壶史名录紫砂茶具为何能泡出好茶Cell:别怪夜猫子自制力差,他们可能是基因突变了!洪晃:我的孩子们和老公

Science特刊:失眠、肥胖、癌症……万能的生物钟如何掌管我们的身体?

夜猫子们,别以为疾病离你很远
相比夜猫子,早起鸟会吃的更健康
睡不着?研究称“夜猫子”或系基因突变所致
生物探索
编者按

加班、倒班工作,频繁地跨越时区,夜晚玩手机……越来越多人都面临着生物钟紊乱的困扰。11月25日,Science杂志推出了生物钟特刊。用4篇综述阐述了生物钟与健康疾病、免疫系统、睡眠和神经退行性疾病以及代谢的关系。

雄鸡报晓,蜘蛛半夜结网,牵牛花在清晨开放……自然界所有生物的生命活动都存在节律现象,这就是我们常说的生物钟。与地球24小时的光-暗周期保持同步对于生物维持健康的生理状态至关重要。然而现代社会压力使人类的作息时间不再严格遵循于体内的生物钟。加班、倒班工作,频繁地跨越时区,夜晚玩手机……越来越多人都面临着生物钟紊乱的困扰。11月25日,Science杂志推出了生物钟特刊。用4篇综述阐述了生物钟与健康疾病、免疫系统、睡眠和神经退行性疾病以及代谢的关系。

生物钟是如何产生的?

在哺乳动物的大脑中有一个生物节律的起搏器,它位于下丘脑视交叉上核(SCN)。SCN就像一个总司令,根据自然界光-暗周期调控生理和活动节律,并能通过激素和神经信号调节外周生物钟。SCN 被切除之后,动物活动和进食规律将完全被打乱。

生物节律的产生及维持是一系列与生物钟相关的基因调控的结果。这些钟基因包括:BMAL,CLOCK,PER,CRY, REV-ERB-α,ROR-β等。其中,核心钟基因BMAL1-CLOCK形成的异二聚体与PER和CRY及一系列钟控基因(clock-controlled genes,CCGs)上的E-box元件结合,启动这些基因的转录。随着PER和CRY蛋白表达逐渐增多,它们将进入细胞核中,抑制异二聚体的作用。因此,细胞中 PER和 CRY 的蛋白合成开始减少。如此循环,使基因的转录水平呈现出24h的振荡周期。除这个负反馈环路之外,CLOCK和BMAL1蛋白质也调节核受体REV-ERB-α和ROR-β的表达,后者又可反过来抑制或激活BMAL1的转录。在SCN之外, CLOCK的同源物NPAS2也可与BMAL1形成异二聚体,调控钟控基因的表达。

图片来源:参考文献4

1
生物钟与健康和疾病

Circadian time signatures of fitness and disease

哺乳动物的生物钟包括位于SCN的中枢生物钟(central clock)以及外周组织生物钟(peripheral clock)。在大脑中,生物钟不仅调控着我们睡眠-觉醒周期,也调节着诸多行为,包括学习、奖赏和神经发生。外周生物钟受到中枢生物钟调控,同时也受进食、温度等因素的影响。衰老、轮班工作,时差,营养过剩,肥胖或癌症等原因可能会导致外周生物钟与中枢生物钟不同步。昼夜节律及睡眠紊乱与代谢综合征、肥胖、糖尿病、自身免疫和癌症等疾病密切相关。

在本篇综述中,作者阐述了在基因组动力学水平上昼夜节律对机体生理活动调控的研究进展,以及遵循或扰乱生物节律对机体健康所产生的影响。

生物节律和疾病的关联 图片来源:参考文献1

2
生物钟与免疫

Immunity around the clock

免疫是一把双刃剑,它虽然可抵御病原体侵扰和有害物质的刺激,但过度激活的免疫系统将对宿主造成伤害,甚至导致死亡。由于许多免疫参数都随着一天的时间出现节律性地振荡,生物钟已经成为避免免疫系统过度激活的“闸门”,在保护机体健康中扮演着重要角色。外界环境和免疫细胞内在的生物振荡相互作用,共同优化着机体的免疫反应。

在这篇综述中,作者对生物振荡如何限制免疫系统及免疫反应以增强机体健康进行了阐述。重点讨论了生物节律对免疫反应的“闸门”作用;免疫反应的生物振荡如何产生及维持;免疫细胞中的生物振荡。更好地理解细胞生物钟如何控制免疫反应有助于慢性炎症和免疫失调等疾病中时间治疗学的发展。

生物钟对免疫系统的“闸门”作用。图片来源:参考文献2

责任编辑:壶史名录紫砂茶具为何能泡出好茶