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《細胞》:夜宵毀掉生物鐘

很多人都有倒班或倒時差的經歷,昏昏沉沉,食欲不振,那滋味真的不好受。造成這種狀態的原因,大家也都知道,那就是人體的生物鐘被打亂了。長期的生物鐘紊亂會嚴重影響人體的健康,並增加肥胖、2型糖尿病、癌症等疾病的風險[1]。

其實,不僅晝夜顛倒會影響生物鐘,另外一種更頻繁的活動——進食,同樣也會影響到生物鐘。不按點吃飯,往往造成生物鐘紊亂,這也是很多經常吃夜宵的人睡不好覺的原因

最近奇點糕就中招了,失眠導致吃飯時間錯亂,而吃飯時間錯亂又加重了失眠,惡性循環。不過,人們卻並不清楚進食與生物鐘之間是如何相互影響的。

最近,劍橋大學的科學家終於為我們解開了謎題。他們驚奇地發現,大家熟悉的胰島素,竟然還有調節生物鐘的作用!

受進食影響的胰島素,能改變細胞生物鐘蛋白的積累,甚至重塑生物鐘的相位,徹底改變細胞活動的節律。若進食時間錯亂,比如晚上進食,機體內胰島素的水平也會隨之改變,擾亂原本的生物鐘,引起各種問題。

這次的發現加深了我們對生物鐘調控機制的認識,並且可能有助於指導人們通過調節光照和進食時間,調整自己的生物鐘,避免相關疾病的發生,尤其是長期需要倒班的人。相關研究發表在頂級學術期刊《細胞》上,論文通訊作者是John S. O’Neill博士,第一作者是Priya Crosby博士[2]。

O’Neill博士(圖片來自劍橋大學)

我們的身體就像一台精密的機器,細胞、組織、器官等是這台機器的硬體,而細胞里的基因則是控制這台機器的軟體,協調各個硬體之間的工作。軟體安排硬體在合適時間做合適的事,以免發生衝突,這就是生物鐘。

2017年,諾貝爾生理學或醫學獎授予了三位揭示生物鐘機制的科學家。他們發現了一類叫PER的生物鐘蛋白,會不停地積累和分解,進行周期為24小時的震蕩循環。而由於PER蛋白會影響細胞內的各種生理過程,隨著PER蛋白的變化,生理活動也會相應地變化[3]。

PER蛋白還受到光信號的影響,使生物體形成晝夜節律[4]。

PER蛋白周期震蕩是調控生物鐘的關鍵[3]

除了晝夜變化外,進食也是一個周期性的活動,同樣也會對機體的活動造成重大影響。因此,進食與細胞生物鐘之間必然存在強烈的聯繫。

有人推測,生物鐘會影響到進食,而進食也應當會反作用於生物鐘[5]。但是,一直以來,人們對進食影響生物鐘的方式缺乏了解。

O’Neill教授一直想解開這方面的謎題。

在進食後,哺乳動物體內變化最大的無疑是血糖和胰島素了,而且幾乎所有細胞都受到這兩種物質的影響。而且,之前還有研究發現,血糖和胰島素水平的變化會影響生物鐘相關蛋白的表達[6]。

因此,O’Neill教授推測,胰島素或血糖,很可能就是進食與生物鐘之間的信使。

不過,到底是誰呢?

O’Neill團隊設計實驗,對這兩種物質的作用進行了檢驗。他們發現,胰島素會改變重要的生物鐘蛋白——PER2蛋白的積累,而血糖則沒有這種效果。這說明,胰島素才是調節生物鐘的關鍵分子

他們還發現,胰島素能大幅改變PER2蛋白的震蕩幅度和周期。甚至,高濃度的胰島素還能直接重置PER2蛋白的震蕩相位,可以說是恢復了出廠設置!

隨後,他們又在細胞、組織、器官以及小鼠個體等不同層面,都證明了胰島素對生物鐘的調節作用。此外,他們還證實胰島素樣生長因子-1(IGF-1)與胰島素有類似的作用,同樣也受到進食的影響。

並且,他們還證實,胰島素和IGF-1是通過激活細胞內的PIK3-AKT-mTOR信號通路,促進PER2 mRNA的翻譯,增強PER2蛋白的積累,從而調節生物鐘的。

以上研究揭示了胰島素對生物鐘蛋白的調節機制。那胰島素對動物的生物鐘,到底影響幾何呢?

首先,研究人員發現,胰島素信號的改變,能直接影響個體的進食節律用藥物抑制小鼠的胰島素信號,發現小鼠的進食時間出現了嚴重的錯亂,晝夜節律與進食時間完全不能同步。

改變小鼠的進食時間,伴隨著胰島素信號的變化,生物鐘也隨之改變。研究人員強制改變小鼠進食的時間,發現其生物鐘蛋白也會相應地發生改變,進食節律與晝夜節律不能同步了。

而將進食時間調整為原來的模式後,又能恢復其正常的進食節律,與晝夜節律保持一致。

現在我們可以確認,隨進食而變化的胰島素信號,可以調節細胞生物鐘蛋白的積累,改變細胞的生物鐘!

進食影響生物鐘的機制

當然,胰島素並不能影響小鼠所有組織的生物鐘。小鼠接收光信號的細胞的PER2蛋白,就不受胰島素的影響,而這個部位正是動物感受晝夜變化的關鍵區域。

其實這也很好理解,要不然,只要一次不按時吃飯就能大幅改變生物鐘蛋白,影響晝夜節律,那機體生物鐘完全亂套了。但是,若進食節律長期紊亂,那再強的維護機制也會被打破了。

考慮到生物鐘機制的保守性,再結合奇點糕自身的經驗,有理由相信人類細胞的生物鐘同樣也受到進食和胰島素的調節。也就是說,夜宵引起的胰島素水平紊亂,真的會破壞我們的生物鐘!

而對於很多需要倒班或者倒時差的人來說,這個發現可能可以讓我們通過調整光照和進食時間,儘快調整被打亂的生物鐘,預防相關疾病的發生

阿波羅網責任編輯:王和 來源:奇點網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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