Nature | 睡眠依赖的脑脂质清除：外周吞噬细胞的跨组织代谢作用|介导|吞噬细胞|外周|胶质|脑脂质|血细胞

撰文 | 阿童木

睡眠是一种高度保守的生理状态，几乎存在于所有已研究的动物类群中。其典型特征包括运动减少、对外界刺激反应性降低以及意识水平的可逆性下降。与昏迷或麻醉不同，睡眠可被刺激迅速唤醒，提示其背后存在精细而主动的调控机制。经典模型认为，睡眠由两套相互作用的系统共同决定：一是以昼夜节律为核心的时间调控系统，限定睡眠发生的时间窗口；二是与清醒时长相关的稳态系统，清醒时间越长，体内累积的“睡眠压力”越高【1】。尽管睡眠对生存和健康至关重要，其具体分子基础及核心生理功能至今仍未被完全阐明。

长期以来，睡眠研究主要聚焦于中枢神经系统，尤其是调控“觉醒—睡眠”转换的神经回路与递质网络。然而，越来越多证据表明，睡眠并非完全由大脑自主决定，而是受到外周生理状态的深度影响。睡眠缺失会系统性地扰乱代谢稳态，削弱免疫功能，并放大炎症反应；反过来，外周组织产生的代谢与免疫信号也能够反馈调节睡眠行为【2】。这一双向关系提示，睡眠可能是一种跨组织整合的生理过程，而非孤立的脑内状态。

免疫系统是其中最具代表性的外周调控者之一。在感染或炎症条件下，机体常出现嗜睡反应，被认为有助于能量重新分配和免疫防御【3】。在果蝇中，NF-κB家族成员Relish在脂肪体中介导感染相关的睡眠变化；在哺乳动物中，睡眠剥夺会诱导TNF、IL-6等促炎因子升高，这些分子可通过神经—内分泌通路或胶质细胞信号影响睡眠状态【4】。然而，外周免疫细胞是否、以及如何直接参与睡眠调控，仍缺乏清晰的机制证据。

近日，宾夕法尼亚大学 Amita Sehgal 实验室等在

Nature

杂志发表了题为

Sleep-dependent clearance of brain lipids by peripheral blood cells

的研究文章，发现血细胞在睡眠时特异性富集于血脑屏障区域，并依赖吞噬受体Eater摄取皮层胶质细胞中积累的脂滴。Eater功能缺失会导致胶质细胞脂质堆积，引发一系列代谢失衡，最终表现为睡眠减少、记忆受损和寿命缩短。本研究揭示了循环系统中的外周吞噬细胞在睡眠期被主动招募至大脑，并通过清除脑内脂质来支撑睡眠和脑功能，证明了睡眠是一种依赖外周吞噬细胞参与的跨组织代谢清除过程。

通过组织透明化和系统解剖分析，作者首先解析了果蝇血细胞在头部的空间分布，发现血细胞主要位于头部腔隙中，集中于大脑背侧脑间区，表达多种血细胞特异标记，但并不进入脑实质或腹侧神经索。值得注意的是，这些血细胞与血脑屏障（BBB）的周膜胶质和亚周膜胶质发生稳定而紧密的物理接触。GRASP实验进一步证实，血细胞可与亚周膜胶质形成直接膜—膜相互作用，提示其具备与脑界面细胞发生稳定相互作用的结构基础。

作者进一步发现，头部血细胞数量在睡眠高峰期显著增加，而睡眠剥夺会明显减少其富集；在反弹睡眠阶段，这一现象可被迅速恢复。无论是药物诱导睡眠，还是遗传学手段激活促睡神经元，均会增强血细胞向大脑的募集；相反，激活促觉醒神经元则抑制这一过程。因此，血细胞在睡眠期更倾向于富集于BBB周边，这一现象由睡眠状态驱动，而非单纯昼夜节律效应。

为了理解血细胞在睡眠中的具体功能，作者基于单细胞RNA-seq数据，分析了血细胞高表达的吞噬、迁移和脂质处理相关基因，并进行了针对性RNAi筛选。其中，吞噬受体eater的敲低可显著减少睡眠，其突变体在白天和夜间均表现为睡眠减少，并伴随夜间睡眠碎片化，但清醒活动水平正常，血细胞中特异性回补eater即可使睡眠完全恢复。

进一步实验表明，成虫期特异敲低eater即可复现睡眠缺陷表型，提示该作用并非发育效应；恒暗条件下昼夜节律正常，说明并非通过节律系统间接致睡眠改变。尽管总睡眠下降，睡眠剥夺后反弹比例与对照相当，提示稳态调控模块仍可运作。因此，血细胞中eater的表达是维持果蝇日常睡眠所必需的关键因素。

为排除其他组织的干扰，作者采用血细胞转移实验，将幼虫期野生型血细胞移植至eater突变体成虫体内。转移后的血细胞可在突变体中正常循环并富集于头部。结果显示，野生型果蝇接受任何血细胞转移均不影响睡眠，而eater突变体仅在接受野生型血细胞转移后，睡眠量才显著增加，明显优于PBS注射或突变体血细胞转移。这一结果与遗传学回补实验高度一致，进一步证明血细胞中的Eater功能对维持正常睡眠具有决定性作用。

在功能层面，Eater功能缺失会减少头部腔内血细胞数量，尤其是靠近脑表面胶质细胞的血细胞比例。相反，增加睡眠或在血细胞中回补eater可恢复其定位。多种染色和示踪实验表明，血细胞能够摄取脂滴，而eater缺失显著削弱这一能力。与此同时，胶质细胞，尤其是皮层胶质，其脂滴出现明显堆积。通过胶质细胞特异性标记脂滴并追踪其去向，作者明确证明脂滴由胶质细胞转移至血细胞，而这一过程高度依赖Eater 。若Eater功能受损，血细胞对胶质脂滴的摄取明显减少，导致脑内脂质负荷持续升高。

脂质组学分析显示，头部血细胞中富集多种磷脂和胆固醇酯，提示其来源可能与胶质细胞分泌或加工的脂蛋白有关。体外实验进一步证实，Eater介导血细胞对乙酰化和氧化LDL的结合与摄取，而中性LDL不被识别。尽管氧化LDL的摄取部分依赖Crq，但crq缺失并不影响睡眠；相比之下，Eater缺失同时削弱多种修饰LDL的清除，并导致睡眠减少。eater突变体中整体蛋白乙酰化水平升高，提示 Eater介导的修饰脂蛋白清除可能是限制脑内乙酰化压力、进而支撑睡眠稳态的重要环节。

在代谢层面，eater突变体脑内乙酰辅酶A浓度显著升高，伴随线粒体关键调控因子 spargel（PGC-1α同源物）和DRP1的乙酰化增强，同时NAD ⁺ /NADH水平下降。胶质细胞脂质无法被清除，引发明显的氧化应激，但并未导致细胞死亡。补充烟酰胺可部分恢复睡眠，而在胶质中过表达sirtuin无法拯救，可能与NAD ⁺ 枯竭有关。在行为和个体层面，eater突变体表现出短期和长期记忆缺陷，并伴随寿命缩短。短暂诱导睡眠可拯救短期记忆，但无法恢复长期记忆，提示慢性代谢失衡对脑功能的影响不可逆。这些结果表明，血细胞通过Eater清除胶质脂质对维持正常代谢、线粒体功能、睡眠、大脑认知和寿命至关重要，功能缺失导致连锁性代谢紊乱和功能损害。

综上所述，本研究在果蝇中揭示了一条新的睡眠调控路径：在睡眠期，外周血细胞主动迁移至大脑，通过Eater介导的脂质清除，移除清醒期间因氧化应激在皮层胶质中积累的脂质，从而维持脑内代谢稳态、线粒体功能和长期脑健康。这些血细胞被认为是哺乳动物小胶质细胞的进化前体，其在睡眠中的“清理”功能，为理解睡眠的系统性意义提供了全新的视角。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-10050-w

制版人：十一

参考文献

1. Dubowy, C. & Sehgal, A. Circadian rhythms and sleep in Drosophila melanogaster.Genetics205, 1373–1397 (2017).

2. Miletínová, E. & Bušková, J. Functions of sleep. Physiol. Res.70, 177–182 (2021).

3. Irwin, M. R. Sleep and inflammation: partners in sickness and in health.Nat. Rev. Immunol.19, 702–715 (2019).

4. Kuo, T.-H., Pike, D. H., Beizaeipour, Z. & Williams, J. A. Sleep triggered by an immune response in Drosophila is regulated by the circadian clock and requires the NFkappaB Relish.BMC Neurosci11, 17 (2010).

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