Nature重磅：揭開睡眠之謎！睡眠調動血細胞清除有毒代謝廢物，保護大腦功能和健康

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

所有已知的動物都會都會睡眠或表現出某種形式的睡眠行為，對于人類而言，一生中有將近三分之一的時間是在睡眠中度過。睡眠不僅僅幫助我們解除疲勞，它還對大腦健康和功能至關重要。

多年來，探尋“人類為何要睡覺”這一問題的研究領域已從心理學轉向了細胞的深層分子機制。

近日，賓夕法尼亞法學的研究人員在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：Sleep-dependent clearance of brain lipids by peripheral blood cells 的研究論文。

這項研究表明，睡眠在本質上是神經元的一種代謝挽救行動。在白天，大腦細胞中的線粒體產生能量，但同時也會生成有毒的副產物——活性氧（ROS），如果缺乏睡眠，這種氧化損傷就會累積，危及那些讓我們保持思維能力的細胞結構。

這項研究在果蠅模型中進行的研究為我們揭示了睡眠一個前所未見的關鍵功能：睡眠調動了外周血細胞，在睡眠期間充當“清潔工”，進入大腦清除白天產生的有害脂質代謝廢物，如果這個過程被破壞，不僅會導致失眠，還會引發大腦代謝危機、損害記憶并縮短壽命。

研究團隊進一步提出，作為哺乳動物小膠質細胞“前體”的外周血細胞在睡眠期間執行日常功能，以維持大腦功能和健康。

睡眠時，血液中的“清道夫”前往大腦

在這項研究中，研究團隊發現，在果蠅體內，一種名為血細胞（haemocyte）的免疫細胞（功能類似我們血液中的巨噬細胞），會在果蠅睡眠時，特異性地遷移并聚集到大腦周圍。

這些血細胞通過一個名為Eater的“識別器”（一種吞噬受體），從大腦的膠質細胞中攝取脂質。這些脂質以“脂滴”的形式存在，是神經元在清醒時因氧化應激產生的“代謝垃圾”，它們被轉移到膠質細胞中暫存。

“清潔工”罷工，后果很嚴重

為了探究這個清理過程的重要性，研究團隊敲除了血細胞中的

eater

1、失眠：果蠅的睡眠時間顯著減少，睡眠變得碎片化。

2、大腦“垃圾”堆積：由于血細胞無法有效攝取脂質，大腦膠質細胞中的脂滴大量積累。

3、代謝紊亂：大腦內乙酰輔酶 A 水平飆升，導致包括線粒體關鍵蛋白（PGC1α 和DRP1）在內的多種蛋白質過度“乙酰化”。

4、能量危機與氧化損傷：線粒體功能紊亂，NAD+ 水平下降，活性氧（ROS）增加，意味著細胞處于代謝壓力和氧化損傷狀態。

5、功能受損：果蠅表現出記憶缺陷和壽命縮短。

eater

關鍵驗證：細胞移植與營養干預

研究團隊通過巧妙的實驗證實了“血細胞-Eater”通路的核心地位：

細胞移植：將正常果蠅的血細胞移植到

eater

營養干預：給

eater

機制鏈條：從脂質清理到大腦健康

這項研究描繪出一個清晰的因果鏈條——

清醒 → 神經元產生氧化損傷 → 脂質被轉移至膠質細胞形成脂滴 → （進入睡眠）→ 外周血細胞被招募至大腦 → 通過 Eater 受體從膠質細胞攝取脂滴 → 脂質被清除 → 大腦代謝平衡得以維持 → 睡眠穩定、記憶正常、壽命健康。

如果“血細胞-Eater”這個清理步驟失效，脂質就會在膠質細胞中堆積，觸發一系列連鎖反應（乙酰輔酶A↑、蛋白乙酰化↑、NAD+↓、線粒體功能紊亂、活性氧↑），最終破壞睡眠并損害大腦功能。

深遠意義：刷新對睡眠功能的認知

這項研究的突破性在于——

• 視角轉變：將睡眠功能的研究從“大腦中心”視角，擴展到了“大腦-外周免疫系統”互作的全局視角。睡眠不僅僅是大腦內部的活動，更是協調全身資源（尤其是免疫系統）進行大腦維護的關鍵時機。

• 細胞機制：超越了以往關注的免疫信號分子，首次明確了特定的外周免疫細胞及其分子機制在每日生理性睡眠中的核心作用。

• 進化啟示：果蠅沒有哺乳動物特有的小膠質細胞。該研究提示，在進化過程中，循環血細胞可能扮演了類似小膠質細胞“前體”的角色，在睡眠期間執行大腦脂質清除功能。這為理解哺乳動物睡眠與免疫的關系提供了新線索。

總的來說，這項研究像拼上了一塊關鍵拼圖，告訴我們：睡眠的一個重要使命，是開啟一個由外周免疫細胞主導的“大腦深度清潔模式”。它通過調動血液循環中的“清潔工”（血細胞），利用特定的“工具”（Eater 受體），清理清醒時大腦積累的脂質垃圾。這個過程的順暢運行，是維持大腦代謝平衡、保障認知功能和長期健康的基礎。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-10050-w