Cell子刊:睡覺療傷!傷口中產生的抗菌肽指揮大腦增加睡眠,促進恢復,提高存活率
欄目:行業新聞 發布時間:2021-06-18

睡覺療傷?傷口中產生的天然抗菌肽可以增加受傷后的睡眠和存活率!

睡眠,或許是最好的療傷神藥,我們經常可以在一些紀錄片看到,動物受傷后活動減少、睡眠時間會大大增多,其中很大一部分正是為了盡快恢復傷口。

事實上,不僅是動物,人類也是如此,不少研究表明,受傷后,睡眠時間越長,傷口恢復得越好。

對此,從邏輯上看,我們的大腦對傷害的反應是延長睡眠時間,這一點也不奇怪。

但是,這一過程又是怎么發生的呢?難道傷口可以持續發送某種遠程信息抵達大腦,并提醒大腦要保持長時間的睡眠以促傷口恢復?

近日,德國德累斯頓工業大學、馬爾堡大學等研究機構的研究人員在 Cell 子刊 Current Biology 雜志上發表了題為:Innate Immunity Promotes Sleep through Epidermal Antimicrobial Peptides 的研究論文。

這項研究表明,受傷時,我們的身體會產生復雜的免疫反應,傷口會產生一些抗菌肽來對抗局部的病原體。而這些抗菌肽也可以充當遠程分子信使,它們從受傷部位通過組織向大腦發出信號,延長機體的睡眠時間并提高受傷后存活的機會。



秀麗隱桿線蟲(C. elegans)是一種常用且重要的模式生物,同時也是用來研究睡眠現象的最簡單的動物。在此項研究中,研究團隊對線蟲進行了大規模的基因篩選,分析了超過4500種不同的基因突變。


研究人員發現,在線蟲幼蟲蛻皮過程中,一種叫做NAS-38的基因的表達活性增加會導致抗菌肽(AMPs)產量的巨大增加。值得一提的是,抗菌肽是人體在傷口內產生的天然抗生素,可以抵抗局部的病原體感染。

進一步的分子機制研究表明,NAS-38蛋白由其血小板反應蛋白結構域負調控,并通過蝦紅素蛋白酶域發揮作用,以此激活表皮中p38絲裂原活化蛋白(MAP)/PMK-1激酶和轉化生長因子β(TGF-β)-SMAD/SMA-3依賴的先天免疫通路,最終導致依賴于STAT/STA-2和SLC6/SNF-12信號通路的抗菌肽基因的表達。



NAS-38的作用分子機制

為了找出抗菌肽與睡眠信號之間的聯系,研究團隊對線蟲的基因表達進行控制——他們停止了線蟲體內抗菌肽的表達,并觀察受傷線蟲的睡眠情況。研究人員發現,當同時關閉了19個負責產生抗菌肽的不同基因,才能在受傷線蟲中觀察到顯著的差異。

該論文的通訊作者Henrik Bringmann教授說道:“我們已經看到,那些沒有產生抗菌肽的線蟲在受傷后睡眠更少。正常情況下,線蟲能在受傷后存活下來,然而,那些不能產生抗菌肽的線蟲卻因為睡眠不足而難以存活。



NAS-38通過促進抗菌肽分泌增加機體睡眠時間

除此之外,研究人員還發現,超過12種表皮抗菌肽可以作為睡眠因子,通過睡眠活躍的RIS神經元在組織間傳遞信號以促進睡眠。在成年個體中,表皮損傷會激活先天免疫、激活抗菌肽的產生來觸發睡眠。



更有趣的是,這一過程需要表皮生長因子受體(EGFR)信號,而在此之前,EGFR信號已知會在細胞應激后促進睡眠。

損傷通過RIS和ALA神經元以及先天免疫應答、AMPs和EGFR信號誘導睡眠

簡單來說,一旦抗菌肽從皮膚傷口釋放出來,它就可以作為一種信使分子,激活大腦中的受體,這種激活就像一個開關,進一步促使睡眠神經元增加睡眠。

人們早就知道抗菌肽在局部發揮作用,但這項研究清楚地表明,抗菌肽也可以作為遠程信使分子,從傷口向神經系統發出睡眠需求的信號。



本研究的模式圖

總而言之,這項研究發現了一種新的機制——皮膚傷口處產生的抗菌肽可以作為一種遠程信號分子向神經系統發出信號來增加保護性睡眠。這一結果進一步強調了睡眠在創傷恢復中的重要作用,而抗菌肽的這種跨組織的促睡眠信號功能也可能促進其他動物的睡眠,包括人類。

論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.10.076

編者按:本文轉載自微信公眾號:Bio生物世界(ID:ibioworld)


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