二甲基亚砜扰乱多物种睡眠相关行为组织并混淆睡眠表型解读

《Frontiers in Toxicology》：Dimethyl sulfoxide perturbs sleep-related behavioral organization in multiple species and confounds interpretation of sleep phenotypes

　　

二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide，DMSO）是生物学研究中极常用的溶剂，通常被视作惰性实验载剂。然而DMSO可改变生理功能，引发对其影响行为表型的担忧，该担忧在睡眠研究中尤为突出，因为睡眠相关行为对生理扰动高度敏感。本研究系统考察了DMSO对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）与寻常水螅（Hydra vulgaris）睡眠相关行为的影响。在果蝇中，DMSO呈剂量依赖性地改变夜间睡眠，增加运动活动，延长睡眠潜伏期，缩短平均睡眠片段长度并增加睡眠片段次数。在水螅中，2% DMSO增加总睡眠样行为及睡眠片段次数，同时降低觉醒运动活动与睡眠潜伏期。尽管两物种总睡眠变化方向不同，但均表现出DMSO暴露后睡眠相关行为组织的破坏。此外，高浓度DMSO诱发严重生理损伤，包括果蝇寿命缩短及水螅形态恶化与死亡。上述发现证明DMSO在睡眠研究中并非被动溶剂，而是具有生物活性的扰动因子，能够在果蝇与水螅中混淆睡眠相关行为表型。本研究凸显了在睡眠行为与药理研究中仔细评估溶剂效应的重要性。

研究背景与立项依据

睡眠是进化上保守的基础行为，受神经元活动、代谢、氧化应激、膜兴奋性、昼夜节律与稳态调节等多生理过程整合控制，因此睡眠结构对生理扰动高度敏感。药理研究常将疏水性化合物溶于载剂溶剂后给药，二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide，DMSO）因强增溶能力与膜通透性被频繁使用，且低浓度常被视为惰性。但已有证据表明DMSO可改变膜通透性、脂质有序性与流动性，即便0.1%–1%亦可产生可测生理效应，在啮齿类亦能改变睡眠结构。由于睡眠表型极易被溶剂诱导的兴奋性、氧化应激或膜特性改变所混淆，DMSO在果蝇与水螅睡眠研究中的系统性影响此前不清。研究人员因此在《Frontiers in Toxicology》报道了跨物种系统评估DMSO睡眠扰动效应的工作。

主要技术方法概览

研究人员采用两类进化距离较远的样本队列：黑腹果蝇w¹¹¹⁸品系（BDSC #5905）分年轻（羽化后8–9天）与衰老（35–37天）雌雄组，单只入管喂含0.05%–2% DMSO的2%琼脂+4%蔗糖食料；寻常水螅（H. vulgaris strain 105）非出芽个体饥饿24小时后转入含0.5%–5% DMSO的水螅培养液（Hydra culture solution，HCS）硅腔。果蝇运动由果蝇活动监测系统（Drosophila Activity Monitor system，DAM2）红外梁跨越计数，按≥5分钟不动定义睡眠；水螅以850 nm红外照明配CMOS相机5秒间隔采帧，ImageJ宏做帧减量化运动，以2分钟区间平均运动分数（fraction of movement，FOM）质控。辅以双选取食偏好实验排除摄食回避、Kaplan–Meier生存曲线评估寿命。统计在R 4.3.3中用ANOVA、Kruskal–Wallis、ART ANOVA及log-rank等检验（P<0.05）。

研究结果

3.1 DMSO alters sleep-related behavioral parameters independently of feeding avoidance

双选偏好实验显示除年轻雌蝇在2% DMSO显著避食外，其余条件无显著厌食，排除行为变化继发于拒食。果蝇暗期睡眠呈剂量依赖改变（0.5%–2%显著），光期影响有限；暗期入睡后睡眠潜伏期延长。结论：DMSO直接扰动果蝇睡眠相关参数而非经摄食回避。

3.2 DMSO disrupts sleep architecture in Drosophila

DMSO缩短暗期平均睡眠片段长度（average sleep-bout length，ABL）并增加睡眠片段数，两指标同步变化表明睡眠结构碎片化而非总量简单增减。结论：DMSO破坏果蝇睡眠架构稳定性。

3.3 DMSO dose-dependently alters locomotor activity

暗期总运动随DMSO剂量上升；年轻蝇觉醒活动（beam crossings per waking minute，ZT13–24）未变，衰老蝇觉醒活动浓度依赖增加（雄1%、雌1%–2%显著）。结论：DMSO广泛扰动行为组织，衰老个体夜间多动不能仅用觉醒延长解释。

3.4 High-dose DMSO induces systemic physiological impairment in Drosophila

连续2% DMSO使果蝇生存曲线显著下移（雄P=1.0×10^?8，雌P=2.0×10^?14），约11–14天起死亡陡增，18–21天近全灭；低浓度影响小。结论：高剂量DMSO引系统性生理损伤，行为表型与毒理生理扰动连续谱相关。

3.5 DMSO alters sleep-related behaviors in Hydra vulgaris

水螅0.5% DMSO无大变；2% DMSO增总睡眠样时长与片段数，ABL基本不变，觉醒活动与光期睡眠潜伏期降；3%–5%致形态恶化死亡无法分析。结论：DMSO在水螅亦扰睡眠相关行为组织，方向异于果蝇但片段化趋势共存，且行为改变可早于形态异常出现。

讨论与结论翻译

讨论指出DMSO非常规惰性载剂而是生物活性扰动因子，常用浓度即可改睡眠组织；睡眠架构（片段稳定性、潜伏期）比总时长更敏感到非特异生理扰动；两物种总睡眠方向相反但均见片段数增加，差异来自神经系构成、膜组成、代谢与给药途径（水螅体表吸收vs果蝇口服经消化间接作用）；高浓度现系统性毒理生理中断，行为改变与显形毒性处连续谱；机制可能涉及膜性质、ROS（reactive oxygen species）、乙酰胆碱酯酶抑制等但未直接验证。研究提示未来药理与行为实验须设匹配DMSO对照、独立验证溶剂效应，睡眠架构可作溶剂毒性的早期敏感指标。

结论节译：本研究表明DMSO在果蝇与水螅中显著扰动睡眠相关行为表型；果蝇夜睡减、片段增、ABL降、运动增，水螅2% DMSO总睡眠样增、觉醒运动减、潜伏期降；高浓度致果蝇寿短、水螅形态死。DMSO非被动载剂而为具生物活性扰动因子，可混淆睡眠表型解读；睡眠相关研究须审慎评估溶剂效应并设DMSO-only对照以区分化合物与溶剂贡献。