颠倒“黑白”的代价：控制大脑废物清理的是昼夜节律，而非睡眠！

众所周知，清除体内废物是由淋巴系统所执行的一个重要生物学功能。淋巴系统存在于大多数身体器官和血管中，却唯独没有延伸到大脑。

2012年，美国罗切斯特大学医学中心（URMC）的研究人员发现了大脑中也存在废物清理系统。他们将其称为类淋巴系统。

大脑被蛛网膜包围，浸在脑脊液（CSF）中。脑脊液通过由星形神经胶质细胞所控制的管道系统流入大脑内部，类淋巴系统（glymphatic）便是英文中神经胶质（glia）和淋巴（lymphatic）的合成词。

次年，该团队发现类淋巴系统在睡眠期间最为活跃。

近日，发表在《Nature Communications（自然通讯）》上的这项新研究，同一团队发现控制类淋巴系统的是昼夜节律，即调节睡眠-清醒周期的生物钟，而不是睡眠。

该研究通讯作者、URMC转化神经医学中心联合主任、神经科学家Maiken Nedergaard说：“我们的新研究表明，类淋巴系统的功能不仅取决于睡眠或清醒，还依赖于受生物钟调节的昼夜节律。”

睡眠期间发生的过程之一是清除清醒时积聚在大脑中的有毒代谢产物，其中一种是β-淀粉样蛋白，这是阿尔兹海默症的特征之一。如果不及时清理掉，这种蛋白质将会不断积聚，最终导致“大脑不干净”的神经退行性疾病。而且，基本上所有的神经退行性疾病都与这些细胞废物的积聚有关。这也部分解释了为什么长期睡眠中断是老年痴呆症等神经退行性疾病的早期征兆。

在早期的研究中，Nedergaard的团队发现，类淋巴系统是连接大脑血管的通道网络。这些通道包含来自星形胶质细胞的突触，它们贴附在血管壁周围，并且表达着大量的水通道蛋白（AQP4）。

在睡眠期间，类淋巴系统随着动脉搏动及时将脑脊液泵送到大脑外围管道（内圈管道输送血液），脑脊液快速流经脑组织，将多余的蛋白和废物一并清理掉，然后沿脊柱向下转移到淋巴系统，废物最终进入肝脏被分解。

但这项新研究表明，类淋巴系统的运转是受生物钟控制的，而非我们之前认为的睡眠。

对人类来说，昼夜节律调节着我们白天清醒和晚上睡觉之间的生理周期。

该研究第一作者、Nedergaard实验室的助理教授Lauren Hablitz说：“因为这个周期也会影响类淋巴系统，所以我们的研究表明，靠白天打盹来弥补前一天晚上的睡眠不足，或者需要上夜班的人可能面临着更高的神经系统疾病的风险。”

她补充说：“事实上，临床也研究表明，那些在白天补觉的人面临痴呆症风险的风险要大得多，还可能出现其它的健康问题。”

啮齿动物的睡眠-清醒周期与人类是相反的。在这项最新的小鼠研究中，研究人员为了监测脑脊液在动物大脑中的流动，他们给小鼠注射了一种荧光示踪剂，可以透过头骨进行观察。

结果表明，与小鼠活跃的夜间相比，白天时睡觉的小鼠大脑中的脑脊液流量增加了约53％。

最关键的是，即使研究人员对小鼠进行了昼夜麻醉，类淋巴系统的活动周期仍然持续。当他们把这些啮齿动物放在恒定的光照下10天时，情况依旧如此。

这强有力地证明，昼夜节律控制着类淋巴系统，因此人类在白天睡觉时可能无法让这个“废物清理系统”有效运转。

最后，研究人员证实，流经大脑的脑脊液的昼夜节律调节依赖AQP4。

在经过基因修改缺少这种水通道蛋白的小鼠中，研究人员发现脑脊液随着白天和夜晚潮汐式流动的现象完全消失。

紊乱的昼夜节律

研究人员指出，虽然还需要大量研究，但这项研究表明，扰乱昼夜节律会阻止大脑中有毒废物被有效清除。这可能会导致具有神经退行性疾病（如阿尔茨海默症）特征的慢性炎症。

他们总结道：“尽管类淋巴系统功能尚未在昼夜节律紊乱模型（例如倒班工作者）中被研究过，但已经确定的是，这种生活模式面临着更高的神经退行性疾病风险。所有这些具有不同时间和生物学功能的昼夜节律相互作用影响着类淋巴系统的功能。了解这些有助于预防与昼夜节律紊乱相关的疾病发生率。”