失眠癥生物標志物及檢測方法研究進展

楊 宇 陳 蔗 閆廣利 山 地 王喜軍

黑龍江中醫藥大學 國家中醫方證代謝組學研究中心，黑龍江哈爾濱 150040

失眠是以頻繁而持續的入睡困難或睡眠維持困難并導致睡眠滿意度不足為特征的睡眠障礙疾病[1]。成人中符合其診斷標準者高達10%～15%，其中約50%患者的病程可持續10年以上[2]。睡眠不足與生理失調和神經退行性疾病風險相關[3-4]，嚴重損害患者的身心健康和生活質量，成為個人和社會的沉重負擔。生物標志物是正常生物過程、致病過程或特定治療干預反應的客觀生理指標，經過驗證的生物標志物可以用來幫助診斷和治療疾病。與傳統的臨床化學和組織病理學方法相比，與疾病相關的生物標志物可以促進疾病治療的發展，使用不同的檢測技術鑒定并表征這些生物標志物具有重要的臨床意義。失眠的發病率很高，卻缺乏確定的臨床生物標志物，只能通過患者口述來進行診療，這種現狀亟待解決。近年來，隨著現代分析技術的提高，從生物標志物入手研究失眠癥以及藥物治療失眠癥的代謝規律研究在近幾年越來越廣泛。本文將綜合近年來國內外文獻，針對失眠癥各種生物標志物及其檢測方法的最新研究進展進行綜述，旨在為失眠癥的診斷和治療提供依據。

1 失眠癥的生物標志物

失眠癥的最佳生物標志物應具有較高的敏感性和特異性，較低的個體差異性，易于臨床醫生和患者解釋，并對年齡、性別和體重指數等生理變化具有穩定性[5]。目前，關于失眠發病機制的主流假說有下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamicpituitary-adrenal axis，HPA）功 能 失 調 假 說、中樞神經遞質紊亂假說等。現代研究表明5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、γ-氨 基 丁 酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、多巴胺（dopamine，DA）、牛磺酸、食欲素等是與失眠癥密切相關的生物標志物。這些生物標志物還需要在未來的研究中加以驗證，經過驗證的生物標志物可能會被用作失眠癥的診斷工具和治療結果的監測指標。例如，發熱是多種機制共同作用的結果，失眠也可能由無數的生物過程引起，對不同的生物標志物進行研究可以為揭示失眠癥的生理病理機制提供方向。

1.1 5-HT

在中樞神經系統內，5-HT參與調節睡眠-覺醒行為、認知、情感等許多功能[6]。選擇性激活中縫背核5-HT神經元可快速誘導非快速眼動睡眠期（non-rapid eye movement，NREM）的主動覺醒[7]。有研究表明，斑馬魚中縫5-HT的基因切除可以減少睡眠時間并降低睡眠深度，小鼠中縫5-HT的基因切除會增加覺醒[8]。5-HT1A受體主要位于中腦中縫核區和5-HT釋放的終末靶點，腦干突觸后5-HT1A受體一定程度上可以造成5-HT對快速眼動睡眠期（rapid eye movement，REM）的抑制效應[9]。12 h睡眠剝奪可增加大鼠海馬中5-HT1A受體的表達，并且這種效應在睡眠恢復48 h后消退[10]。在體內酶的催化下，色氨酸可以氧化脫核轉變為5-HT，進一步生成N-乙酰基-5-羥色胺和5-羥基吲哚乙醛，二者又可分別產生褪黑素和5-羥基吲哚乙酸等神經遞質[11]。色氨酸代謝失調可引發神經系統的功能紊亂進而導致失眠。

1.2 GABA

大腦中的快速抑制性神經傳遞主要由GABA及其突觸靶點A型GABA受體（GABAA受體）介導，GABAA受體已被證明是巴比妥類等臨床相關藥物的主要作用部位[12]，這種受體的功能障礙會導致神經系統紊亂和精神疾病，包括癲癇、焦慮和失眠[13]。當GABA或其他激動劑與GABAA受體結合時，會觸發神經元細胞中氯離子的流入，導致負膜電位，抑制動作電位的激發，從而降低腦細胞的活性，進而有助于睡眠[14]。研究人員發現睡眠時間較短與扣帶回皮質和內側前額葉皮質中GABA水平較低有關[15]，攝入GABA可以通過增強整體睡眠結構從而改善正常和失眠狀態下的睡眠時間，且在失眠狀態下對促進睡眠更有利[16]。也有研究表明GABA能的Lhx6+VZI神經元是促進睡眠的神經元亞群，它們可以同時促進NREM和REM睡眠并對睡眠表現出一種相對緩慢但持久的調節作用[17]。谷氨酸是人腦的主要興奮性神經遞質，在谷氨酸脫羧酶的作用下可以轉化成GABA，二者對于維持神經細胞抑制與興奮功能平衡的穩定具有極為重要的作用[18]，進一步對睡眠產生影響。

1.3 DA

DA能信號傳導涉及無數的生理功能，包括愉悅、疼痛、獎賞、神經內分泌途徑的調節[19]，DA能神經系統功能異常所致疾病常伴有嚴重的睡眠障礙。DA作用于基底外側杏仁核中表達DA受體D2的神經元以誘導NREM到REM的轉變[20]。在NREM睡眠期間，基底外側杏仁核中DA的短暫增加會終止NREM睡眠并啟動REM睡眠[21]。大腦黑質中富含DA能神經元和GABA能神經元，研究表明，黑質中的DA能神經元作用于GABA能神經元可以調節REM睡眠[22]。腹側被蓋核尾段的吻內側被蓋核由GABA能神經元構成，其纖維投向中腦DA能系統以及其他腦區，具有促進NREM睡眠及調控內穩態的作用[23]。此外，DA還是合成去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）的前體物質。大鼠中NE信號的衰減降低了聲音誘發覺醒的概率[24]，提示DA和NE是失眠發生發展的關鍵因素。

1.4 牛磺酸

牛磺酸是一種抑制性氨基酸，存在于中樞神經系統和肌肉等許多組織中，能和GABA彼此作用，激活GABA受體和甘氨酸受體，進一步加強對中樞神經系統的抑制作用[25]。研究人員對小鼠和人類間質液和腦脊液中牛磺酸進行檢測，結果表明睡眠-覺醒周期調節間質液中牛磺酸水平，睡眠剝奪增加間質液和腦脊液中牛磺酸水平和牛磺酸病理擴散[26]。給果蠅喂食牛磺酸轉運體Eaat2能起到促進睡眠的作用，且牛磺酸可以消除Eaat2基因敲除對果蠅睡眠的影響，證明了Eaat2通過牛磺酸依賴機制在神經膠質細胞成鞘中的喚醒促進作用[27]。

1.5 食欲素

食欲能系統作為內源性睡眠-覺醒調節電路的關鍵組成部分，是大腦的主要促醒系統[28]。研究人員發現，在背側被蓋核食欲素信號的化學基因沉默后，REM睡眠量減少且REM睡眠肌肉無力癥中斷，表明了食欲素在REM睡眠中的穩定作用[29]。食欲素受體1型和食欲素受體2型（orexin receptor type 2，OX2R）都參與調節睡眠和覺醒，但OX2R在這些過程中起著更重要的作用，是調節覺醒和NREM的關鍵受體[30]。高選擇性OX2R拮抗劑在晝夜節律較早的時候迅速誘導睡眠，改善了睡眠質量，且不影響覺醒能力[31]。

1.6 HPA軸

睡眠對HPA軸有抑制作用，HPA軸在任何水平（促腎上腺皮質激素釋放激素受體、糖皮質激素受體、鹽皮質激素受體等）的功能障礙都可能擾亂睡眠[32]。從下丘腦室旁核的細小細胞神經元產生和釋放的促腎上腺皮質激素釋放激素在HPA軸的生理功能中發揮重要作用，促腎上腺皮質激素釋放激素釋放后，垂體前葉分泌促腎上腺皮質激素，促腎上腺皮質激素作用于腎上腺皮質后使皮質醇分泌增強。血漿皮質類固醇水平通常在覺醒前最高（即皮質醇覺醒反應），而在睡眠前最低，分別對應于人類清晨和傍晚（嚙齒動物則相反，它們夜間活動）[33]。研究表明，孕期母體睡眠不足增加了雌性后代的血清皮質醇濃度水平，提示了皮質醇在睡眠中的重要作用[34]。

2 生物標志物的分析及檢測方法

目前，尚無單一的分析平臺可以對樣品中的所有分子進行檢測和鑒定。核磁共振光譜及色譜質譜聯用技術等應用已越來越廣泛，成為失眠癥生物標志物檢測方法的主要趨勢，在實際應用中可根據不同技術的優缺點進行選擇。

2.1 核磁共振

核磁共振是目前唯一能用于活體研究的分析技術[35]，具有樣品處理簡單、無損傷性、無偏向性、分析快速并具有高度可重復性的優勢，近年來應用廣泛，成為臨床醫藥研究領域的重要工具，但也具有靈敏度較低、不可以進行靶向分析的不足。核磁共振對顱腦、脊髓等疾病是最有效的影像診斷方法，通過該技術可以測定失眠癥患者背外側前額葉皮質中代謝物濃度水平的變化[36]，也可應用于測定丘腦、海馬、殼核等不同腦區的代謝特點[37]。

2.2 色譜-質譜聯用

目前，液相色譜-質譜聯用技術由于具有高重復性、良好的線性范圍和高分辨率的特點，被廣泛用于代謝組學系統中潛在生物標志物的檢測。該方法靈敏度高、選擇性高、分析速度快、樣品無須衍生化、可以進行靶向和非靶向分析，但目前鑒定化合物的數據庫還不完備，二級質譜只能部分提供結構信息。氣相色譜-質譜聯用能檢測揮發性化合物或可衍生為揮發性的化合物，該方法的主要優點是高效率、高靈敏度及其在電子電離下獲得的質譜的再現性[38]。毛細管電泳-質譜聯用技術基于待分離物組分間淌度和分配行為差異而實現分離，尤其適用于極性和帶電代謝物的分析。綜上所述，使用色譜-質譜聯用技術可以對血清、尿液及腦、心、肝、腎和腎上腺等組織中的代謝物進行檢測和表征[39-40]。

2.3 其他

酶聯免疫吸附測定的原理是基于抗原或抗體的固相化和抗原或抗體的酶標記。生物標志物可作為抗原，利用抗原與抗體之間的特異性結合實現生物標志物的檢測。該方法操作簡單且具有高度的特異性，但只能測定酶標記的分子，可以用于檢測生物體液中特定分子的濃度[32]。質譜成像技術是基于質譜發展起來的一種分子成像技術，可以將質譜信息添加到詳細的空間信息中，不僅可以記錄代謝物的強度，而且還記錄其在樣本內的位置，從而允許生成物質在組織中分布圖像。該技術可以用于檢測組織切片中的蛋白質、脂質、藥物和小分子物質的空間分布[41]。

3 結語

失眠與公共安全和個人幸福感密切相關，及時診療對患者具有重要意義。由于失眠癥的發生和發展過程十分復雜，且受到多種因素的影響，尋找一種或多種生物標志物組合聯用可能具有更大的臨床應用價值。本文通過對近年來國內外文獻中報道的失眠癥相關生物標志物進行總結，5-HT、GABA、DA、牛磺酸、食欲素等是與失眠密切相關的生物標志物，利用核磁共振光譜及色譜-質譜聯用等分析檢測技術可對其進行良好檢測，為失眠癥相關基礎研究及臨床診療提供參考。相信隨著理論技術的逐漸完善及臨床研究的不斷深入，一定會找到更多潛在的生物標志物，更好地闡明失眠癥的生理病理機制，為失眠癥的早期診斷和治療開拓一條新途徑。