是，睡眠通過類淋巴系統（glymphatic system）從大腦中清除廢物和毒素。支持者說，睡眠問題會破壞這個過程，從而增加患阿爾茨海默病和其他腦部疾病的風險。

近年來，一些科學家對這一理論的某些方面提出了挑戰。近日，一項新研究測量了小鼠大腦中熒光染料的清除率和液體運動，表明這個過程實際上與清醒、睡眠或麻醉狀態無關。在睡眠和麻醉期間，大腦的毒素清除率和液體運動顯著降低，而不是增加。

相關研究以簡短通訊（brief communications）的形式於2024年5月13日在線發表於《自然-神經科學》（Nature Neuroscience），通訊作者是英國倫敦帝國理工學院（Imperial College London）癡呆症研究所的Nicholas P. Franks和 William Wisden。

2013年，美國羅切斯特大學（University of Rochester）的神經科學家Maiken Nedergaard及其團隊將熒光染料注入實驗小鼠的小腦延髓池，用於觀察腦脊液（CSF）的實時流動。小腦延髓池位於顱後窩的後下部，大腦的外部，爲大腦提供腦脊液。研究團隊發現，與清醒時相比，當小鼠處於睡眠或麻醉狀態時，腦脊液的流入量增加，穿透大腦。

研究人員因此得出結論：小鼠睡眠時，更多的液體流經大腦並排入血液或淋巴管。Nedergaard提出，這種外排依賴神經元之間的微小淋巴管泵送液體，她的團隊在早期的一項研究中已經確定了這一點。

在近日發表的研究中，Nicholas Franks等人使用了不同的技術，他們將熒光染料直接注射到小鼠的大腦中，並用遠離注射部位、在大腦另一部分的傳感器測量其濃度。該傳感器顯示，在小鼠清醒時，熒光染料比它們睡着或麻醉時少得多。

美國加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）的生物學家Stephen Proulx稱這項新研究的方法“非常聰明”。2018年，Proulx團隊有類似發現，當時他和同事將熒光染料注射到小鼠的小腦延髓池中，發現它們在清醒的小鼠中比在麻醉的小鼠中更快地進入全身血液。

據《科學》（Science）雜誌報道，Nedergaard表示，這項新研究並沒有嚴重挑戰她的結果。“你不能做一些完全不同的事情，然後說所有的舊數據都是錯誤的。”她說。

據悉，Nedergaard正在給《自然-神經科學》寫信，詳細說明她的擔憂。其中之一是染料在清醒和睡眠時以相同的速度泵入，可能會導致虛假的結果。她的研究發現，神經元在睡眠期間會萎縮，這可能會降低大腦中的壓力，並影響熒光染料流過大腦的速度，不過這一說法遭到他人質疑。

Nedergaard的主要擔憂是，直接注射熒光染料會損害大腦——淋巴系統很脆弱，很容易崩潰。挪威奧斯陸大學（挪威文：Universiteteti Oslo）的Per Kristian Eide說，Franks團隊沒有測量皮層中的熒光染料，而皮層是大多數淋巴清除發生的地方。

荷蘭阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）醫學中心的循環專家Erik Bakker說，大腦可能有多種廢物清理機制，小分子（如熒光示蹤劑）和大分子（如阿爾茨海默病相關蛋白β澱粉樣蛋白）可能以不同的方式離開大腦。

Nedergaard的團隊正在研究一種齧齒動物模型，該模型產生的廢物可以在離開大腦時被精確追蹤。與此同時，Franks的團隊計劃研究不同大小的分子在大腦中的行爲方式，以及可能首先將含有廢物的液體泵入器官的機制。

“雖然我們的研究證明清除毒素可能不是我們需要睡眠的關鍵原因，但睡眠的重要性是無可爭議的。”研究共同負責人Bill Wisden在一份新聞稿中解釋，“睡眠中斷是癡呆症患者的常見症狀，我們仍然不知道這是不是疾病進展的結果或驅動因素。出於某種原因，良好的睡眠很可能有助於降低癡呆症風險。換個角度看，我們研究表明，大腦在清醒狀態下的清除效率很高。一般來說，清醒、活躍和鍛鍊可以更有效地清除大腦中的毒素。”