在2024年Cell杂志评选的Best of Cell中，选出12篇具有突破性意义的研究论文，这些论文为长期未解的科学难题提供了新的视角，其中6项研究采用了单细胞/空间组学技术。百奥智汇将通过系列报道展示单细胞/空间组学技术的强大潜力。

研究主题

本研究探讨了睡眠如何调节免疫机制，样本类型包括血液和小鼠模型，分组为对照组与不同睡眠剥夺时间的小鼠。所采用的技术包括单细胞RNA测序（scRNA-seq）、整体RNA测序（bulkRNA-seq）及生理生化指标的监测等，作者来自北京生命科学研究所及清华大学生物医学交叉研究院。

研究背景

睡眠对于大多数动物的生存至关重要，并在免疫调节、认知能力和代谢中发挥着关键作用。长期睡眠剥夺会导致多种模式动物的早期死亡，这可能与肠道活性氧（ROS）的蓄积有关。此外，缺乏睡眠还会引发多种健康问题，包括感染风险的增加、慢性炎症性疾病及中枢神经系统中代谢物和蛋白质清除不当的问题。然而，睡眠如何调节免疫及其不足所导致的具体机制尚未完全揭示。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），此方法可在长达4天的时间内显著减少小鼠的快速眼动睡眠（REMS）和非快速眼动睡眠（NREMS），旨在研究长期睡眠剥夺对哺乳动物的生理影响及内在变化。

研究思路与结论

本研究通过开发“水式卷曲预防法”（CPW），揭示了长期睡眠剥夺在小鼠中引发类似细胞因子风暴综合征的机制。研究表明，此范式使小鼠在96%的时间内保持清醒，导致约80%的小鼠在4天内死亡。睡眠剥夺会提升大脑中前列腺素D2（PGD2）水平，此过程涉及通过ABC超家族转运体（ABCC4）介导的血脑屏障（BBB）外排，并引发循环中性粒细胞的聚集和细胞因子风暴综合征。阻断PGD2/DP1轴可显著减轻睡眠剥夺引起的炎症反应。

研究结果概览

CPW范式通过在笼底设置浅水，防止小鼠入睡。通过EEG/EMG监测确认该范式有效剥夺了小鼠的睡眠，并未引起过度应激或影响代谢稳态。病理检查显示睡眠剥夺的小鼠出现多脏器损伤，包括肝脏、脾脏及肺部。血清中的丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）及尿素水平显著升高，表明睡眠剥夺导致多脏器功能障碍。该研究还发现，睡眠剥夺诱导的炎症反应与肠道活性氧（ROS）的累积密切相关，但抗氧化剂治疗并未能阻止小鼠死亡。RNA测序分析表明，睡眠剥夺增强了促炎细胞因子的生成，并改变了白细胞的转录组特征。

此外，单细胞RNA测序分析显示中性粒细胞和单核细胞在睡眠剥夺后的转录变化显著。这些细胞对睡眠剥夺有独特反应。后续实验表明，阻断PGD2/DP1轴能有效减少睡眠剥夺引发的炎症和死亡率，而通过遗传或药物方式抑制PGD2的合成或其受体DP1的活性，可显著降低睡眠剥夺小鼠的死亡率。这些发现揭示了睡眠剥夺通过增强PGD2的BBB外排引起全身性炎症的新机制，并为开发治疗睡眠剥夺相关疾病的新战略提供了潜在靶点。

研究意义

本研究揭示睡眠剥夺如何通过影响中枢神经系统中PGD2的水平，加剧外周免疫系统的严重病理变化。这一发现为理解睡眠与免疫系统之间的相互作用提供了新的机制，也为研究睡眠不足导致的健康问题开辟了新视野，潜在对开发治疗睡眠相关疾病的策略具有重要应用价值。

百奥锐评

1. CPW方法的局限性：尽管研究指出这种方法对小鼠的应激激素皮质酮水平没有显著影响，但仍可能为小鼠带来一定心理压力。这种压力可能影响实验结果的准确解读，特别是在研究睡眠剥夺对免疫系统影响时，压力本身也可能导致免疫反应。

2. 短期与长期效应：研究主要集中在短期（如48小时或96小时）睡眠剥夺的影响，对于长期睡眠剥夺（如数周或数月）的效应研究尚显不足。长期睡眠剥夺可能引发不同的生理和免疫反应，这些反应可能与短期效果截然不同。

3. 实验动物模型的局限性：小鼠的生理和免疫系统与人类存在显著差异。尽管小鼠模型在研究中至关重要，但将这些发现直接应用于人类时需谨慎。小鼠的睡眠模式和免疫反应与人类的差异可能影响研究结果的推广性。

在这一研究背景下，尊龙凯时人生就博深感未来在生物医疗领域的广阔前景与挑战，希望通过更多的科学探索推动治疗策略的革新与发展。