睡眠剝奪相關(guān)血液生物學(xué)指標(biāo)研究進(jìn)展☆

岳宇嬌 徐平

睡眠剝奪（sleep deprivation）是指因自身原因或者環(huán)境因素?zé)o法滿足正常睡眠需要，表現(xiàn)為睡眠時(shí)間不足或睡眠質(zhì)量下降。睡眠剝奪可導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題，包括增加腦卒中、肥胖、糖尿病、腫瘤、認(rèn)知功能損害、骨質(zhì)疏松癥、心血管疾病患病及死亡風(fēng)險(xiǎn)，增加車禍發(fā)生率及醫(yī)療失誤率等[1-2]。隨著社會生活節(jié)奏加快、工作學(xué)習(xí)壓力上升、夜生活豐富以及電子網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用增加，睡眠剝奪在現(xiàn)代社會尤其是年輕人中已成為普遍存在的現(xiàn)象[3]。目前臨床缺乏有效反映睡眠剝奪嚴(yán)重程度的血液學(xué)生物標(biāo)志物，且睡眠剝奪造成損害的機(jī)制尚不清楚。本文就睡眠剝奪的血液生物學(xué)指標(biāo)研究進(jìn)展作一綜述，主要包括免疫系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)以及神經(jīng)系統(tǒng)等方面相關(guān)指標(biāo)，為進(jìn)一步探索其損傷機(jī)制提供依據(jù)。

1 免疫系統(tǒng)指標(biāo)

1.1 免疫細(xì)胞在生理情況下，睡眠覺醒周期伴隨著循環(huán)的免疫細(xì)胞數(shù)量改變。睡眠剝奪對免疫系統(tǒng)影響顯著，睡眠剝奪的方式不同，研究結(jié)果也有差異。急性睡眠剝奪引起免疫細(xì)胞數(shù)量、分布和功能改變，急性睡眠剝奪后外周血中性粒細(xì)胞總數(shù)升高、成熟中性粒細(xì)胞比例減少[4-5]。短期睡眠剝奪使自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）數(shù)量和活性一過性升高，恢復(fù)睡眠后NK細(xì)胞數(shù)量和功能又逐漸恢復(fù)到原來水平[6]。急性睡眠剝奪所引起的免疫細(xì)胞改變可能與急性應(yīng)激導(dǎo)致下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）激活有關(guān)，然而亞急性及慢性睡眠剝奪對免疫系統(tǒng)影響與HPA軸激活的相關(guān)性并不明顯。如亞急性睡眠剝奪 （連續(xù)1周睡眠時(shí)間＜7 h/d），健康受試者 CD4+T細(xì)胞減少[7]，這可能與 HPA軸受抑制有關(guān)；慢性睡眠剝奪（連續(xù)3周睡眠時(shí)間＜7 h/d）后，結(jié)果T細(xì)胞功能增強(qiáng)，而NK細(xì)胞功能卻下降，但皮質(zhì)醇水平無明顯改變[8]。由于這些研究均未連續(xù)每天多個(gè)時(shí)間點(diǎn)采血分析，沒有針對每名個(gè)體的睡眠時(shí)間進(jìn)行校正，研究期間未考慮是否有未察覺的感染等因素影響，結(jié)果可能存在一定偏倚，故未來研究需要更加嚴(yán)格的條件控制。

1.2 炎癥因子在健康人群睡眠研究中，研究最多的細(xì)胞因子是急性期細(xì)胞因子，如白介素-6（interleukin 6，IL-6）、白介素-8 （interleukin 8，IL-8）、 腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 和白介素-1 （interleukin 1，IL-1）。 睡眠剝奪后外周血中 IL-6、IL-8、TNF-α 及 IL-1水平升高[9-12]，這可能因?yàn)榛钚匝?、核苷（如三磷酸腺苷）和熱休克蛋白等在覺醒期間積累，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子增加，激活免疫細(xì)胞，同時(shí)激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT） 家族蛋白[13]。這在分子信號通路水平反映了睡眠剝奪可能增加炎癥性疾病和某些癌癥的患病風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）CRP是急性期反應(yīng)蛋白，CRP是由IL-6作用于CRP轉(zhuǎn)錄基因而誘導(dǎo)產(chǎn)生，CRP與睡眠聯(lián)系廣泛。睡眠剝奪會導(dǎo)致循環(huán)中CRP升高，脂肪細(xì)胞中IL-6釋放可刺激肝臟釋放CRP，CRP升高可能與IL-6升高有關(guān)[14]。但有趣的是最近一項(xiàng)meta分析發(fā)現(xiàn)，睡眠時(shí)間縮短（睡眠時(shí)間＜7 h/d），與CRP水平升高有關(guān)，而與IL-6升高無關(guān)，長期睡眠時(shí)間縮短與CRP和IL-6升高均有關(guān)[15]。

2 代謝相關(guān)指標(biāo)

2.1 糖化血紅蛋白（hemoglobin A1c，HbA1c）睡眠剝奪與糖尿病之間有密切聯(lián)系，不管是健康人群試驗(yàn)研究還是流行病學(xué)調(diào)查研究都表明，睡眠不足會降低胰島素敏感性和增加2型糖尿病的患病風(fēng)險(xiǎn)[16-17]。在針對糖尿病人群的橫斷面研究中，對患者進(jìn)行Epworth嗜睡量表（Epworth sleepiness scale,ESS）評分發(fā)現(xiàn)，ESS與HbA1c水平呈正相關(guān)（R=0.143，P＜0.001）[18]。睡眠剝奪導(dǎo)致糖代謝紊亂，與肥胖和2型糖尿病關(guān)系密切，如神經(jīng)內(nèi)分泌代謝路徑改變、下丘腦-垂體-腎上腺軸激活、游離脂肪酸增多、交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)等病理生理因素，在睡眠剝奪后都可能導(dǎo)致糖耐量下降和能量平衡失調(diào)，其最基本的原因可能是生物鐘節(jié)律影響代謝節(jié)律[19-20]。

2.2 食欲素-A食欲素是由下丘腦神經(jīng)元分泌的神經(jīng)肽，有食欲素-A和食欲素-B兩種。食欲素通過激活食欲素能神經(jīng)元在睡眠-覺醒周期中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，食欲素能神經(jīng)元減少與發(fā)作性睡病密切相關(guān)[21]。失眠癥患者的食欲素-A水平顯著高于正常睡眠者，且其水平升高與失眠的病程和嚴(yán)重程度有關(guān)[22]。王忠等[23]的研究也證實(shí)睡眠剝奪可以升高血食欲素-A的水平。食欲素能神經(jīng)元終末投射到腹外側(cè)視前區(qū) （ventrolateral preoptic area，VLPO）， 該區(qū)涉及睡眠-覺醒轉(zhuǎn)換，正常睡眠情況下，食欲素-A可有效促進(jìn)覺醒，但慢性睡眠剝奪后VLPO對食欲素-A反應(yīng)下降，不能有效促進(jìn)覺醒[24]。

2.3 瘦素瘦素由脂肪細(xì)胞分泌，主要調(diào)節(jié)能量代謝活動(dòng)，血中瘦素的生理節(jié)律受性別、發(fā)育、進(jìn)食、空腹、睡眠、肥胖和內(nèi)分泌激素調(diào)節(jié)。早前研究發(fā)現(xiàn)，無論急性睡眠剝奪[25]，還是慢性睡眠限制[26]，均會導(dǎo)致血中瘦素水平下降。然而也有研究表明睡眠剝奪后瘦素水平并無明顯變化[27]，但由于該研究選擇的是肥胖受試者，其睡眠時(shí)間和質(zhì)量可能存在很大差異，所以結(jié)果可能存在偏倚。另一項(xiàng)以443名警察為對象的橫斷面研究表明，睡眠時(shí)間平均不足5 h和睡眠時(shí)間超過8 h受試者的瘦素水平均高于平均睡眠5～7 h者[28]。近期一項(xiàng)由14名健康男性受試者參與的非隨機(jī)對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在能量攝入充足、能量消耗減少、食欲和饑餓感沒有變化的條件下，予以受試者每晚限制睡眠4 h，共限制5個(gè)晚上后，其血瘦素水平均升高[29]。睡眠剝奪導(dǎo)致的瘦素水平升高可通過補(bǔ)充睡眠方式恢復(fù)[30]?？傊?，由于睡眠剝奪方式、睡眠時(shí)程、剝奪時(shí)環(huán)境（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或是家里）、參與者體重指數(shù)、性別、食物及活動(dòng)等因素不同，研究結(jié)果差異很大，所以未來的研究應(yīng)該更嚴(yán)格控制這些影響因素。

2.4 1型前膠原氨基末端肽（N-terminal propeptide of type I procollagen,P1NP）P1NP是骨形成的一種特異性標(biāo)記物。骨骼代謝受生物鐘節(jié)律精細(xì)調(diào)節(jié)[31]，睡眠剝奪會干擾生物鐘節(jié)律，從而干擾骨代謝。近期研究發(fā)現(xiàn)，在排除光照、飲食、運(yùn)動(dòng)的影響后，經(jīng)睡眠剝奪的被試血P1NP水平降低，且年輕人比老年人下降更明顯[32]。年齡45歲以上女性睡眠時(shí)間減少（睡眠時(shí)間＜6 h），更容易出現(xiàn)全身及各部位區(qū)域骨密度降低[33]。睡眠剝奪導(dǎo)致骨形成減少及骨密度下降，可能與睡眠剝奪導(dǎo)致的日間睡眠過多而戶外活動(dòng)減少、光照減少，從而維生素D水平下降有關(guān)。

3 神經(jīng)系統(tǒng)指標(biāo)

3.1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子是神經(jīng)營養(yǎng)生長因子家族成員之一，在多個(gè)腦區(qū)參與神經(jīng)元可塑性調(diào)節(jié)。血BDNF水平與患者失眠嚴(yán)重程度密切相關(guān)[34]。近期研究表明，失眠患者中短睡眠時(shí)間組（睡眠時(shí)間＜6 h/d）血BDNF水平相對于失眠患者正常睡眠時(shí)間組 （睡眠時(shí)間≥6 h/d）明顯下降[35]。而另一項(xiàng)研究顯示，受試者經(jīng)急性睡眠剝奪后血BDNF濃度相對于正常睡眠組更高，這可能與急性睡眠剝奪導(dǎo)致適應(yīng)性改變有關(guān)，如大腦通過補(bǔ)償性機(jī)制而維持因睡眠缺失導(dǎo)致的認(rèn)知功能下降[36]。然而，由于睡眠剝奪引起的相關(guān)神經(jīng)化學(xué)變化機(jī)制仍不清楚，其潛在聯(lián)系需要更深入研究。

3.2 神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）和S100鈣結(jié)合蛋白B（S100 calcium binding protein B，S-100B）NSE和S-100B通常存在于神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。而血液中這些因子濃度增加可能提示神經(jīng)元損傷、血腦屏障功能受損，或兩者兼有。一項(xiàng)健康青年男性受試者參與的小樣本研究發(fā)現(xiàn)，在一夜完全睡眠剝奪后，受試者血液循環(huán)中NSE和S-100B濃度較正常睡眠時(shí)升高[37]。但由于相關(guān)研究較少，血清NSE和S-100B升高是否主要由神經(jīng)元損傷、血腦屏障功能受損所致，還是與白細(xì)胞等非神經(jīng)細(xì)胞基因表達(dá)增加有關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。

3.3 淀粉樣蛋白 β（amyloid-β，Aβ）阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）是以進(jìn)行性學(xué)習(xí)記憶障礙為特征的老年性神經(jīng)退行性疾病，Aβ在AD發(fā)生發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用，目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Aβ的產(chǎn)生和清除失衡導(dǎo)致AD的發(fā)生和發(fā)展[38]。睡眠有利于腦代謝產(chǎn)物清除和腦功能恢復(fù)，睡眠剝奪可導(dǎo)致血漿Aβ40升高，以及Aβ42/Aβ40比值降低，其機(jī)制可能與AD的氧化應(yīng)激增強(qiáng)和外周Aβ清除功能受損有關(guān)[39]。

4 其他指標(biāo)

血漿睪酮水平呈晝夜節(jié)律變化，在睡眠時(shí)達(dá)到高峰，睪酮的增加依賴于睡眠，而不是晝夜節(jié)律[40]。一項(xiàng)小樣本健康男性前瞻性隨機(jī)交叉研究顯示，睡眠剝奪可導(dǎo)致血漿睪酮水平下降，而老年男性睪酮水平下降更為顯著[41]。其機(jī)制可能與睡眠剝奪引起垂體性腺功能減退有關(guān)[42]。

5 小結(jié)

綜上所述，睡眠剝奪可導(dǎo)致HPA軸激活，血IL-6、TNF-α、IL-1水平可有效反映睡眠剝奪后機(jī)體炎癥應(yīng)激反應(yīng)的程度。而P1NP有希望用于評估睡眠剝奪對骨代謝影響嚴(yán)重程度，以及評估睡眠干預(yù)治療后的效果。睡眠活動(dòng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能中起著至關(guān)重要的作用[43]，睡眠剝奪使神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)興奮，從而產(chǎn)生興奮毒性作用而損傷神經(jīng)細(xì)胞，血BDNF、NSE、S-100B水平在反映神經(jīng)損傷程度方面具有較大可能性。血食欲素-A水平則有望成為失眠嚴(yán)重程度的生物標(biāo)記物。盡管睡眠剝奪相關(guān)生物標(biāo)志物應(yīng)用于臨床還需要進(jìn)一步研究，但這將是理解睡眠剝奪所導(dǎo)致的病理生理變化的重要一步。未來研究除了探索睡眠剝奪的潛在生物標(biāo)記物及其臨床應(yīng)用，還需要更進(jìn)一步探究睡眠剝奪引起病理生理改變的相關(guān)機(jī)制。