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“生物钟”不可小觑 突破性研究共同解读生物钟奥秘

发布时间: 2017-04-10 09:41     来源: 生物谷

“日出而作,日落而息”,地球上大部分生物从几十万年前就开始就遵从这种大自然的特殊规律。当然日常生活中人们也并没有非常在意这中自然规律/现象,直到现代医学的发展进步才让我们将这种顺应自然的规律同生物钟画起了等号。当然随之而来的就是科学家们对生物钟的各种深度研究。

很多科学研究都发现,人类生活中各种行为的发生都与生物钟直接相关。而生物钟一旦被打破,则会对人类健康的影响带来巨大变化;有研究人员就发现,机体生物钟的紊乱和多种癌症的发生密切相关,当然研究人员还对生物钟在维持机体健康的重要性上进行了大量研究,同时也取得了一定的成绩,本文中小编就对近年来机体生物钟研究领域的相关进展进行了盘点整理,分享给各位!

【1】Immunity 重磅!生物钟控制淋巴细胞运动及免疫反应强度

DOI: 10.1016/j.immuni.2016.12.011

慕尼黑大学(LMU)的研究人员首次发现生物钟可以控制淋巴细胞运动,因此一天中不同时间点免疫系统对病原体产生的免疫反应强度不同,这可能有助于优化疫苗的使用。

淋巴细胞在身体适应性免疫过程中发挥着重要作用,而适应性免疫对识别和清除细菌及病毒病原体至关重要。淋巴细胞在血液和淋巴系统中循环,并且它们根据生理节律运动,这种节律与日夜交替同步,周期接近24小时。LMU的生理学家Christoph Scheiermann和David Druzd在最新一期《Immunity》上发表研究表明一天中不同时间点的适应性免疫反应的强度不一样。他们是合作研究中心914的成员,这个中心由德国科学基金会(DFG)资助,致力于分析白细胞在人体内的运动模式。

受欧洲研究委员会启动研究基金和DFG的资助,Christoph Scheiermann博士开始研究这些细胞如何在身体内循环以监视入侵的病原体及病变的细胞,以及淋巴细胞运动如何调节免疫反应。

【2】研究发现生物钟影响人体对病毒抵抗力

英国剑桥大学发布的一项研究显示,人体在一天中不同时段对病毒感染的抵抗力会出现较大变化,这主要是因为人的生物钟会影响病毒复制以及扩散的能力。

他们说,当一种病毒入侵人体内后,会“劫持”细胞内的各种运行机制和资源,从而在人体内快速复制和扩散。然而在生物钟的调节下,这些资源的数量在不同时段会出现很大波动,这就对病毒相关活动产生影响。生物钟调节着人体多项生理功能,包括睡眠规律、体温、免疫系统以及激素分泌等,而生物钟又与Bmall等多个基因相关。

为验证这种理论,团队在实验室中观察了小鼠在一天的不同时段中感染疱疹病毒产生的反应。他们发现,如果小鼠在早上感染了病毒,它们体内的病毒复制程度10倍于那些当天10小时后才感染的小鼠。研究人员随后在移除了Bmall基因的小鼠身上重复相同实验。结果显示,不论小鼠在一天中哪个时段感染病毒,病毒复制都处在非常高的水平,这显示了生物钟在其中具有的影响力。

【3】Cell 子刊:生物钟紊乱和癌症发展密切相关

doi:10.1016/j.cmet.2016.07.001

有关癌症危险因素的大型研究发现,夜班工作的人会增加患癌几率。麻省理工学院的生物学家已经发现解释这种高风险的可能原因。

在人类和其他生物体中,生物钟通过光来调节人体生理学的关键时间,从而控制细胞新陈代谢和分裂等活动。在一项小鼠研究中,控制细胞昼夜规律的两个基因也可对肿瘤有抑制功能。

这两种基因缺失或中断正常的明暗交替周期就会导致其肿瘤抑制功能下降,使得肿瘤不断发展。

“不管你以什么方式扰乱生物钟似乎都会促进肿瘤发生。”研究者说。

【4】Cell:特殊“生物钟”可促进细胞分裂周期的运行

doi:10.1016/j.cell.2016.02.060

细胞每分裂一次,就会复制一次DNA,随后将DNA的每一个拷贝分配到两个子代细胞中,细胞分裂事件往往会被复杂调控,同时也受到细胞周期蛋白的影响,近日,刊登在国际著名杂志Cell上的一项研究报道中,来自洛克菲勒实验室的研究人员通过研究使得细胞周期蛋白可以直接对细胞周期调控性的基因表达进行控制,研究者指出,如果细胞周期蛋白可以被完全消除,那么酵母细胞就不会进行周期性的基因表达,同时也不会完成细胞周期循环。

研究者Sahand Jamal Rahi表示,任何事情都会以一种特定的次序发生来确保其所所得产物是恰如其分的,首先多样性的细胞结构就必须合理复制,随后DNA再被复制并且获得合适的支架,随后才能支持细胞进行最终的分裂,而这一系列事件都必须在指定的时间内遵循一定的协调性模式。

Rahi还表示,那么问题就是,在工厂地面的正中间放着一块“生物钟”,其可以告诉我们何时开始工作?类似地,细胞周期蛋白调节细胞周期的模式同这种特殊生物钟一样,一旦遵循这样的模式,蛋白质的产生就具有一定独立性,这就好比工厂里的工人一样独立完成自己应该完成的任务。

【5】Science:基因图谱展示生物钟调节胰岛素

DOI: 10.1126/science.aac4250

最近,美国西北大学的研究人员发表了一项最新研究进展,他们发现了机体生物钟用以调节胰腺beta细胞合成分泌胰岛素,控制血糖水平的全新基因图谱,这项发现将促进糖尿病新治疗方法的开发。

机体生物钟能够根据地球上的24小时昼夜循环对进食和睡眠等行为进行协调,同时还会调节机体的生理活动,如代谢。在脑内有一个主要生物钟,而在其他独立器官内也存在一些次级生物钟。当基因,环境或是机体的一些行为扰乱了这些生物钟的协同性,就会出现代谢紊乱。

之前发表在国际学术期刊Nature上的一项研究已经证明胰腺内的生物钟对于调节小鼠胰岛素分泌,平衡血糖水平具有至关重要的作用。敲除小鼠的生物钟基因会导致肥胖和2型糖尿病的发生,但如果想要通过调节生物钟达到治疗肥胖及相关代谢疾病的目的,那就需要对其中的机制进行更加深入的了解。

【6】Nature Neuroscience:人体生物钟新调节机制

原文报道: Finding the body clock's molecular reset button

一个国际科学家团队发现了,什么可以作为我们机体内部生物钟的分子重置按钮。他们的这个发现,揭示了一个潜在的治疗一系列疾病的靶点,例如,常常与时差,倒班和夜间光照有关的疾病,如从睡眠紊乱到行为,认知和代谢失常,还有神经精神疾病,如抑郁症和自闭症。

由蒙特利尔McGill 和Concordia 大学的研究人员们发表在4月27日Nature Neuroscience上的一篇文章报道,当磷酸在大脑中和一个关键的蛋白相结合,人体的生物钟就会被重置。这个过程,即已知的磷酸化,是由光线所促发的。事实上,光线刺激了一种名为期蛋白的特殊蛋白合成,这种蛋白在生物钟重置钟起到了关键的作用,从而,将生物钟节律和日常周期环境同步化。

对昼夜节律的阐释

"这项研究第一次发现了一种机制,可以用来解释光线如何在大脑中调节蛋白合成,接下来如何影响生物钟的功能," McGill大学生化系教授,文章的通讯作者Nahum Sonenberg说。

【7】Cell:首次发现肠道微生物运动或会影响宿主的昼夜节律

doi:10.1016/j.cell.2016.11.003

甚至是肠道微生物也有着自己的生活规律,就好像时钟一样,它们会在部分肠道粘膜组织中开始每天的生活,向左或向右移动几微米,随后在回到原来的位置,日前一项刊登于国际杂志Cell上的研究报告中,来自魏茨曼科学研究学院的研究人员通过对小鼠进行研究发现,肠道微生物定期的运动或许会通过将肠道组织暴露于不同微生物或一些代谢产物中,从而影响宿主的昼夜节律。

研究者Eran Elinav说道,这项研究揭示了原核生物和真核生物,以及哺乳动物有机体和寄生在宿主体内的微生物菌群之间行为的互联机制,这些群体之间能够发生相互作用并且被彼此互相影响。此前研究中研究者发现,我们机体的生物钟能够同机体微生物菌群的生物钟协同工作,而且干扰小鼠机体的睡眠模式并且给其多次喂食就能够诱导小鼠机体肠道微生物菌群的行为改变。

【8】eLife:控制机体昼夜节律钟同步的特殊基因

doi:10.7554/eLife.03357

近日,刊登在国际杂志eLife上的一篇研究论文中,来自索尔克研究所的科学家们通过研究鉴别出了一种可以调节睡眠觉醒昼夜节律的基因,这种名为Lhx1的基因或许就为研究人员提供了一个新型靶点,供其开发帮助夜班工人及时差综合症患者改善昼夜节律的疗法,同时也为开发治疗一系列睡眠障碍的靶向疗法提供思路。

机体中每个细胞都存在一种特殊的“生物钟”,即一种含量丰富的蛋白质,其水平可以随着24小时有节律地升高或降低,负责建立循环生理节律及维持机体细胞同步的主时钟位于大脑下丘脑的视交叉上核中,视交叉上核(SCN)大脑下丘脑中一块较小的紧密型区域,该区域包含有大于2万个神经元细胞。

这项研究中,研究人员破坏了小鼠的光暗循环周期,并且比较其它小鼠SCN中成千上万个基因的表达情况,最终发现有213个基因对SCN较为特殊,通过进一步筛选,研究人员最终发现了仅有一个基因(即Lhx1)对光的反应处于抑制状态。研究者Shubhroz Gill表示,至今没有人发现基因Lhx1在SCN中所扮演的角色,我们都知道该基因对于神经发育非常重要,缺失该基因的小鼠并不能存活,而这项研究也是首次揭示了该基因作为一个主要调节子来调节个体的昼夜循环节律的。

【9】Cell Rep:饮食可影响人类机体的昼夜节律钟

doi:10.1016/j.celrep.2014.06.015

食物不仅可以为我们机体供应能量,而且其也可以影响我们机体自身内部的生物钟,而生物钟可以调节人类行为及生物学许多方面的昼夜节律;近日,刊登在国际杂志Cell Reports上的一篇研究论文中,来自日本山口大学的研究人员通过研究揭示了如何通过饮食控制来调节我们机体的生物钟,这或许可以帮助治疗人类多种疾病,并且可以揭示胰岛素在重置生物钟过程中发挥的作用。

内部生物钟或昼夜节律钟在机体首选睡眠时间、保持头脑清醒及机体特定的生理学过程中扮演着重要角色,生物钟可以使得机体的基因在每天的合适时间得到最大化表达,从而使得有机体适应地球的旋转。研究者Makoto Akashi教授表示,生理学和环境节律之间的慢性失调不仅可以降低个体生理学的表现,而且会驱动人类多种障碍带来一定风险,比如引发糖尿病、心脑血管疾病及癌症等。

【10】JBC:科学家发现可影响机体昼夜节律的新型化合物

doi:10.1074/jbc.M113.545111

近日,来自斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute)的研究人员通过研究发现了一种可以潜在改变机体昼夜节律的两个新型化合物,昼夜节律是一种非常复杂的生理学过程,机体主要表现为对白天和黑夜24小时循环的不同反应,昼夜节律在大多数活体生物机体中都存在,相关研究成果刊登于国际杂志the Journal of Biological Chemistry上。

文章中研究者指出的化合物中,至少有一种可以被开发成为化学探针来为治疗一系列疾病,包括肥胖和糖尿病等,研究者表示主要对一组名为REV-ERBs的蛋白质进行相关研究,该蛋白质组是一个蛋白质超家族组,其在调节昼夜节律生理学、代谢及免疫功能方面扮演着重要角色。

这项最新研究中,研究者发现了两种化合物:钴原卟啉(CoPP)和锌原卟啉(ZnPP)可以直接同REV-ERBs结合;一般情况下REV-ERBs可以被血红素分子调节,而血红素可以结合血红蛋白,从而帮助机体将氧气从血管中运输到细胞中,另外血红素在细胞能量产生过程中也发挥着重要作用,当血红素激活REV-ERBs后,钴原卟啉(CoPP)和锌原卟啉(ZnPP)就可以直接抑制REV-ERBs。

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