摘要
随着我国人口老龄化趋势加剧，老年人群睡眠问题尤为突出，睡眠不足可能导致机体衰老，但相关作用机制尚不清楚，本文利用果蝇烟碱乙酰胆碱受体α4（Dα4）突变睡眠模型探讨睡眠不足对机体衰老的影响，并探索机制。 首先，开展了Dα4突变对果蝇睡眠时间的影响研究，选取了三株Dα4不同位点（V12441、V11392、12414R3）突变的果蝇株系，筛选出果蝇睡眠时间减少最多的株系；其次，开展了Dα4突变对果蝇寿命和衰老的研究，从氧化应激、神经递质、乙酰胆碱代谢通路及肠道菌群四个方面入手，分析其分子机制；最后，初步探究了极低频电磁场对Dα4突变体果蝇运动和睡眠的影响，以期发现改善衰老果蝇睡眠的物理技术手段。本研究所得结果如下： （1）与W1118野生型果蝇相比，不管是白天还是夜晚，三株突变体果蝇的运动量都显著增加，睡眠时间显著减少，睡眠碎片化、睡眠质量下降，睡眠时间下降幅度从低到高依次是V12441、V11392、12414R3，说明12414R3位点突变对果蝇睡眠时间的影响最大。分析其机制发现，Dα4突变通过引发生物钟基因表达异常及乙酰胆碱代谢减弱进而降低果蝇的睡眠质量。 （2）Dα4突变导致果蝇平均寿命从约68天缩短到47天，下降了约30%。30日龄W1118野生型果蝇运动和睡眠没有明显的变化，而30日龄12414R3突变体果蝇的运动量显著增加，睡眠时间显著减少，睡眠质量变差，表明Dα4突变导致果蝇衰老速度明显加快。分析乙酰胆碱代谢途径相关基因表达水平发现，对于新生果蝇而言，Dα4突变会使新生果蝇乙酰胆碱代谢减弱；对于30日龄果蝇而言，Dα4突变会加强果蝇乙酰胆碱的代谢，说明Dα4突变对不同日龄的果蝇乙酰胆碱代谢能力可能产生不同的影响。 （3）与W1118野生型果蝇相比，新生12414R3突变体果蝇肠道菌群的物种丰度增加，30日龄12414R3突变体果蝇肠道菌群的物种丰度减少；与新生果蝇相比，不论是W1118野生型还是12414R3突变型果蝇，30日龄果蝇的肠道菌群物种丰度均下降。进一步分析显著性发现，不论是新生还是30日龄果蝇，与W1118野生型果蝇相比，12414R3突变体果蝇肠杆菌属的丰度显著增加，共生杆菌属的丰度显著减少；而与新生果蝇相比，不论是W1118野生型还是12414R3突变体果蝇，30日龄果蝇乳杆菌属的丰度显著增加，且突变体果蝇的增加幅度是野生型果蝇的两倍。这说明Dα4突变会增加新生果蝇肠道菌群的物种丰度，但随着果蝇衰老，其肠道菌群的物种丰度显著下降，结构也发生改变。且Dα4突变可能通过促进肠杆菌属和乳杆菌属、抑制共生杆菌属相关菌群的物种丰度来减少果蝇的睡眠时间，并加速其衰老。 （4）短期ELF-EMF暴露导致新生12414R3突变体果蝇的睡眠时间进一步缩短，睡眠质量下降，乙酰胆碱代谢减弱。但对衰老的12414R3突变体果蝇，ELF-EMF暴露则起到促进作用，其增强了突变体果蝇体内乙酰胆碱的代谢水平，减缓了其睡眠时间及睡眠质量的下降幅度。考虑到ELF-EMF对新生果蝇睡眠的负面影响，进一步评估了ELF-EMF暴露对果蝇幼虫发育的影响，结果显示，ELF-EMF暴露会促进果蝇幼虫发育，但羽化的成蝇睡眠时间进一步缩短，睡眠质量进一步恶化，体内的乙酰胆碱代谢水平进一步减弱。由此，我们推测ELF-EMF暴露与果蝇日龄密切相关，针对睡眠质量差的衰老期果蝇能够一定程度上起到改善睡眠的作用，而对于新生果蝇的睡眠则具有负面影响。 综上，Dα4突变通过影响果蝇体内乙酰胆碱代谢，导致果蝇睡眠时间减少，睡眠碎片化，睡眠质量下降，肠道菌群丰度下降、结构改变，从而加速果蝇的衰老，缩短果蝇寿命。而对于长期睡眠不足的衰老果蝇而言，ELF-EMF暴露对其睡眠时间及睡眠质量下降有一定的延缓作用，但其对新生及发育期果蝇的睡眠会产生消极影响。因此，本研究认为睡眠不足会加速机体的衰老，而ELF-EMF暴露在一定程度能够缓解衰老个体的睡眠问题。本研究有望为长期睡眠不足引发的衰老问题提供依据，同时也为ELF-EMF暴露的健康效应评估及科学利用提供参考。
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