失眠症生物标志物及检测方法研究进展

杨 宇 陈 蔗 闫广利 山 地 王喜军

黑龙江中医药大学 国家中医方证代谢组学研究中心，黑龙江哈尔滨 150040

失眠是以频繁而持续的入睡困难或睡眠维持困难并导致睡眠满意度不足为特征的睡眠障碍疾病[1]。成人中符合其诊断标准者高达10%～15%，其中约50%患者的病程可持续10年以上[2]。睡眠不足与生理失调和神经退行性疾病风险相关[3-4]，严重损害患者的身心健康和生活质量，成为个人和社会的沉重负担。生物标志物是正常生物过程、致病过程或特定治疗干预反应的客观生理指标，经过验证的生物标志物可以用来帮助诊断和治疗疾病。与传统的临床化学和组织病理学方法相比，与疾病相关的生物标志物可以促进疾病治疗的发展，使用不同的检测技术鉴定并表征这些生物标志物具有重要的临床意义。失眠的发病率很高，却缺乏确定的临床生物标志物，只能通过患者口述来进行诊疗，这种现状亟待解决。近年来，随着现代分析技术的提高，从生物标志物入手研究失眠症以及药物治疗失眠症的代谢规律研究在近几年越来越广泛。本文将综合近年来国内外文献，针对失眠症各种生物标志物及其检测方法的最新研究进展进行综述，旨在为失眠症的诊断和治疗提供依据。

1 失眠症的生物标志物

失眠症的最佳生物标志物应具有较高的敏感性和特异性，较低的个体差异性，易于临床医生和患者解释，并对年龄、性别和体重指数等生理变化具有稳定性[5]。目前，关于失眠发病机制的主流假说有下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamicpituitary-adrenal axis，HPA）功 能 失 调 假 说、中枢神经递质紊乱假说等。现代研究表明5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、γ-氨 基 丁 酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、多巴胺（dopamine，DA）、牛磺酸、食欲素等是与失眠症密切相关的生物标志物。这些生物标志物还需要在未来的研究中加以验证，经过验证的生物标志物可能会被用作失眠症的诊断工具和治疗结果的监测指标。例如，发热是多种机制共同作用的结果，失眠也可能由无数的生物过程引起，对不同的生物标志物进行研究可以为揭示失眠症的生理病理机制提供方向。

1.1 5-HT

在中枢神经系统内，5-HT参与调节睡眠-觉醒行为、认知、情感等许多功能[6]。选择性激活中缝背核5-HT神经元可快速诱导非快速眼动睡眠期（non-rapid eye movement，NREM）的主动觉醒[7]。有研究表明，斑马鱼中缝5-HT的基因切除可以减少睡眠时间并降低睡眠深度，小鼠中缝5-HT的基因切除会增加觉醒[8]。5-HT1A受体主要位于中脑中缝核区和5-HT释放的终末靶点，脑干突触后5-HT1A受体一定程度上可以造成5-HT对快速眼动睡眠期（rapid eye movement，REM）的抑制效应[9]。12 h睡眠剥夺可增加大鼠海马中5-HT1A受体的表达，并且这种效应在睡眠恢复48 h后消退[10]。在体内酶的催化下，色氨酸可以氧化脱核转变为5-HT，进一步生成N-乙酰基-5-羟色胺和5-羟基吲哚乙醛，二者又可分别产生褪黑素和5-羟基吲哚乙酸等神经递质[11]。色氨酸代谢失调可引发神经系统的功能紊乱进而导致失眠。

1.2 GABA

大脑中的快速抑制性神经传递主要由GABA及其突触靶点A型GABA受体（GABAA受体）介导，GABAA受体已被证明是巴比妥类等临床相关药物的主要作用部位[12]，这种受体的功能障碍会导致神经系统紊乱和精神疾病，包括癫痫、焦虑和失眠[13]。当GABA或其他激动剂与GABAA受体结合时，会触发神经元细胞中氯离子的流入，导致负膜电位，抑制动作电位的激发，从而降低脑细胞的活性，进而有助于睡眠[14]。研究人员发现睡眠时间较短与扣带回皮质和内侧前额叶皮质中GABA水平较低有关[15]，摄入GABA可以通过增强整体睡眠结构从而改善正常和失眠状态下的睡眠时间，且在失眠状态下对促进睡眠更有利[16]。也有研究表明GABA能的Lhx6+VZI神经元是促进睡眠的神经元亚群，它们可以同时促进NREM和REM睡眠并对睡眠表现出一种相对缓慢但持久的调节作用[17]。谷氨酸是人脑的主要兴奋性神经递质，在谷氨酸脱羧酶的作用下可以转化成GABA，二者对于维持神经细胞抑制与兴奋功能平衡的稳定具有极为重要的作用[18]，进一步对睡眠产生影响。

1.3 DA

DA能信号传导涉及无数的生理功能，包括愉悦、疼痛、奖赏、神经内分泌途径的调节[19]，DA能神经系统功能异常所致疾病常伴有严重的睡眠障碍。DA作用于基底外侧杏仁核中表达DA受体D2的神经元以诱导NREM到REM的转变[20]。在NREM睡眠期间，基底外侧杏仁核中DA的短暂增加会终止NREM睡眠并启动REM睡眠[21]。大脑黑质中富含DA能神经元和GABA能神经元，研究表明，黑质中的DA能神经元作用于GABA能神经元可以调节REM睡眠[22]。腹侧被盖核尾段的吻内侧被盖核由GABA能神经元构成，其纤维投向中脑DA能系统以及其他脑区，具有促进NREM睡眠及调控内稳态的作用[23]。此外，DA还是合成去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）的前体物质。大鼠中NE信号的衰减降低了声音诱发觉醒的概率[24]，提示DA和NE是失眠发生发展的关键因素。

1.4 牛磺酸

牛磺酸是一种抑制性氨基酸，存在于中枢神经系统和肌肉等许多组织中，能和GABA彼此作用，激活GABA受体和甘氨酸受体，进一步加强对中枢神经系统的抑制作用[25]。研究人员对小鼠和人类间质液和脑脊液中牛磺酸进行检测，结果表明睡眠-觉醒周期调节间质液中牛磺酸水平，睡眠剥夺增加间质液和脑脊液中牛磺酸水平和牛磺酸病理扩散[26]。给果蝇喂食牛磺酸转运体Eaat2能起到促进睡眠的作用，且牛磺酸可以消除Eaat2基因敲除对果蝇睡眠的影响，证明了Eaat2通过牛磺酸依赖机制在神经胶质细胞成鞘中的唤醒促进作用[27]。

1.5 食欲素

食欲能系统作为内源性睡眠-觉醒调节电路的关键组成部分，是大脑的主要促醒系统[28]。研究人员发现，在背侧被盖核食欲素信号的化学基因沉默后，REM睡眠量减少且REM睡眠肌肉无力症中断，表明了食欲素在REM睡眠中的稳定作用[29]。食欲素受体1型和食欲素受体2型（orexin receptor type 2，OX2R）都参与调节睡眠和觉醒，但OX2R在这些过程中起着更重要的作用，是调节觉醒和NREM的关键受体[30]。高选择性OX2R拮抗剂在昼夜节律较早的时候迅速诱导睡眠，改善了睡眠质量，且不影响觉醒能力[31]。

1.6 HPA轴

睡眠对HPA轴有抑制作用，HPA轴在任何水平（促肾上腺皮质激素释放激素受体、糖皮质激素受体、盐皮质激素受体等）的功能障碍都可能扰乱睡眠[32]。从下丘脑室旁核的细小细胞神经元产生和释放的促肾上腺皮质激素释放激素在HPA轴的生理功能中发挥重要作用，促肾上腺皮质激素释放激素释放后，垂体前叶分泌促肾上腺皮质激素，促肾上腺皮质激素作用于肾上腺皮质后使皮质醇分泌增强。血浆皮质类固醇水平通常在觉醒前最高（即皮质醇觉醒反应），而在睡眠前最低，分别对应于人类清晨和傍晚（啮齿动物则相反，它们夜间活动）[33]。研究表明，孕期母体睡眠不足增加了雌性后代的血清皮质醇浓度水平，提示了皮质醇在睡眠中的重要作用[34]。

2 生物标志物的分析及检测方法

目前，尚无单一的分析平台可以对样品中的所有分子进行检测和鉴定。核磁共振光谱及色谱质谱联用技术等应用已越来越广泛，成为失眠症生物标志物检测方法的主要趋势，在实际应用中可根据不同技术的优缺点进行选择。

2.1 核磁共振

核磁共振是目前唯一能用于活体研究的分析技术[35]，具有样品处理简单、无损伤性、无偏向性、分析快速并具有高度可重复性的优势，近年来应用广泛，成为临床医药研究领域的重要工具，但也具有灵敏度较低、不可以进行靶向分析的不足。核磁共振对颅脑、脊髓等疾病是最有效的影像诊断方法，通过该技术可以测定失眠症患者背外侧前额叶皮质中代谢物浓度水平的变化[36]，也可应用于测定丘脑、海马、壳核等不同脑区的代谢特点[37]。

2.2 色谱-质谱联用

目前，液相色谱-质谱联用技术由于具有高重复性、良好的线性范围和高分辨率的特点，被广泛用于代谢组学系统中潜在生物标志物的检测。该方法灵敏度高、选择性高、分析速度快、样品无须衍生化、可以进行靶向和非靶向分析，但目前鉴定化合物的数据库还不完备，二级质谱只能部分提供结构信息。气相色谱-质谱联用能检测挥发性化合物或可衍生为挥发性的化合物，该方法的主要优点是高效率、高灵敏度及其在电子电离下获得的质谱的再现性[38]。毛细管电泳-质谱联用技术基于待分离物组分间淌度和分配行为差异而实现分离，尤其适用于极性和带电代谢物的分析。综上所述，使用色谱-质谱联用技术可以对血清、尿液及脑、心、肝、肾和肾上腺等组织中的代谢物进行检测和表征[39-40]。

2.3 其他

酶联免疫吸附测定的原理是基于抗原或抗体的固相化和抗原或抗体的酶标记。生物标志物可作为抗原，利用抗原与抗体之间的特异性结合实现生物标志物的检测。该方法操作简单且具有高度的特异性，但只能测定酶标记的分子，可以用于检测生物体液中特定分子的浓度[32]。质谱成像技术是基于质谱发展起来的一种分子成像技术，可以将质谱信息添加到详细的空间信息中，不仅可以记录代谢物的强度，而且还记录其在样本内的位置，从而允许生成物质在组织中分布图像。该技术可以用于检测组织切片中的蛋白质、脂质、药物和小分子物质的空间分布[41]。

3 结语

失眠与公共安全和个人幸福感密切相关，及时诊疗对患者具有重要意义。由于失眠症的发生和发展过程十分复杂，且受到多种因素的影响，寻找一种或多种生物标志物组合联用可能具有更大的临床应用价值。本文通过对近年来国内外文献中报道的失眠症相关生物标志物进行总结，5-HT、GABA、DA、牛磺酸、食欲素等是与失眠密切相关的生物标志物，利用核磁共振光谱及色谱-质谱联用等分析检测技术可对其进行良好检测，为失眠症相关基础研究及临床诊疗提供参考。相信随着理论技术的逐渐完善及临床研究的不断深入，一定会找到更多潜在的生物标志物，更好地阐明失眠症的生理病理机制，为失眠症的早期诊断和治疗开拓一条新途径。