編者按

現代社會中，睡眠不足已成為公共健康危機。睡眠不足會嚴重破壞生理穩態，損害發育、代謝平衡、免疫調節等，其標志性后果是中性粒細胞過度活化。然而，睡眠不足誘發中性粒細胞炎癥的分子機制仍不清楚。7月21日，發表在《Advanced Science》（IF=14.1）的一項最新研究，首次利用斑馬魚、小鼠等實驗動物模型，表明睡眠剝奪（SD）驅動的乳酸積累誘導組蛋白H3K18乳?；|發中性粒細胞過度活化，從而導致外周異常聚集和全身性細胞因子風暴，這可能是熬夜導致免疫力下降、慢性炎癥的核心機制。這種代謝與表觀遺傳的相互作用，揭示了睡眠剝奪導致免疫失調的分子機制，為治療睡眠相關的炎癥性疾病提供了新靶點。

本研究中，研究人員構建了睡眠剝奪的斑馬魚模型（模型一覽丨斑馬魚模型評價供試品改善睡眠功效），通過基因敲除Rorα或藥物抑制糖酵解，可減輕中性粒細胞募集和炎癥。這種代謝-表觀遺傳軸在進化上是保守的，這一點在晝夜節律斑馬魚中也得到了證實。

01、研究背景：睡眠與健康

睡眠是生理穩態的基石，對免疫平衡、認知功能和代謝調節至關重要。研究表明，睡眠不足會產生系統性后果，如免疫功能障礙、代謝綜合征風險增加、慢性炎癥性疾病加劇、神經毒物清除受阻、氧化應激和促炎細胞因子產生增多、中性粒細胞數量增加、促炎細胞因子水平升高等。而慢性壓力、環境干擾等現代生活常態，又導致睡眠剝奪（SD）普遍化。然而，SD誘導免疫失調，特別是先天免疫細胞功能障礙的分子機制尚不清晰。

中性粒細胞作為先天免疫的第一道防線，通過活性氧（ROS）生成、脫顆粒和中性粒細胞胞外陷阱（NET）形成快速響應的抗菌反應。研究揭示，中性粒細胞會代謝重編程，以滿足免疫激活的能量需求，動態調整其代謝狀態。糖酵解成為驅動其效應功能的核心代謝途徑。組蛋白H3K18乳酰化已被證實能夠激活免疫相關的基因轉錄，這表明存在一種可能調節中性粒細胞活性的表觀遺傳機制。然而，睡眠剝奪是否影響中性粒細胞代謝或組蛋白乳?；閷У谋碛^遺傳調控，目前尚不清楚。

本研究構建了睡眠剝奪的斑馬魚、小鼠等模型（模型一覽丨斑馬魚模型評價供試品改善睡眠功效），首次闡明睡眠剝奪通過乳酸代謝-表觀遺傳修飾-炎癥信號軸（Lactate-H3K18la-RORα）驅動中性粒細胞炎癥的分子機制，發現組蛋白H3K18乳?；℉3K18la）是連接代謝重編程與基因轉錄調控的關鍵表觀遺傳開關，為睡眠相關病理機制提供了新的見解。

02、主要研究成果

1. 睡眠剝奪（SD）會提高乳?；?/p>

本研究先后構建了睡眠剝奪（SD）的小鼠、斑馬魚、豬模型，發現睡眠剝奪顯著上調肝臟、血液、肌肉、脾臟等多個組織中Ldha和P300的表達，同時下調Hdac3的表達。

對斑馬魚進行的蛋白質印跡分析證實，睡眠剝奪的中性粒細胞中總蛋白乳酸化（Pan-Kla）和H3K18乳酸化（H3K18la）顯著增加，明顯高于對照組。這些結果還通過免疫熒光成像得到了進一步驗證，成像顯示睡眠剝奪的中性粒細胞中Pan-Kla和H3K18la的熒光強度增加。實驗結果表明，睡眠剝奪激活了乳?；揎椉捌湎嚓P酶的表達，這可能是一種保守的免疫和代謝適應機制。

圖1

2. 睡眠剝奪誘發系統性中性粒細胞炎癥

研究人員評估了糖酵解和乳酸代謝抑制對中性粒細胞募集和炎癥的影響，發現睡眠剝奪（SD）的小鼠、斑馬魚、豬外周血和組織中的中性粒細胞數量顯著增加。對肝臟和脾臟組織進行免疫熒光分析顯示，代謝干預后中性粒細胞浸潤減少，Ly6G+和MPO+ 染色細胞增多。在SD條件下，伴隨炎性因子風暴，促炎細胞因子如IL-1β/IL-6/IL-8/TNF-α 高表達，而代謝抑制后，其表達水平顯著降低。

在斑馬魚模型中進行蛋白質印跡分析顯示，2-DG和OXA同樣能降低SD引起的斑馬魚蛋白Pan-Kla和H3K18la水平；兩者均能顯著減少SD導致的全身性中性粒細胞積累。在斑馬魚尾鰭損傷模型中，SD誘導的中性粒細胞募集被2-DG和OXA顯著抑制；SD上調的中性粒細胞相關基因和促炎細胞因子表達被抑制。這些結果表明，糖酵解和乳酸生成在SD誘導的中性粒細胞活化和炎癥中起關鍵作用，通過2-DG和OXA抑制這些代謝途徑可減輕炎癥反應。

圖2

3. H3K18乳?；閷У腞orα激活

隨后，研究人員采用CUT&Tag測序，靶向檢測了H3K18乳酰化(H3K18la)在基因組上的分布。實驗結果顯示，Rorα 基因的啟動子區域在SD中表現出顯著的H3K18la富集，這表明其直接受到乳?；{控。此外，外源乳酸處理增強H3K18la修飾，激活RORα并加劇炎癥；反之，抑制糖酵解（2-DG）或乳酸生成（OXA）可逆轉表型。總之，SD增強了H3K18乳酰化，尤其是在Rorα基因的啟動子區域，從而促進其轉錄激活。

圖3

4. RORα介導中性粒細胞遷移與炎癥反應

研究人員利用基因編輯技術構建了斑馬魚rora基因敲除(rorα−/−)模型（斑馬魚Crispant技術：基因功能研究新范式），并比較了野生型(rorα+/+ )和敲除型在SD、乳酸處理及尾鰭損傷模型中的差異，發現RORα通過調控C/EBPβ轉錄因子，從而促進中性粒細胞遷移相關基因，如CXCL8及炎性因子的表達。結果顯示，在SD條件下，rorα−/−斑馬魚的中性粒細胞遷移和炎癥反應相較于rorα+/+有所減弱，并且，乳酸(Lac)處理對rorα−/−斑馬魚的促炎效果也低于rorα+/+。

這表明，RORα是SD誘導的中性粒細胞過度活化和全身炎癥的關鍵介質，其功能缺失可部分緩解SD或乳酸引起的炎癥反應。

圖4

目前，環特生物依托于國際領先的“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務平臺，并具備10余年斑馬魚基因編輯技術經驗，構建了改善睡眠、抑菌、抗病毒等200多種功效與安全性評價模型，為廣泛科研場景下的各類需求，提供“活體顯微鏡”級的、流程化、體系化的病毒感染機制解析、藥物篩選研發、功效驗證等技術服務解決方案。

03、編者點評

      本研究構建了睡眠剝奪（SD）的小鼠、斑馬魚、豬模型，首次發現急性睡眠剝奪通過一個保守的代謝-表觀遺傳機制驅動全身性中性粒細胞炎癥，揭示了SD誘導免疫失調的新分子通路，為治療與睡眠剝奪相關的炎癥性疾病提供了潛在靶點。作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、基因編輯、類器官、哺乳動物、人體”等多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！