健康与医疗系统

人人身上都有一座钟表,还有人因此得了诺贝尔奖

Russell Foster
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我们的生活是由时间统治的,我们用时间这个概念来度量该做的事情。但实际上,早晨把我们叫醒的闹钟,或者告诉我们快迟到了的手表,才是世界上最不自然的钟表。 我们的生理结构,顺应的可能是一个更为古老的生物钟,它甚至是在生物演变开始前,就已经存在的。

生物钟,嵌入到我们人类的基因里,也存在于地球上几乎所有的生命遗传系统中,以24小时为维度运作着。 “生物钟”或者叫做“昼夜节律钟”,能够帮助我们调节睡眠模式、警觉度、心情、体力和血压等等。

在正常情况下,我们人类会在一天内经历24小时的明暗转变,我们身体里的“昼夜节律钟”会使用这个光学信号,将生物学意义上的时间,与现实世界中的白天和黑夜相互对齐。 然后,生物钟可以预测24小时内人身体的不同需求,并且让身体跑在瞬息万变的外界条件之前,微调生理和行为模式。 身体温度下降、血压下降、认知功能下降、疲劳值增加以及睡眠预期都是如此。 在黎明到来之前,新陈代谢会随着我们的苏醒预期而逐渐增加。

昼夜节律钟也可以在同一时间让一切事情静止,这样生理过程可以按照适当的顺序进行。 细胞若想正常工作,需要机体在正确的时间为他们提供正确的材料,因此生物钟必不可少。

成千上万的基因必须按照一定的顺序,相互配合地开启和关闭。 蛋白质,酶,脂肪,碳水化合物,激素,核酸和其他化合物必须在精确的时间窗口被吸收,分解,代谢和产生。 能量的获得也是必不可少的,然后再分配到生长,繁殖,新陈代谢,运动和细胞修复中去。

所有这些过程和许多其他过程都需要耗费能量,它们在正确时间内进行,相互协调,避让开彼此的时间窗口。 假如没有了生物钟,我们内在的生理系统就会陷入一片混乱。

Jeffrey Hall,Michael Rosbash和Michael Young在本周早些时候获得了2017年诺贝尔生理学及医学奖,他们的开创性研究,首次提供了生物钟运作方式的准确理解。 他们使用的研究案例是果蝇。

生物钟如何运作

生物钟的核心是“负反馈循环”,它由以下的事件序列组成。 生物钟基因将时间信息翻译成蛋白质信息,蛋白质的相互作用形成复合物并从细胞的细胞质移动到细胞核中,产生时钟基因的抑制性。 这些抑制性时间蛋白复合物会再次被分解,然后时钟基因重获自由,进一步产生更多的蛋白质信息,日复一日。

在负反馈回路中,蛋白质生产和降解的节奏,接近一个自然日中的24小时循环。

以Hall,Rosbash和Young在果蝇中的发现的时间基因为基础,研究人员又在老鼠人类和许多其他动物中发现了非常相似的时间基因。 因此,这个在我们身体里滴答作响的生物钟,基本上和昆虫,蠕虫,鱼和鸟类的生物钟没有太大分别。

我们现在知道,“早起族”或“夜猫族”的早晚偏好,似乎也和这些时间基因的微小变化有关,它能够加速或减缓我们的昼夜节律。

昼夜节律紊乱

了解昼夜节律钟的工作模式,以及它们在生物学中的核心作用,让许多领域的研究获得了长足进步。假如我们的生物钟陷入紊乱,那么我们的身体健康可能会受到严重影响。

需要换班的工人白天尝试睡觉,但白天的睡眠通常比晚上的睡眠时长更短,质量更差。因为工人们虽然很累,但由于体内的昼夜节律系统指示身体此刻应该保持清醒。 接着他们又需要在夜间工作,此刻昼夜节律系统却认为身体该睡觉休息了,这导致他们整体的警觉性和工作表现都会降低。 这样的昼夜颠倒其实是让工人们在困倦的时候工作,清醒的时候睡觉。

短暂的昼夜节律系统紊乱可能会对记忆力问题解决能力情绪反应注意力产生很大的负面影响。 多年的夜班工作则会增加心脏病细菌感染癌症Ⅱ型糖尿病肥胖症的风险。 所以我们不能轻视昼夜节律系统能给我们带来的危险。

昼夜节律紊乱也是当前最具挑战性的一些疾病所共有的特征。 精神疾病如精神分裂症双相情感障碍抑郁症; 神经病症如阿尔茨海默病中风多发性硬化; 发育障碍如自闭症; 严重的眼睛疾病(包括白内障)均表现出昼夜节律系统的紊乱。

对昼夜节律系统的研究,未来是要了解其紊乱是如何发生的,并根据这些知识,开发新的药物和治疗方法,帮助我们调节生物系统的“内部时间”。这个伟大创新迭出的时代,真是令人无比振奋。

以上内容仅代表作者个人观点

本文由世界经济论坛与The Conversation联合发布,转载请注明来源并附上原文链接

翻译:达沃斯博客翻译小组·陈达铿

责编:刘博睿

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