在今年的Cell杂志评选中，Best of Cell 2024特别选出了12篇具有突破性的研究论文，它们不仅揭示了多个长期未解的科学谜题，更为医疗和生物研究领域带来了深远的影响。其中，6项研究运用了单细胞和空间组学技术，进一步展示了这些技术在现代生物医学中的重要性。百奥智汇将通过系列报道深入探讨单细胞和空间组学技术的潜力。

研究主题：睡眠调节免疫的机制

本研究的主要焦点在于睡眠与免疫调节之间的复杂关系。研究样本包括血液和小鼠模型，通过对照组与不同睡眠剥夺时间的小鼠进行比较，进而应用了scRNA-seq、bulk RNA-seq和生理生化指标监测等技术。研究团队来自北京生命科学研究所和清华大学生物医学交叉研究院。

研究背景

睡眠对于绝大多数动物的生存至关重要，且具有免疫调节、认知表现和代谢中的关键作用。长期的睡眠剥夺通常导致多种模式动物的早亡，这可能与肠道内活性氧（ROS）积累相关。此外，缺乏睡眠还会引发多种健康问题，包括感染风险增加、慢性炎症性疾病等。但睡眠如何调节免疫以及不足睡眠如何导致这些不良健康后果的具体机制仍不清楚。本研究开发了一种新的小鼠睡眠剥夺范式——“水式卷曲预防法”（CPW），旨在通过这一新方法研究长期睡眠剥夺对哺乳动物生理的影响。

研究思路与结论

通过实施“水式卷曲预防法”（CPW），研究揭示了长期睡眠剥夺在小鼠中如何诱发类似细胞因子风暴综合征的机制。CPW方法使小鼠在四天内96%的时间保持清醒，致使约80%的小鼠在此期间死亡。研究发现，睡眠剥夺增加了前列腺素D2（PGD2）在脑中的浓度，通过ABC超家族转运体（ABCC4）介导血脑屏障（BBB）的外排，导致循环中性粒细胞积累和细胞因子风暴。此外，抑制PGD2/DP1轴可显著减少由睡眠剥夺引起的炎症反应。

研究结果概览

CPW方法通过在笼中设置浅层水来防止小鼠进入睡眠状态，通过EEG/EMG监测证实该方法可有效剥夺小鼠睡眠，并且不会造成过度应激或影响代谢稳定。病理检查显示，睡眠剥夺小鼠出现多种器官损伤，包括肝脏、脾脏和肺部等。血清中丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）和尿素水平显著升高，表明发生了多脏器功能障碍综合征（MODS）。研究还发现，睡眠剥夺引起的炎症反应与肠道内的活性氧（ROS）积累相关，但抗氧化剂治疗不见得能够阻止小鼠的死亡。通过RNA测序分析，发现睡眠剥夺增强了促炎细胞因子的产生，并改变了白细胞的转录组景观。

单细胞RNA测序分析的结果显示，中性粒细胞和单核细胞在睡眠剥夺后表现出显著的转录变化，指示这些细胞类型对于睡眠剥夺具有独特应答。进一步实验表明，抑制PGD2/DP1轴可缓解与睡眠剥夺相关的炎症与死亡率。这些发现展示了睡眠剥夺如何通过增强PGD2的BBB外排引发全身性炎症，为治疗睡眠剥夺相关疾病提供了新的靶点。

研究意义

本研究揭示了睡眠剥夺如何通过调节中枢神经系统中的PGD2水平，驱动外周免疫系统的显著病理变化。这一发现不仅为理解睡眠与免疫系统相互作用提供了新的机制，同时也为研究睡眠不足导致的健康问题提供了新的视角，对开发治疗睡眠相关疾病的策略具有重要意义。

百奥锐评

尊龙凯时希望借此机会提醒读者注意CPW方法的局限性。虽然研究显示该方法对小鼠的应激激素皮质酮水平影响不大，但仍可能对其造成一定的心理压力，这可能影响实验结果的解读。同时，本研究主要关注短期（如48小时或96小时）睡眠剥夺的影响，缺乏对长期效应的研究。最后，小鼠模型的生理和免疫机制与人类有显著差异，因此在将这些发现转化应用到人类时需谨慎。