睡眠通过维持大脑磷酸化蛋白质组稳态保障生存的关键机制

本研究针对长期睡眠剥夺(Pr-SD)导致死亡的分子机制这一科学难题，通过建立新型SWAM小鼠模型和PONE状态预测系统，首次揭示睡眠通过调控大脑磷酸化蛋白质组平衡来维持生存的核心功能。研究发现PONE状态下大脑激酶/磷酸酶系统失调引发广泛磷酸化紊乱，而每日80分钟恢复睡眠可显著延缓PONE发生并修复磷酸化稳态，为理解睡眠的生物学本质提供了全新分子框架。

　　

在生命科学领域，睡眠作为普遍存在的生物学现象，其核心功能与调控机制始终是未解之谜。尽管已知长期睡眠剥夺(Pr-SD)会导致多种生物死亡，但大脑如何感知睡眠需求、睡眠缺失如何引发致命后果等问题仍悬而未决。经典研究提出的"不可逆转折点"(PONE)状态暗示存在关键生理阈值，然而由于缺乏合适的研究模型和评估方法，这一神秘状态的分子特征始终未被揭示。与此同时，越来越多的证据表明蛋白质磷酸化在睡眠调控中扮演重要角色，但磷酸化稳态是否构成睡眠功能的核心环节尚待证实。

为解决这些关键问题，来自哈尔滨工业大学的研究团队在《Cell Discovery》发表了突破性研究成果。研究人员首先建立了持续水厌恶法(SWAM)小鼠模型，这种创新方法克服了传统睡眠剥夺技术无法实现长期持续剥夺的局限。通过开发基于行为评分的PONE指数系统，研究团队首次实现了对"不可逆死亡状态"的精准预测和阶段划分。结合定量磷酸化蛋白质组学、电生理记录和病毒介导的基因操作等技术，系统解析了睡眠剥夺过程中大脑分子网络的重编程规律。

研究首先证实SWAM模型能有效诱导小鼠进入PONE状态。通过连续脑电图(EEG)记录发现，随着PONE指数升高，小鼠表现出脑电活动显著减弱、神经元静息膜电位异常等特征。

显示，PONE状态发展呈现典型三阶段模式：初始抵抗期、快速进展期和终末衰竭期。值得注意的是，当PONE指数超过6时，即使终止睡眠剥夺，92.7%的小鼠仍会死亡，证实该状态具有不可逆性。

磷酸化蛋白质组分析揭示了PONE状态的核心分子特征。与对照相比，PD组小鼠大脑中19.9%的磷酸肽发生显著改变，而经历相同剥夺时间但未进入PONE的PS组则保持相对稳定。这种变化呈现明显的突触富集特征，涉及谷氨酸能突触、突触小泡释放等关键神经通路。

显示，47个在睡眠剥夺、Sleepy突变体和PONE状态中共同变化的磷酸化蛋白(PD-SNIPPs)构成核心分子界面。激酶基序分析进一步发现，PONE状态下174个激酶信号通路发生显著改变，与突触下调过程高度相关。

研究团队通过基因操作验证了激酶-磷酸酶平衡的关键作用。表达截短型SIK3激酶(sSLP)会加速PONE进程，而突变其催化活性(T221A)则消除该效应。相反，PP2A磷酸酶调控亚基PPP2R5D的S565A突变导致磷酸酶活性增强，同样促进PONE发生。这些结果表明激酶/磷酸酶系统的精确调控是维持生存的关键。

最令人振奋的发现是，每日仅80分钟的恢复睡眠就能显著延缓PONE发生。显示，这种短暂睡眠足以重建大脑磷酸化稳态，特别是在共表达PP2CA时可完全抵消sSLP的致死效应。这为"睡眠通过维持磷酸化稳态保障生存"的理论提供了直接证据。

这项研究确立了磷酸化稳态作为连接睡眠调控与生存保障的核心分子机制。提出的"磷酸化反馈调节系统"(PBFR)创新性地统一了睡眠需求积累与功能实现的分子路径，为理解睡眠的生物学意义提供了全新框架。在应用层面，研究发现的PD-SNIPPs等分子标记物为睡眠障碍诊疗提供了潜在靶点，而SWAM模型与PONE评估体系则为相关研究建立了重要工具平台。该成果不仅解决了睡眠研究领域的核心问题，也为探索神经退行性疾病等与睡眠紊乱相关的病理机制开辟了新方向。