导 语
研究人员发现了一种潜在机制，可以解释夜间深度睡眠脑电波如何调节身体对胰岛素的敏感性，从而改善第二天的血糖控制。这是一个令人兴奋的进步，因为睡眠是一种简单的可改变的生活方式，这有望作为高血糖或2型糖尿病患者的无痛辅助治疗手段。
1、研究背景和方法
糖尿病是一种明显的血糖失调的疾病，睡眠不足是影响血糖平衡的一个原因。急性和慢性部分睡眠限制，包括非快速眼动(non-rapid eye movement, NREM)慢波睡眠，都会损害葡萄糖耐受和胰岛素敏感性。相反，延长睡眠时间可以改善葡萄糖代谢。但具体的原因是什么呢?截至目前，睡眠对人体第二天葡萄糖稳态的最佳控制机制尚未明确。
最近一项对啮齿动物的开创性研究提供了一种可能途径。具体来说，海马体尖波波纹（与非快速眼动慢波振荡（NREM SO）和睡眠纺锤波（sleep spindles）短暂相结合）与通过激活下丘脑而对周围血糖实现即时、自上而下的调节有关。这些发现导致了一个未经验证的假设，即同步的（时间耦合）NREM SO和睡眠纺锤波具备这样一个功能：即brain-body对葡萄糖稳态的调节。更具体地说，NREM SO-spindle的耦合程度可以预测第二天外周血糖调节水平。
因此，研究人员共分析了647人的夜间多导睡眠图数据和第二天早上的血糖及胰岛素测量值，以验证实验假设。结合睡眠振荡的电生理分析和血糖测量，并使用经验证的胰岛素抵抗和β细胞功能稳态模型，进一步量化和评估胰岛素抵抗和胰腺β细胞功能。
2、研究结果与讨论
研究结果显示：NREM SOs (<1 Hz)与睡眠纺锤波在功能上耦合(平均87.6%;SD, 3.35;表S1)，使得SO的相位调制了主轴相关频段(12 - 16hz)的幅值。SO与纺锤体相关活动的最强耦合发生在SO负峰后约0.4 s(图1A)。
图1：慢波振荡在功能上与睡眠纺锤波耦合 (A)人类非快速眼动睡眠时，慢波振荡(SOs; <1hz)与睡眠纺锤波功能耦合，使得SO的相位调制纺锤波相关频带(12-16hz)的振幅。该图显示了所有参与者计算的平均峰值(黑色粗线)和耦合强度的相关时频表示。颜色越暖，表示相幅耦合越高。SO与纺锤波相关活动之间最强的耦合发生在SO负峰后的0.4s。(B)所有参与者的平均SO-spindle耦合强度直方图。耦合强度采用归一化直接相位振幅耦合(ndPAC)法计算。圆形图显示了耦合的首选相位的直方图。对于大多数个体，最大的耦合发生在0°附近。(C)耦合SO的例子。粗黑线显示SO滤波信号(0.3-1.5 Hz)，而橙色线显示相关的睡眠纺锤波滤波(12-16 Hz)信号，为说明目的按4倍缩放。(D)与(C)中相同个体的未耦合SO的例子。该SO未检测到统计上的SO-spindle耦合。
研究还发现，在控制了年龄、性别、睡眠持续时间和质量等其他因素之后，这种特殊的深度睡眠脑电波也能预测第二天的血糖控制。
图2：在CFS数据集中，NREM SO-spindle耦合预测次日空腹血糖降低 (A)SO显著耦合的比例与次日空腹血糖水平之间经年龄调整的部分相关。(B)经年龄调整后的SO-spindle耦合强度与次日空腹血糖水平的部分相关。半透明条表示95%的置信区间。空腹血糖水平用平方根变换归一化。值得注意的是，当去除空腹血糖值高于12 (=144 mg/dL; 相关系数分别为r=-0.20, p<0.001; r=-0.15, p<0.001)。
研究人员随后通过检查另一组1900名参与者（MESA数据集）发现了相同的预测效果。
图3：在一个独立的MESA数据集中，睡眠期间的SO-spindle耦合是葡萄糖稳态的一个重要标志 (A) MESA数据集中所有参与者的平均SO-spindle耦合强度直方图。耦合强度采用ndPAC法计算。圆形图显示了耦合的首选相位的直方图。对于大多数个体来说，最大的耦合发生在0°附近。(B) MESA数据集中SO显著耦合的比例与次日空腹血糖水平之间经年龄调整的部分相关。(C)经年龄调整后的SO-spindle耦合强度与次日空腹血糖水平的部分相关。在MESA数据集中，半透明的条形图代表95%的置信区间。空腹血糖水平用平方根变换归一化。
3、研究展望
这项研究建立了非快速眼动慢波振荡-睡眠纺锤波偶联作为睡眠的一个额外的、独立的贡献特征，即与葡萄糖调节因果联系起来，这为与糖尿病相关的潜在疾病途径提供了见解。目前已有的控制血糖的治疗方法有时对患者来说可能难以坚持，包括不同的饮食习惯和定期锻炼。然而，对于大多数人来说，睡眠在很大程度上是一种无痛的体验。虽然睡眠不会是唯一的治疗手段，但这项新研究发现的可以在深度睡眠期间安全的改变脑电波的新技术，可能有助于人们更好地控制血糖，以降低与高血糖相关的糖尿病并发症风险，如糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病足等。
内容来源：Raphael Vallat, Vyoma D. Shah, Matthew P. Walker. Coordinated human sleeping brainwaves map peripheral body glucose homeostasis. Cell Reports Medicine, 2023; 101100 DOI: 10.1016/j.xcrm.2023.101100
www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230707153826.htm
