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诺奖授予生物钟研究者 专家:药物尚在研发

发布时间:2017-10-03 12:20:01 来源:澎湃新闻 责任编辑:笙火

嘀嗒,嘀嗒,嘀嗒??

人类社会经济与文明的发展依赖于越来越精密的计时工具——钟表,在人体内的每个细胞中,也有一个计时器在时时刻刻地嘀嗒着——生物钟。

乘坐航班飞越太平洋,从美洲回到亚洲的旅行者经常要面对一个窘境——倒时差。其背后就是生物钟在捣鬼。

中国科学院神经科学研究所研究员严军告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),生物钟强大到几乎影响了人类的每一个生理活动,包括认知功能和肥胖。美国科学家杰弗理?霍尔等人发现了这个时钟上的第一个齿轮。现在已经有很多个齿轮被发现,但怎么调这个钟,药物还在艰难研发中。

10月2日下午,2017年诺贝尔奖中的生理医学奖率先颁出,三位美国科学家杰弗理?霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔?罗斯巴殊(Michael Rosbash)和迈克尔?杨(Michael W. Young)荣获这一殊荣。他们的贡献是率先发现了控制昼夜节律的分子机制。

昼夜节律有多重要,三位科学家的研究有哪些独特之处,未来还有哪些问题要解决?

为了回答这些疑问,澎湃新闻专访了致力于昼夜节律基因调控网络研究的中国科学院神经科学研究所研究员严军。

昼夜节律是众多类型的生物节律行为之一

10月2日晚,严军告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),昼夜节律是一个24小时生物钟,特指植物、动物等以24小时为周期出现的规律行为。比如,人类在白天和黑夜就表现出截然不同的行为特征:清醒VS睡眠,运动量改变,血压、体温和胰岛素分泌发生变化。

除了昼夜节律,生物还有其他多种类型的生物节律行为,比如年轻女性每个月的生理周期(28天左右)、候鸟每年的迁徙行为等。

只要是在阳光下生活的植物、动物,几乎都存在昼夜节律行为。

地球自转造成晨昏交替。在漫长的进化过程中,生物体为应对日出日落,产生了不同的生存策略,比如昼伏夜出,或昼出夜伏等。这些“24小时制”的生存策略,在漫长的进化过程中,已被深深地镌刻在人类和其他生物的基因中,成为生物钟。

根据生存策略的不同,很多生物被分为昼行性或夜行性生物。人类是典型的昼行性生物,而小鼠是夜行性动物。

生物钟强大到影响人类几乎所有的生理活动。比如在正常情况下,人们受生物钟的调控,在夜间的能量消耗很少,摄食也很少。而一些昼夜节律紊乱患者,在夜间也大量进食,能量过剩,导致肥胖。昼夜节律的失常、紊乱,还可能导致患者睡眠障碍、认知功能的变化,甚至精神失常。

Per基因等陆续被发现

严军说,昼夜节律行为是最基本的生物学现象,虽然早已被发现,但科学家一直不敢相信这一复杂的生命活动背后,有对应的基因存在,或者受到基因的支配。直到1971年,美国科学家西摩?本哲(Seymour Benzer)等人发现果蝇突变体有昼夜节律异常行为。1984年,在激烈的竞争中,前述三位科学家带领的研究团队率先找到了第一个显著影响生物昼夜节律的基因——per基因(period)。这一重要发现鼓舞了更多科学家投身该领域。

目前,人们在哺乳动物中已发现十多个控制昼夜节律的基因,如Bmal1、Clock等基因。其中,在人体内有三个per基因(Per1,Per2,Per3)被发现。昼夜节律的分子机制现在已经相对清楚,几乎所有的相关基因都已被找到。

研究人员发现,在昼夜节律基因的调控中,一个典型的模式是负反馈调控。比如最简单的A和B双基因调控,A促进B的表达,但B抑制A的表达。它们就可以形成一种负反馈调控,此消彼长,形成振荡。

研究人员还曾在美国发现一个特别的家族。这个家族的成员每到晚上七点左右,就开始变得昏昏欲睡,比其他人更早上床休息,而他们起床也比一般人要早很多。基因检测显示,他们家族成员的一个昼夜节律基因(Per2)发生了突变。

相关药物尚在研发中

严军表示,三位获得诺奖的科学家虽然率先发现了per基因,但他们没有解决“包括per在内的生物钟基因如何调控细胞、组织、器官的节律生理活动”的问题。


根据目前的研究进展,学术界普遍认为,人类大脑中的SCN(视交叉上核)区域对生物钟的调控发挥了重要作用。光线进入人的眼睛中,通过感光通路,将光信号传入大脑的SCN等区域,经过整合处理,产生一致的节律活动,再经过神经环路,以神经电信号、激素等形式,将节律信号传递给其它大脑区域和肝脏、胰腺等组织器官。组成这些器官的细胞中的生物钟基因,根据信号分子的指令,开始施展拳脚。细胞间随即开始一场生物节律的大合唱。

目前越来越多调控昼夜节律的基因被发现,但它们如何接收外界信号,以及如何相互配合,还有待研究。已经上市的调控人类昼夜节律相关的产品还很少,相关药物正在艰难地研发和测试中。

严军表示,三位获奖者的研究工作非常重要,但作为先驱,西摩?本哲也应该获奖。非常可惜的是,西摩?本哲已于2007年去世。

姚立伟 本文来源:澎湃新闻 责任编辑:姚立伟_NT6056

责任编辑: 笙火

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