睡眠是健康的重要生理过程，但现代生活方式的影响使得睡眠质量下降和不足逐渐增多，进而引发多种健康问题。睡眠片段化（Sleep Fragmentation, SF）是一种常见的睡眠结构中断现象，常见于阻塞性睡眠呼吸暂停（Obstructive Sleep Apnea, OSA）、老龄化以及神经退行性疾病。长期的睡眠中断已被证实与多项生理功能障碍相关，包括代谢、认知、心血管和免疫系统的紊乱。例如，睡眠中断可能会影响大脑的代谢过程，干扰代谢激素（如瘦素和胃饥饿素）的调控，导致认知功能障碍和2型糖尿病的发生。此外，长期的睡眠中断还会引发组织细胞的损伤与死亡，睡眠呼吸暂停患者也常伴随肠道屏障的损害和微生物群的失衡。因此，处理睡眠障碍，尤其是碎片化睡眠，成为预防代谢功能问题的关键。

2024年8月19日，四川大学华西医院的李涛教授团队与中国科学技术大学的曹洋教授及新疆自治区人民医院的李南方教授联合发表了题为《Acetate enables metabolic fitness and cognitive performance during sleep disruption》的封面文章，刊登于《Cell Metabolism》杂志。该项研究聚焦于广泛存在的睡眠问题—碎片化睡眠(SF)对葡萄糖代谢稳态及认知功能的影响，首次揭示了乙酸在睡眠片段化中的重要作用，阐明了其通过激活丙酮酸羧化酶，促进下丘脑星形胶质细胞内的糖酵解和TCA循环，进而调控葡萄糖代谢，为维持代谢稳态和认知功能提供支持。

研究人员使用塔望科技开发的小鼠睡眠剥夺系统，对自由活动的小鼠实施间歇性刺激，建立慢性睡眠片段化(SF)模型。同时，该研究还利用塔望科技研发的能量代谢系统实时监测动物在24小时内的进食量和活动量。研究发现，SF小鼠表现出葡萄糖代谢失衡和认知功能损伤，这些小鼠显示出糖耐量下降、胰岛素敏感性降低、脑葡萄糖的摄取和利用受阻，导致葡萄糖稳态不平衡。

在睡眠片段化的小鼠中，肠道内产乙酸的菌群发生了显著变化。通过核磁共振碳谱（13C-NMR）和13C-Flux分析等实验技术，研究者发现下丘脑中乙酸水平增加，而乙酰辅酶A合成酶1（ACSS1）的表达显著降低。这一变化导致乙酸在线粒体中的氧化利用减少，致使其在下丘脑内积累。进一步研究显示，外源性提高全身和下丘脑的乙酸水平能够改善SF小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，还能增强学习和记忆等认知功能。而降低乙酸水平则导致SF小鼠的代谢和认知异常加剧，表明在SF状态下，乙酸的适应性增加有助于改善由于睡眠紊乱引起的糖代谢异常和认知功能损伤。

此外，ACSS1在星形胶质细胞中的作用也得到了验证，研究发现其在星形胶质细胞中特有表达，且在SF状态下，基因敲除小鼠显示更好的葡萄糖代谢和认知功能。这进一步证明了下丘脑ACSS1的表达下降可能导致乙酸的积聚，从而影响葡萄糖代谢及认知功能。

进一步的研究显示，在SF小鼠下丘脑的室旁核（PVN）中，星形胶质细胞的激活情况显著。研究通过神经环路研究和电生理检测，发现PVN与海马地区之间存在神经结构及功能的联系。针对PVN区域的乙酸水平进行调控能够显著改变SF小鼠的葡萄糖代谢稳态及认知功能，进一步确认了PVN在维持这些功能中的重要角色。

乙酸对星形胶质细胞的影响也得到了研究者的重视。在体外培养的下丘脑原代星形胶质细胞中，乙酸能够促进细胞的葡萄糖摄取并增强丙酮酸羧化酶（PC）的活性，从而推动糖酵解和TCA循环的进行。通过共溶剂分子动力学模拟，研究者还发现乙酸小分子与PC蛋白存在特定的结合区域，进而激活PC的功能。

为了探索乙酸在糖代谢异常治疗中的潜力，研究者还在多种小鼠模型中进行了为期两周的乙酸钠处理，发现乙酸显著改善了这些模型小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。此外，通过全基因组关联分析（GWAS），研究人员发现乙酸与人群中与糖代谢相关的表型（如空腹血糖、空腹血胰岛素、HOMA-IR和2型糖尿病）存在负相关性。这些研究结果强调了乙酸与人类糖代谢稳态之间的密切联系。

总之，该研究揭示了乙酸通过促进星形胶质细胞内丙酮酸羧化酶活性，从而改善睡眠片段化小鼠的葡萄糖代谢稳态和认知功能的新机制。这一成果已成为《Cell Metabolism》的封面文章，同时塔望科技所开发的睡眠剥夺系统和能量代谢系统在该研究中的应用，也通过李涛教授团队的反馈不断优化，使得数据收集和处理更为高效，助力全面解析碎片化睡眠小鼠的整体代谢变化。我们衷心感谢李涛教授团队的宝贵意见。

四川大学华西医院的李涛教授是研究的负责人，他在相关领域拥有丰富的经验和深厚的学术背景，确保了研究的高水平和可信度。他的团队与我们88858cc永利官网紧密合作，共同致力于推动生物医疗领域的创新与发展。