睡眠剥夺相关血液生物学指标研究进展☆

岳宇娇 徐平

睡眠剥夺（sleep deprivation）是指因自身原因或者环境因素无法满足正常睡眠需要，表现为睡眠时间不足或睡眠质量下降。睡眠剥夺可导致严重的健康问题，包括增加脑卒中、肥胖、糖尿病、肿瘤、认知功能损害、骨质疏松症、心血管疾病患病及死亡风险，增加车祸发生率及医疗失误率等[1-2]。随着社会生活节奏加快、工作学习压力上升、夜生活丰富以及电子网络产品使用增加，睡眠剥夺在现代社会尤其是年轻人中已成为普遍存在的现象[3]。目前临床缺乏有效反映睡眠剥夺严重程度的血液学生物标志物，且睡眠剥夺造成损害的机制尚不清楚。本文就睡眠剥夺的血液生物学指标研究进展作一综述，主要包括免疫系统、代谢系统以及神经系统等方面相关指标，为进一步探索其损伤机制提供依据。

1 免疫系统指标

1.1 免疫细胞在生理情况下，睡眠觉醒周期伴随着循环的免疫细胞数量改变。睡眠剥夺对免疫系统影响显著，睡眠剥夺的方式不同，研究结果也有差异。急性睡眠剥夺引起免疫细胞数量、分布和功能改变，急性睡眠剥夺后外周血中性粒细胞总数升高、成熟中性粒细胞比例减少[4-5]。短期睡眠剥夺使自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）数量和活性一过性升高，恢复睡眠后NK细胞数量和功能又逐渐恢复到原来水平[6]。急性睡眠剥夺所引起的免疫细胞改变可能与急性应激导致下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）激活有关，然而亚急性及慢性睡眠剥夺对免疫系统影响与HPA轴激活的相关性并不明显。如亚急性睡眠剥夺 （连续1周睡眠时间＜7 h/d），健康受试者 CD4+T细胞减少[7]，这可能与 HPA轴受抑制有关；慢性睡眠剥夺（连续3周睡眠时间＜7 h/d）后，结果T细胞功能增强，而NK细胞功能却下降，但皮质醇水平无明显改变[8]。由于这些研究均未连续每天多个时间点采血分析，没有针对每名个体的睡眠时间进行校正，研究期间未考虑是否有未察觉的感染等因素影响，结果可能存在一定偏倚，故未来研究需要更加严格的条件控制。

1.2 炎症因子在健康人群睡眠研究中，研究最多的细胞因子是急性期细胞因子，如白介素-6（interleukin 6，IL-6）、白介素-8 （interleukin 8，IL-8）、 肿瘤坏死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 和白介素-1 （interleukin 1，IL-1）。 睡眠剥夺后外周血中 IL-6、IL-8、TNF-α 及 IL-1水平升高[9-12]，这可能因为活性氧、核苷（如三磷酸腺苷）和热休克蛋白等在觉醒期间积累，导致促炎细胞因子增加，激活免疫细胞，同时激活信号转导和转录活化蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT） 家族蛋白[13]。这在分子信号通路水平反映了睡眠剥夺可能增加炎症性疾病和某些癌症的患病风险。

1.3 C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）CRP是急性期反应蛋白，CRP是由IL-6作用于CRP转录基因而诱导产生，CRP与睡眠联系广泛。睡眠剥夺会导致循环中CRP升高，脂肪细胞中IL-6释放可刺激肝脏释放CRP，CRP升高可能与IL-6升高有关[14]。但有趣的是最近一项meta分析发现，睡眠时间缩短（睡眠时间＜7 h/d），与CRP水平升高有关，而与IL-6升高无关，长期睡眠时间缩短与CRP和IL-6升高均有关[15]。

2 代谢相关指标

2.1 糖化血红蛋白（hemoglobin A1c，HbA1c）睡眠剥夺与糖尿病之间有密切联系，不管是健康人群试验研究还是流行病学调查研究都表明，睡眠不足会降低胰岛素敏感性和增加2型糖尿病的患病风险[16-17]。在针对糖尿病人群的横断面研究中，对患者进行Epworth嗜睡量表（Epworth sleepiness scale,ESS）评分发现，ESS与HbA1c水平呈正相关（R=0.143，P＜0.001）[18]。睡眠剥夺导致糖代谢紊乱，与肥胖和2型糖尿病关系密切，如神经内分泌代谢路径改变、下丘脑-垂体-肾上腺轴激活、游离脂肪酸增多、交感神经活动增强等病理生理因素，在睡眠剥夺后都可能导致糖耐量下降和能量平衡失调，其最基本的原因可能是生物钟节律影响代谢节律[19-20]。

2.2 食欲素-A食欲素是由下丘脑神经元分泌的神经肽，有食欲素-A和食欲素-B两种。食欲素通过激活食欲素能神经元在睡眠-觉醒周期中发挥调节作用，食欲素能神经元减少与发作性睡病密切相关[21]。失眠症患者的食欲素-A水平显著高于正常睡眠者，且其水平升高与失眠的病程和严重程度有关[22]。王忠等[23]的研究也证实睡眠剥夺可以升高血食欲素-A的水平。食欲素能神经元终末投射到腹外侧视前区 （ventrolateral preoptic area，VLPO）， 该区涉及睡眠-觉醒转换，正常睡眠情况下，食欲素-A可有效促进觉醒，但慢性睡眠剥夺后VLPO对食欲素-A反应下降，不能有效促进觉醒[24]。

2.3 瘦素瘦素由脂肪细胞分泌，主要调节能量代谢活动，血中瘦素的生理节律受性别、发育、进食、空腹、睡眠、肥胖和内分泌激素调节。早前研究发现，无论急性睡眠剥夺[25]，还是慢性睡眠限制[26]，均会导致血中瘦素水平下降。然而也有研究表明睡眠剥夺后瘦素水平并无明显变化[27]，但由于该研究选择的是肥胖受试者，其睡眠时间和质量可能存在很大差异，所以结果可能存在偏倚。另一项以443名警察为对象的横断面研究表明，睡眠时间平均不足5 h和睡眠时间超过8 h受试者的瘦素水平均高于平均睡眠5～7 h者[28]。近期一项由14名健康男性受试者参与的非随机对照试验发现，在能量摄入充足、能量消耗减少、食欲和饥饿感没有变化的条件下，予以受试者每晚限制睡眠4 h，共限制5个晚上后，其血瘦素水平均升高[29]。睡眠剥夺导致的瘦素水平升高可通过补充睡眠方式恢复[30]。总之，由于睡眠剥夺方式、睡眠时程、剥夺时环境（实验室内或是家里）、参与者体重指数、性别、食物及活动等因素不同，研究结果差异很大，所以未来的研究应该更严格控制这些影响因素。

2.4 1型前胶原氨基末端肽（N-terminal propeptide of type I procollagen,P1NP）P1NP是骨形成的一种特异性标记物。骨骼代谢受生物钟节律精细调节[31]，睡眠剥夺会干扰生物钟节律，从而干扰骨代谢。近期研究发现，在排除光照、饮食、运动的影响后，经睡眠剥夺的被试血P1NP水平降低，且年轻人比老年人下降更明显[32]。年龄45岁以上女性睡眠时间减少（睡眠时间＜6 h），更容易出现全身及各部位区域骨密度降低[33]。睡眠剥夺导致骨形成减少及骨密度下降，可能与睡眠剥夺导致的日间睡眠过多而户外活动减少、光照减少，从而维生素D水平下降有关。

3 神经系统指标

3.1 脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）脑源性神经营养因子是神经营养生长因子家族成员之一，在多个脑区参与神经元可塑性调节。血BDNF水平与患者失眠严重程度密切相关[34]。近期研究表明，失眠患者中短睡眠时间组（睡眠时间＜6 h/d）血BDNF水平相对于失眠患者正常睡眠时间组 （睡眠时间≥6 h/d）明显下降[35]。而另一项研究显示，受试者经急性睡眠剥夺后血BDNF浓度相对于正常睡眠组更高，这可能与急性睡眠剥夺导致适应性改变有关，如大脑通过补偿性机制而维持因睡眠缺失导致的认知功能下降[36]。然而，由于睡眠剥夺引起的相关神经化学变化机制仍不清楚，其潜在联系需要更深入研究。

3.2 神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）和S100钙结合蛋白B（S100 calcium binding protein B，S-100B）NSE和S-100B通常存在于神经元和胶质细胞的细胞质中。而血液中这些因子浓度增加可能提示神经元损伤、血脑屏障功能受损，或两者兼有。一项健康青年男性受试者参与的小样本研究发现，在一夜完全睡眠剥夺后，受试者血液循环中NSE和S-100B浓度较正常睡眠时升高[37]。但由于相关研究较少，血清NSE和S-100B升高是否主要由神经元损伤、血脑屏障功能受损所致，还是与白细胞等非神经细胞基因表达增加有关，还有待进一步研究。

3.3 淀粉样蛋白 β（amyloid-β，Aβ）阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是以进行性学习记忆障碍为特征的老年性神经退行性疾病，Aβ在AD发生发展过程中起着关键作用，目前大多数学者认为Aβ的产生和清除失衡导致AD的发生和发展[38]。睡眠有利于脑代谢产物清除和脑功能恢复，睡眠剥夺可导致血浆Aβ40升高，以及Aβ42/Aβ40比值降低，其机制可能与AD的氧化应激增强和外周Aβ清除功能受损有关[39]。

4 其他指标

血浆睾酮水平呈昼夜节律变化，在睡眠时达到高峰，睾酮的增加依赖于睡眠，而不是昼夜节律[40]。一项小样本健康男性前瞻性随机交叉研究显示，睡眠剥夺可导致血浆睾酮水平下降，而老年男性睾酮水平下降更为显著[41]。其机制可能与睡眠剥夺引起垂体性腺功能减退有关[42]。

5 小结

综上所述，睡眠剥夺可导致HPA轴激活，血IL-6、TNF-α、IL-1水平可有效反映睡眠剥夺后机体炎症应激反应的程度。而P1NP有希望用于评估睡眠剥夺对骨代谢影响严重程度，以及评估睡眠干预治疗后的效果。睡眠活动在中枢神经系统功能中起着至关重要的作用[43]，睡眠剥夺使神经细胞持续兴奋，从而产生兴奋毒性作用而损伤神经细胞，血BDNF、NSE、S-100B水平在反映神经损伤程度方面具有较大可能性。血食欲素-A水平则有望成为失眠严重程度的生物标记物。尽管睡眠剥夺相关生物标志物应用于临床还需要进一步研究，但这将是理解睡眠剥夺所导致的病理生理变化的重要一步。未来研究除了探索睡眠剥夺的潜在生物标记物及其临床应用，还需要更进一步探究睡眠剥夺引起病理生理改变的相关机制。