諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎:身體”時(shí)鐘”的秘密

10月09 諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎:身體”時(shí)鐘”的秘密

“熬夜黨”請對自己好一點(diǎn)，生物鐘一旦紊亂了想恢復，大腦需要1周、肝臟腸胃則需要兩周。不僅如此，多動(dòng)癥、抑郁癥、代謝性疾病、生殖健康都與生物節律有關(guān)。2017年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎授予杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·楊，以表彰他們發(fā)現了生物體晝夜節律的分子機制。

基因突變帶來(lái)作息異常

“這項成果回答了生物體最基本的問(wèn)題，實(shí)至名歸?！敝袊毎飳W(xué)會(huì )生物節律分會(huì )會(huì )長(cháng)、蘇州大學(xué)特聘教授徐瓔接到記者電話(huà)時(shí)難掩激動(dòng)：“從人類(lèi)、動(dòng)物、植物到細菌，幾乎所有生物體都有生物鐘，它影響著(zhù)血壓、血糖、睡眠、新陳代謝等各種生理過(guò)程和行為方式。更重要的是，生物鐘控制著(zhù)10%～43%的基因表達?！?/p>

徐瓔2003年在美國加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)部門(mén)從事研究工作?！爱敃r(shí)我們在研究一種‘早睡早起’的基因。當地有個(gè)家族的人習慣在3時(shí)～4時(shí)起床，18時(shí)～19時(shí)睡覺(jué)。研究團隊發(fā)現，這一家族管理睡眠行為的PER2基因發(fā)生了突變。如果把這種突變基因轉給小鼠，小鼠同樣會(huì )早睡早起?！?/p>

徐瓔回國后繼續從事相關(guān)研究，她帶領(lǐng)團隊還研究發(fā)現，PER1基因突變的小鼠不僅改變了睡眠時(shí)間，還會(huì )提前進(jìn)食。這一研究結果曾發(fā)表在《細胞》子刊上?！斑@也可以在一定程度上解釋某些進(jìn)食時(shí)間異常的現象，比如夜食癥?！毙飙嬚f(shuō)。

蘇州大學(xué)生物鐘研究中心主任王晗是世界上第一批用斑馬魚(yú)模型來(lái)研究人類(lèi)疾病與生物鐘關(guān)系的科學(xué)家之一。斑馬魚(yú)基因與人類(lèi)基因有著(zhù)87%的同源性，能幫助揭開(kāi)人類(lèi)身體的很多奧秘。

“我們采用反轉錄病毒插入，使斑馬魚(yú)的主要生物鐘基因per1b突變，這一突變使得它們的運動(dòng)量比正常魚(yú)多一倍，行為表現與人類(lèi)多動(dòng)癥類(lèi)似?！蓖蹶系难芯繄F隊由此發(fā)現多動(dòng)癥和生物鐘有關(guān)，并揭示了注意力缺陷多動(dòng)癥發(fā)病的新機制。在此基礎上，研究團隊建立了斑馬魚(yú)注意力缺陷多動(dòng)癥動(dòng)物模型，為大規模篩選注意力缺陷多動(dòng)癥藥物提供了重要材料。后來(lái)，這一研究成果發(fā)表在美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì )官方會(huì )刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》上。

節律紊亂類(lèi)疾病治療或更精準

此次諾貝爾獎獲得者在果蠅中克隆出per基因，而中國科學(xué)院北京生科院研究員孫中生則克隆了哺乳動(dòng)物的Per1基因。長(cháng)期從事疾病與生物鐘調控機制研究的孫中生指出，不僅是基因，光照、飲食等環(huán)境因素也會(huì )影響生物鐘變化。而生物鐘紊亂與精神疾病緊密相關(guān)，同時(shí)會(huì )導致肥胖、糖尿病、高血壓、高血脂等內分泌代謝疾病。

孫中生介紹，光照是生物鐘的重要影響因素之一。如北歐地區整個(gè)冬季光照僅為3小時(shí)～4小時(shí)，當地抑郁癥比例大幅上升，需要進(jìn)行燈光治療。而美國流行病學(xué)調查顯示，夜班護士月經(jīng)紊亂、代謝性疾病風(fēng)險增高。

“工業(yè)化發(fā)展改變社會(huì )環(huán)境。長(cháng)時(shí)間燈光照射、熬夜、借咖啡提神……現代人的很多行為與體內固有節律背道而馳。因忙碌偶爾打亂生物鐘，不會(huì )立刻發(fā)病，也最容易被忽略。但長(cháng)久下去會(huì )造成生物鐘失調，對人體健康有嚴重損害，如失眠、免疫力下降、腫瘤易感性增加、誘發(fā)阿爾茨海默癥等腦部疾病，甚至與不孕不育也有關(guān)系?！蓖蹶辖榻B，2013年其研究團隊已找到生物鐘基因紊亂與男性生殖障礙相關(guān)的直接證據。

“生物鐘研究將給患者提供更精準的治療方案，提示醫療操作進(jìn)行改變，比如調整檢查或用藥時(shí)間，以獲得更佳療效?！蓖蹶辖榻B，某些疾病，如心臟病、哮喘等，患者在晚上的相關(guān)生理指標更明顯，在這一時(shí)間段進(jìn)行監測檢查結果更精確。

“生物鐘是一個(gè)完整、精確的系統。數字化和精確性可使生物鐘研究成為其他生命科學(xué)提供研究的示范?！毙飙嬚f(shuō)。

生物鐘調整成為新課題

“在生命起源的進(jìn)化過(guò)程中，太陽(yáng)系中的生物體構成的24小時(shí)生命節律，是一種與環(huán)境達到最佳平衡的適應機制。偶爾偏離24小時(shí)后，規律睡眠和飲食，生物鐘也自身具備重設的能力。一般大腦需要1周，肝臟、腸胃需要兩周?！睂O中生介紹，人體自身的生物節律實(shí)際上是23.76小時(shí)，在24小的時(shí)光照作用下，精妙的生物鐘順應自然保持著(zhù)24小時(shí)的生物節律。

“生物節律是一個(gè)系統性的調控，使得我們能夠更好適應時(shí)空變換，比如幫助我們在國際旅行中調整時(shí)差?！毙飙嬚f(shuō)，隨著(zhù)全球化演進(jìn)，處于不同時(shí)區的人們越來(lái)越多會(huì )在同一時(shí)間做同一件事情，如國際會(huì )議、金融交易等，如何能在關(guān)鍵時(shí)刻調整生物鐘，降低事故發(fā)生率是研究方向。孫中生介紹，美國已研發(fā)出72小時(shí)不睡覺(jué)的藥物，可在有特殊需要時(shí)提高警覺(jué)性，增強生物節律。

徐瓔還指出，在航天事業(yè)中，宇航員脫離了由于地球24小時(shí)晝夜自轉，如何在地球以外的星際空間調整自己的生物鐘，也是未來(lái)的研究課題。

國內研究接近世界前沿

據了解，20世紀90年代是生物鐘研究發(fā)展的黃金時(shí)期。從現象到基因機理，從果蠅模型到小鼠再到人類(lèi)，研究?jì)热?、手段都有很大的突破?/p>

“事實(shí)上，中國很早就有關(guān)于節律的描述性研究，但沒(méi)有從分子機制層面的探索?！毙飙嫿榻B，目前的研究者大部分都有在國外學(xué)習工作的經(jīng)歷。此次諾貝爾獎得主霍爾和羅斯巴什的兩篇文章都有中國科學(xué)家的貢獻。

王晗介紹，現在全國已有幾十個(gè)大學(xué)和科研單位的近100個(gè)實(shí)驗室在從事植物、動(dòng)物、人類(lèi)以及睡眠相關(guān)的生物鐘相關(guān)研究。2013年國家自然科學(xué)基金委員會(huì )就也召開(kāi)會(huì )議來(lái)探討并且布局中國的生物節律的研究。

“目前，國內的生物鐘研究水平接近世界前沿，果蠅、植物、斑馬魚(yú)、小鼠各類(lèi)研究模型齊備，發(fā)展快，與國際交流頻繁?！蓖蹶辖榻B，近年來(lái)，美國、日本、歐洲的學(xué)者都曾與我國研究者合作開(kāi)展研究課題并組織國際會(huì )議。