睡眠是人體的一種修復過程，可以恢復精神和解除疲勞。人的一生中，大約三分之一的時間是在睡眠中度過，良好的睡眠是國際社會公認的三項健康標準之一，而睡眠時間過短或睡眠不佳均會影響健康。

在中國，超3億人存在睡眠障礙、成年人失眠發生率高達38.2%、超9成小學生睡眠時長未達標，也就是說，有超過3億中國人存在睡眠障礙，而且這一數據還在逐年上升中。

從線蟲、果蠅到人類，睡眠對于所有擁有神經系統的動物來說都是不可或缺的。盡管在睡眠時，喪失警惕的動物更容易被捕食，它們為什么即使是冒著死亡的風險也要睡覺？

近日，以色列巴伊蘭大學的研究人員在" Molecular Cell "期刊上發表了一篇題為" Parp1 promotes sleep，which enhances DNA repair in neurons "的研究論文，該研究從細胞水平揭示了為什么需要睡覺。

該研究表明，在清醒時，神經元DNA損傷的積聚會增加睡眠壓力，在睡眠期間，細胞內進行了有效的DNA修復，會降低這種壓力。

清醒狀態下，受紫外線照射、神經元活動、輻射、氧化應激等因素的影響，DNA損傷在包括神經元在內的細胞內積累，這其中就包含了DNA雙鏈斷裂。DNA損傷積累，會對機體健康造成嚴重影響，誘發認知衰退、癌癥等。

在該研究中，研究人員利用斑馬魚進行了一系列實驗。斑馬魚具有絕對的透明度、夜間睡眠和與人類相似的簡單大腦，是研究的完美受體。

通過紫外線輻射、藥理干預和光遺傳學，使斑馬魚保持清醒狀態，誘導斑馬魚的DNA損傷。隨后，研究人員檢測了斑馬魚神經元中DNA雙鏈斷裂的情況。

研究發現，清醒時，神經元中DNA雙鏈斷裂顯著增多。隨著DNA損傷的增加，睡眠的需求也會增加。而到了某個時刻，DNA損傷積累達到某個值時，觸發了睡眠的沖動，斑馬魚就進入睡眠狀態。隨后的睡眠促進了DNA修復，減少了DNA損傷。

清醒與睡眠階段的DNA斷裂與修復

在證實了累積的DNA損傷是驅動睡眠的因素后，研究者進一步找到了斑馬魚為了減少睡眠壓力與DNA損傷所需的最短睡眠時間。

研究發現，每晚6小時的睡眠足以減少DNA損傷。令人震驚的是，在睡眠不足6小時的情況下，DNA的損傷不能充分減少，導致斑馬魚白天也睡覺。

那么，具體又是大腦中的什么機制參與了這個過程呢？

研究人員通過熒光標記了修復蛋白等方法，發現了一種名為PARP1的蛋白質在相關神經機制中扮演者關鍵角色。蛋白質PARP1是DNA損傷修復系統的一部分，是最先快速反應的蛋白質之一。

研究發現，PARP1在DNA斷裂位點的聚集性在清醒時增加，在睡眠時減少。

睡眠時DNA修復

通過基因和藥理學的調控，PARP1的過度表達和敲除不僅表明PARP1的增加促進了睡眠，而且還增加了睡眠依賴性修復。相反，PARP1的抑制阻斷了DNA損傷修復的信號。

為了加強對斑馬魚的研究，研究人員利用小鼠進一步測試了PARP1在調節睡眠中的作用。與研究結果一致，PARP1活性的抑制減少了非快速眼動睡眠的持續時間和質量。

總之，該研究從細胞水平揭示了為什么需要睡覺，證實了大腦需要睡眠來促進DNA修復活動，并表明PARP1標記細胞中的DNA損傷位點，并招募所有相關系統清除了DNA損傷。