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肝脏如何随昼夜节律“跳舞”

发表者:杨华升 2872人已读

随着昼夜周期,肝脏有自己的代谢节律。使用最先进的蛋白质组学,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Nestlé健康科学研究所的科学家,发现了超过500个肝脏蛋白质,在一天当中它们在肝细胞核内的丰度发生变化,从而为代谢打开了一个新的思路。首都医科大学附属北京佑安医院中西医肝病科杨华升

发生在我们体内的生物过程并不是静态的,相反它们大多数的节奏是由一个内部的、24小时的生物节拍器(称为生物钟)决定的。在每一个昼夜节律周期中,许多生理过程都遵循这个生物钟所策划的振荡波,使它们能够适应和预测身体在一天当中某个给定时间点上的需求。现在,EPFL科学家用先进的蛋白质组学技术,来检测小鼠肝细胞的细胞核中5000多个蛋白的时间积累,并已确定了超过500个蛋白,与24小时周期有关。这项研究发表在Cell Metabolism,在规模和分辨率上在本领域尚属首次,并对于我们理解“有节奏的代谢和营养之间的相互联系”有着显著的影响。

生物受时间的影响

我们的身体通过调整一天的代谢过程,遵循“昼夜”周期,这就是为什么我们可以在夜间睡几个小时,而不需要挨饿,但在早餐后八小时就很饿,或为什么时差有时会导致消化问题。这种振荡是“时间生物学”领域研究的重点,该领域着眼于生物功能如何适时地组织,以及当这个时间安排被扰乱时如何可能发生疾病。

新陈代谢的这种调节与“我们的基因如何产生蛋白质”有关。许多基因通过调整它们产生蛋白质的速率,遵循我们的生物钟,并且,知道哪些基因这样做,将有助于我们了解代谢在一天的过程中如何变化。不幸的是,即使十多年前人类基因组已被绘制出来,调查“基因如何在一个时间依赖性的规模上控制蛋白质的生产”仍然是困难的,主要是因为在一个细胞中存在的蛋白质的绝对数量。

500个肝蛋白受昼夜周期的影响

现在,EPFLFelix NaefNestlé健康科学研究所的Frédéric Gachon,对于时间依赖性代谢的理解,获得了突破性的进展。只使用肝脏细胞的细胞核,科学家们确定了5000种蛋白质,其中500多个蛋白质在昼夜周期中受到影响,更具体地说,这些蛋白质在一天的过程中进入和离开细胞核。此外,他们发现,关键的细胞功能——如DNA修复、核糖体合成、细胞周期和染色体调控(多倍体),也受到昼夜调节的影响。

为了抵消蛋白质组的巨大复杂性,研究人员只集中在细胞的细胞核,而不是整个细胞。细胞核是产生蛋白质的地方,然后蛋白质被运输到细胞周围的不同位置。因此,细胞核对环境和生化信号是非常敏感的,并可能通过控制蛋白质的生产将这些转化为分子反应。

科学家们利用生物化学技术,从有/没有功能性生物钟的小鼠获取肝细胞,并分离出细胞核。在分离细胞核后,他们从中提取所有的蛋白质,并用质谱进行分析。

尖端的蛋白质组学

像基因组学一样,蛋白质组学是数字生物学的一个领域,它用计算机用来构建一个生物体全套蛋白质的详细数据库和图谱。科学家们使用一种称为SILAC的技术,加上高分辨率的蛋白质组学——它可以有效地量化蛋白质,在这项研究中,量化的是24小时周期内不同时间点上细胞核内的蛋白质。通过这样做,他们能够对“昼夜周期对肝细胞核中的蛋白质积累有何影响”有一个全面的了解。

Felix Naef说:“然而,许多研究针对的是静态的生理功能,我们的时间方法,让我们前所未有地了解到,在一天的时间内代谢是如何循环的。我们惊讶的发现,肝脏内的细胞核功能非常普遍地受到昼夜节律的影响。”

Frédéric Gachon称:“这项研究还表明,这种定量蛋白质组学方法,是系统分析细胞功能的一个很好工具。用传统的蛋白质组学技术,这将是不可能实现的。”

杨华升按:中医学早在两千多年以前,就对人体的生物钟现象有了准确的研究,提出了卫气运行规律以及后世被广泛应用的“子午流注”理论。根据中医学的这一理论,“子时”(23时至1时)为胆经当令之时,“丑时”(1时到3时)为肝经当令之时。由于肝与胆相表里,夜间11时至凌晨3时这一段时间对于肝胆系统的修复、合成与排泄非常重要。如果经常熬夜,在这一段时间不能进入睡眠,则对肝胆系统的影响很大,日积夜累,造成肝胆系统受损。而对于很多这一时间段规律性出现的症状,中医学一般也是从肝胆论治,具有很好的效果。

总之,中医学数千年的临床实践已经证明了子午流注理论的正确性,但过去一直没有特别令人信服的实验研究能够证明这一理论。所以,一般的西医和很多民众对这一理论是不信的。所以,我们过去建议病人不要熬夜,在理论上好像很不容易彻底说服病人。瑞士科学家基于蛋白质组学的这一研究成果,已经初步为人体生物钟的本质研究揭开了序幕,但距离证明中医学的子午流注还有很大的距离。原因是现在的研究还是仅仅将一天分为昼夜两部分,而不是按照中医学的时辰分为12个部分;第二,作为研究对象的小鼠和人类具有不同的生物钟,我们都知道耗子主要是在晚上活跃的,与人类的生物钟似乎正好相反。相信,如果科学家借鉴中医学的理论,会有更加精准的研究结果。

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发表于:2016-11-21 14:48

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    B***0 2017-01-11

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    k***l 2016-11-27

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    h***7 2016-11-23

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    h***7 2016-11-23

    学习了又长知识了~

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