果蝇模型中DEC2P384R突变通过增强线粒体功能延长健康寿命的机制研究

本研究针对慢性睡眠剥夺引发的健康风险，通过果蝇模型揭示了人类短睡基因DEC2P384R的独特作用。研究人员发现该突变在减少睡眠的同时，通过激活线粒体呼吸链（OXPHOS）和应激反应通路，显著延长寿命并改善记忆、运动能力等健康指标。该成果为理解睡眠-代谢-衰老的关联提供了新视角，发表于《iScience》。

　　

睡眠不足已成为现代社会的公共卫生难题，超过30%的成年人每日睡眠不足6小时，这与心血管疾病、代谢紊乱和认知衰退密切相关。然而，自然界存在一类特殊人群——家族性自然短睡者（FNSS），他们携带DEC2^P384R等基因突变，每天仅需6小时睡眠却能保持健康。这种矛盾现象引发了科学家的强烈兴趣：是否这些突变本身具有促进健康的机制？

为解答这个问题，Pritika Pandey等研究团队在《iScience》发表了一项创新研究。他们利用果蝇模型系统研究了人类DEC2^P384R突变的影响。果蝇是研究睡眠和衰老的理想模式生物，其睡眠调控机制与哺乳动物高度保守，包括背扇形体（dFB）等睡眠控制中枢。研究人员通过基因工程技术构建了不含背景突变的新型转基因果蝇品系，在特定神经元中表达人类DEC2^P384R，结合行为学分析、转录组测序和高分辨率呼吸测量等技术展开研究。

主要技术方法包括：1）使用lexA/gal4系统实现神经元特异性表达；2）DAM5H系统监测睡眠行为；3）Illumina RNA测序分析全基因组表达变化；4）Oroboros O2k高分辨率呼吸仪检测线粒体功能；5）氧化应激（Paraquat）和ER应激（Tunicamycin）耐受实验；6）厌恶光抑制实验评估记忆功能。

表达DEC2^P384R的果蝇表现出显著的健康改善

在dFB神经元中表达DEC2^P384R的果蝇夜间睡眠减少30%，但寿命却显著延长。在29°C高温环境下（加速衰老条件），这种延寿效应更为突出。这些果蝇还表现出更强的应激抵抗力：对氧化应激剂Paraquat的存活率提高2倍，对内质网应激剂Tunicamycin的耐受性增强50%。行为学测试显示，30天龄突变果蝇的短期和长期记忆保留率比对照组高40%，50天龄时攀爬能力仍保持年轻水平。

神经元类型特异性效应揭示独立于睡眠的机制

研究团队进一步在不同昼夜节律神经元中表达DEC2^P384R，发现睡眠调控具有神经元特异性：在促进觉醒的M+E神经元（GR19C05）中表达会减少睡眠，而在睡眠促进性DN1神经元中表达反而增加睡眠。但无论睡眠时间增减，所有神经元表达系均显示寿命延长和应激抵抗增强，表明DEC2^P384R的健康效应独立于睡眠调控。肌肉组织中表达该突变则无任何效果，证实其作用依赖于神经系统。

线粒体功能增强是核心机制

RNA测序显示DEC2^P384R果蝇中三羧酸循环（TCA）和氧化磷酸化相关基因显著上调，包括琥珀酸脱氢酶（SDHB）和线粒体融合基因fzo。功能实验证实，突变果蝇胸肌线粒体的琥珀酸和甘油-3-磷酸支持下的呼吸能力提升35%。在人类HEK293细胞中过表达DEC2^P384R同样增强了线粒体复合体II（CII）介导的呼吸效率。这种代谢重编程使生物体更依赖CII而非CI的电子传递，可能减少了自由基泄漏。

结构基础与进化保守性

AlphaFold3蛋白结构预测显示，P384R突变虽未影响DEC2的DNA结合域（bHLH），但改变了富含脯氨酸区域的空间构象，可能削弱其与转录共抑制因子的相互作用。这解释了为何突变体保留DNA结合能力却改变靶基因表达谱。

这项研究首次证实DEC2^P384R突变可直接通过增强线粒体功能和激活应激抵抗通路来促进健康衰老，独立于其短睡表型。该发现为开发抗衰老干预措施提供了新靶点——通过模拟DEC2^P384R的代谢调控作用，或能缓解睡眠不足导致的健康损害。未来研究可进一步探索该突变在哺乳动物中的保守性，以及其调控线粒体的神经内分泌机制。