Семейные особенности сна — это наследственные вариации в режиме сна, которые приводят к ненормальному времени сна и бодрствования и/или ненормальной продолжительности сна.
Циркадные ритмы — это скоординированные физиологические и биологические изменения, которые колеблются примерно в 24-часовом цикле. Нарушения этих ритмов у людей могут влиять на продолжительность, начало и/или качество сна в течение этого цикла, что приводит к семейным особенностям сна. Эти особенности не обязательно являются синдромами, поскольку они не всегда вызывают у людей стресс. Вместо того чтобы быть расстройствами, семейные особенности сна представляют собой вариации в биологических тенденциях человека во время сна и бодрствования и считаются синдромами только в том случае, если затронутые люди жалуются на помехи в жизни, в этом случае они могут подпадать под категорию расстройств сна с циркадным ритмом (CRSD), которые влияют на время сна и циркадные ритмы . Некоторые из этих циркадных расстройств включают расстройство фазы сна с опережением (ASPD) и расстройство фазы сна с задержкой (DSPD). Семейные особенности сна более специфичны, чем CRSD, поскольку они наследуются и включают широкий спектр менделевских генов . Данные показывают, что гены существенно влияют на режим сна у млекопитающих, включая людей, и отвечают за треть вариаций качества и продолжительности сна. [1] Исследования на человеческих монозиготных близнецах предоставили доказательства того, что генетические факторы также влияют на «нормальные» режимы сна, то есть на те, у которых ни у одного человека не диагностированы измененные фенотипические черты сна. [1]
Время сна контролируется циркадными часами , которые могут подстраиваться под внешние стимулы (обычно цикл свет-темнота) и регулируются обратной связью транскрипции-трансляции (TTFL). У людей в этих молекулярных биологических часах задействовано несколько генов, мутация которых может приводить к расстройствам сна, таким как семейная фаза продвинутого сна (FASP), семейная фаза отсроченного сна (FDSP) и семейный естественный короткий сон (FNSS). Некоторые мутации в менделевских генах, которые задействованы в TTFL, были идентифицированы как причины этих особенностей сна, включая PER2 , PER3 , CRY2 , CRY1 . [2] [3] Другие менделевские гены, которые, как известно, не играют ключевой роли в TTFL, но задействованы в FNSS, включают DEC2 и ADRB1 . [4] [5]
При некоторых семейных чертах сна может наблюдаться сдвиг в хронотипе человека , который описывает время сна и бодрствования, обусловленное циркадными ритмами. Хронотип может сдвигаться в зависимости от множества факторов, включая пол и возраст. У людей с FASP более ранние хронотипы, а у людей с FDSP — более поздние хронотипы по сравнению с обычным периодом сна, который длится примерно с 22:00 до 7:00. [6] Люди могут соответствовать критериям FASP или FDSP, если у них есть фаза раннего сна или фаза отсроченного сна и по крайней мере один родственник первой степени родства с этой чертой. Исследователи изучили распространенность FASP у людей и установили, что она составляет 0,33–0,5%, включив людей, у которых начало сна приходится примерно на 20:30, а окончание — на 5:30. Распространенность FDSP, которая включает людей с отсроченным началом и окончанием сна, неизвестна и может варьироваться в зависимости от местоположения, определения и возраста. [6]
Семейные черты сна было трудно изучать из-за различных влияний окружающей среды (таких как ежедневные будильники , искусственный свет ночью и потребление кофеина или стимуляторов ), которые могут способствовать различным поведенческим фенотипам у людей. Несмотря на эти потенциальные трудности, Луи Птачек и его коллеги обнаружили доказательства наличия семейного варианта циркадного ритма человека в 1990-х годах. Этот вариант привел к более короткому периоду и опережению ритмов мелатонина и температуры и первоначально был назван синдромом опережающей фазы сна (ASPS) в публикации 1999 года. [7] У людей с ASPS наблюдается более раннее начало сна и пробуждения, что означает, что они и ложатся спать, и просыпаются раньше по сравнению с контрольными группами. Первая участница с этим фенотипом рассказала исследователям, что она узнала похожие модели сна в своей семье. С помощью структурированных интервью и анализа родословной семьи было установлено, что у некоторых из этих людей также есть ASPS, что предоставило доказательства того, что этот фенотип может быть генетическим, приводя к семейной опережающей фазе сна (FASP). В этой публикации 1999 года исследователи также смогли сделать вывод, что этот признак имеет аутосомно-доминантный тип наследования с высокой пенетрантностью. [7] Это означает, что гены, вовлеченные в FASP, передаются через неполовые хромосомы, и человеку нужна только одна копия гена среди гомологов для экспрессии гена. После этой первой публикации FASP 1999 года другие биологи, изучающие циркадные ритмы, включая Филлис Зи и Джозефа Такахаши, провели дальнейший генетический анализ. В 2001 году они опубликовали статью, в которой были представлены данные, показывающие фенотипически охарактеризованный случай синдрома фазы сна, чтобы предоставить дополнительные доказательства того, что этот признак может быть наследственным. [8] После этих исследований Csnk1d , PER2 , PER3 и CRY2 были идентифицированы как важные в наследственном FASP. [2] [9]
Другая черта сна, синдром задержки фазы сна (DSPS), была впервые выявлена Эллиотом Вайцманом и его коллегами в 1981 году. Люди с DSPS обычно не могут заснуть до более позднего времени и просыпаются позже по сравнению с контрольными группами. Они часто не могут заснуть до 2:00-6:00 утра, но затем имеют нормальную продолжительность сна. Однако гипотеза о том, что DSPS имеет генетический компонент, не выдвигалась до тех пор, пока исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего не обнаружили семейную родословную с DSPS в 2001 году, добавив эту семейную задержку фазы сна (FDSP) в список наследуемых черт сна. [10] [11] Почти два десятилетия спустя, в 2017 году, Майкл Янг и его коллеги в Нью-Йорке опубликовали результаты, которые дополнительно подтвердили, что задержка сна имеет генетический компонент, что приводит к FDSP. Эти ученые сообщили, что мутация в CRY1 , компоненте TTFL, который подавляет Clock и Bmal1 , приводит к изменению функции , которое удлиняет циркадный период. [3]
В дополнение к этим открытиям, семейный естественный короткий сон (FNSS) является еще одной наследуемой чертой сна, которая изучалась в течение последних нескольких лет. В 2009 году Ин-Хуэй Фу и Птачек открыли первый ген короткого сна, определив мутацию в гене DEC2, которая привела к среднему количеству сна 6,25 часов в сутки вместо 8,06 часов, что является отличительной чертой FNSS. [12] Это было первое генетическое открытие для этой черты сна, расширившее сферу исследований семейных черт сна. В 2019 году Птачек и Фу опубликовали дальнейшее исследование генетического аспекта FNSS, определив мутацию в гене ADRB1 , которая увеличивает активность нейронов ADRB1+ в дорсальном мосту . [4] [13]
Большинство исследований, проведенных до сих пор, были посвящены FASP, FDSP и FNSS, а недавние исследования начали изучать роль наследственной изменчивости сна в расстройствах аутистического спектра (ASD) и болезни Альцгеймера (AD). [2] ASD, расстройство нейроразвития , имеет доказательства генетических компонентов, и пострадавшие лица сообщали о высокой распространенности бессонницы . Фу, Птачек и коллеги выдвинули гипотезу, что может быть интересно изучить, могут ли особенности и нарушения сна усугубить атипичное нейроразвитие при ASD. [2] Кроме того, недавние исследования AD, нейродегенеративного заболевания , предположили, что нарушение сна может способствовать заболеванию. Характерным фактором AD является накопление бляшек . Эти бляшки обычно находятся на более низком уровне в интерстициальном пространстве мозга, когда человек впервые просыпается, а затем во время бодрствования эти уровни увеличиваются. Нарушение сна может устранить снижение уровней, что важно при прогрессировании заболевания. [2] И РАС, и БА демонстрируют, как наследуемость черт сна может также быть связана с расстройствами и заболеваниями, которые традиционно не считаются циркадными, но в этой области необходимо провести больше исследований. [2]
Функции наследования многих признаков сна изучены недостаточно, что подчеркивает важность продолжения исследований генома человека.
Семейная фаза сна с опережением (FASP) приводит к тому, что у человека циркадные часы подстраиваются под окружающую среду, но создается впечатление, что человек не подстраивается под нее. [8] Эта черта обычно развивается в среднем возрасте и чаще встречается у пожилых людей. У людей с этим расстройством обычно период свободного хода составляет около 22 часов, что короче, чем у среднестатистического человека, у которого период свободного хода составляет около 24 часов. Это также означает, что определенные физиологические маркеры, такие как температура тела и мелатонин, будут присутствовать на более высоких уровнях в начале дня по сравнению со среднестатистическим человеком. [8]
FASP обычно характеризуется чрезмерно ранним временем сна и пробуждения. Кроме того, люди могут испытывать чрезмерную дневную сонливость, если они вынуждены придерживаться графика, смещенного относительно их личных биологических часов. [8] Люди с FASP обычно опережают фазу на 4–6 часов по сравнению со среднестатистическим человеком. [6]
FASP традиционно лечат с помощью светотерапии по вечерам или поведенческой хронотерапии . Людям с FASP обычно требуется двухчасовая задержка в день, чтобы оставаться в состоянии сна, из-за их 22-часового периода. Фармакологические вмешательства обычно избегают из-за рисков, связанных с дневной сонливостью, вызванной лекарственными средствами. [14]
FASP был сопоставлен с хромосомой 2q . Гены, которые, как известно, влияют на проявление FASP, это CRY2 , PER2 , PER3 и CK1∂ . [8] TIMELESS ( hTIM ) также, как было показано, вызывает FASP. [15] Эти мутации имеют решающее значение для фенотипа признака и наследуемости. [9] Этот признак наследуется по аутосомно-доминантному типу. [7]
Семейная задержка фазы сна (FDSP) приводит к тому, что у человека циркадные часы подстраиваются под окружающую среду, но создается впечатление, что человек не подстраивается под нее. Эта черта обычно развивается в подростковом возрасте. [16] У людей, страдающих этим заболеванием, наблюдается свободно текущий период, который длится дольше, чем в среднем 24 часа, что означает, что определенные физиологические маркеры, такие как температура тела и мелатонин, присутствуют на более высоких уровнях в конце дня по сравнению со среднестатистическим человеком.
FDSP обычно характеризуется чрезмерно поздним временем сна и пробуждения, и может включать дневную сонливость, если человек вынужден придерживаться графика, смещенного относительно его личных биологических часов. У людей с FDSP могут быть сопутствующие заболевания с депрессией , синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) , ожирением и обсессивно-компульсивным расстройством (ОКР) . [17]
Лечение обычно нефармакологическое, при этом светотерапия является распространенным вмешательством. Иногда также используется хронотерапия с задержкой фазы . Мелатонин, принимаемый ночью, не изменит циркадный ритм человека, но может действовать как временное решение. [18]
FDSP является наследственным заболеванием и связан с мутациями в генах PER3 и CRY1 , которые приводят к фенотипу задержки сна. [3]
Фатальная семейная бессонница (FFI) — это расстройство, которое приводит к проблемам со сном, речи и координации, и в конечном итоге к слабоумию . Большинство из тех, кто страдает, умирают в течение нескольких лет, и это расстройство неизлечимо. Расстройство может проявиться в любое время в возрасте от 18 до 60 лет, но средний возраст страдающих людей составляет 50 лет. [19]
Расстройство имеет 4 стадии прогрессирования, начиная с бессонницы, прогрессируя до галлюцинаций, затем неспособности спать и резкой потери веса, и, наконец, слабоумия, за которым следует смерть. Прогноз для людей составляет 6-36 месяцев после того, как они начинают испытывать симптомы. [19]
Из-за прогноза расстройства лечение часто минимально и паллиативно по своей природе. Снотворные и другие традиционные методы лечения не считаются полезными при лечении FFI. [20]
Расстройство вызвано мутацией гена PRNP , приводящей к образованию приона . [21] Эти прионы вызывают нейродегенерацию , приводящую к FFI. Эта мутация может возникнуть спонтанно или передаваться аутосомно -доминантным путем. [21]
Семейная естественная нехватка сна (FNSS) — это отдельная категория привычной нехватки сна. Люди с этой чертой обычно спят 4–6,5 часов в день, но не испытывают дневной сонливости и не нуждаются в досыпании по выходным. После лишения сна эти люди испытывают меньший дефицит сна, чем люди без FNSS. Кроме того, у затронутых людей более выражен поведенческий драйв, что приводит к тому, что многие из них занимают высоконапряженную работу, и они могут лучше справляться со стрессом. Людей с FNSS часто ошибочно принимают за страдающих бессонницей . [6] Распространенность FNSS в настоящее время неизвестна, однако мутации в генах DEC2 и ADRB1 , NPSR1 и GRM1 связаны с FNSS. [6] [22] [23]
FNSS уникален, поскольку люди с этой особенностью сна не проявляют симптомов более короткого сна. Они способны быть активными и нормально функционировать. [6]
FNSS может рассматриваться как полезный, а не вредный для некоторых людей. Таким образом, поскольку FNSS не оказывает отрицательного влияния на большинство затронутых людей, варианты лечения для него не были хорошо изучены или задокументированы. [6]
Такие мутации, по-видимому, снижают патологию болезни Альцгеймера у мышей. [24]
В 2009 году Ин-Хуэй Фу и его коллеги описали, как генетический вариант в DEC2 продуцировал фенотип короткого сна. [6] В этом варианте остаток аргинина заменяет остаток пролина , обычно присутствующий в позиции 384. [25] В пределах изученной семьи люди с мутацией DEC2 имели более короткую продолжительность сна. Исследователи обнаружили тот же фенотип при мутации этого гена у дрозофилы и мышей. [6] Интересно, что они обнаружили, что у мутантных мышей не наблюдалось изменений в периоде их свободной активности. [25] DEC2 функционирует как транскрипционный репрессор и увеличивает экспрессию гипокретина , который способствует бодрствованию. [6] DEC2 ингибирует активацию CLOCK / BMAL1 PER посредством белок-белкового взаимодействия или конкуренции за транскрипционные элементы E-box . [25] Отдельное исследование с использованием дизиготных близнецов с новой мутацией DEC2 показало, что у одного из близнецов была более короткая продолжительность сна. Эти результаты показывают, что DEC2 способен влиять на продолжительность сна посредством ослабления транскрипционной репрессии. [6]
Другим важным геном, участвующим в FNSS, является ADRB1 . Нейроны ADRB1 у мышей активны, когда они бодрствуют, и находятся в дорсальной части моста . Благодаря дополнительным семейным исследованиям мутации в ADRB1 показали сниженный фенотип сна. [6]
В более позднем исследовании, проведенном Лицзюань Син и коллегами, NPSR1 был связан с FNSS. В этом исследовании исследователи идентифицировали семью с мутацией в гене NPSR1, которая вызывала фенотип короткого сна. NPSR1 — это рецептор, связанный с G-белком , который играет роль в поведении пробуждения и сна. Эта мутация NPSR1 была воссоздана у мышей, и исследователи обнаружили тот же фенотип короткого сна. [22]
В другом исследовании, проведенном Гуансеном Ши и коллегами, GRM1 был связан с FNSS. Здесь исследователи идентифицировали две мутации GRM1 в двух разных семьях FNSS. Они воссоздали эти же мутации в мышиных моделях и обнаружили, что они заставляли мышей меньше спать. [23]
Понимание того, как эти люди способны переносить более высокое давление сна и поведенческие стимулы, окажется полезным для многих людей, чья работа требует длительного бодрствования. [6]
Вероятно, существует наследственный естественный длительный сон (FNLS), однако не было обнаружено никаких генетических вариантов, которые вызывают FNLS. Людям с FNLS, вероятно, требуется более 8 часов сна в день, чтобы чувствовать себя хорошо отдохнувшими. Эту группу людей может быть сложнее обнаружить из-за сопутствующих заболеваний , таких как депрессия . Необходимы дополнительные исследования, чтобы узнать больше об этой особенности сна. [6]