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別熬夜了!當你日夜顛倒,皮膚、肝臟全都知道

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熬過夜的人都有體會,哪怕有強大的“意志”支撐,體內的生物鐘會讓我們在深夜想要睡覺、必須睡覺。很多研究得出證據,經常日夜顛倒的人新陳代謝會發生紊亂,危害健康。

頂尖學術期刊《細胞》最近一期上以背靠背的兩篇論文證實,感知晝夜光線變化並調節代謝、行使功能的生物鐘實際上遍布全身。換句話說,當你深夜還盯著電腦屏幕或手機,連你的肝臟、你的皮膚也能檢測到你正日夜顛倒。而這些被打亂節律的器官有可能讓機體更容易出現健康問題。

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人體生物鐘的“主時鐘”位於腦中的下丘腦,感知24小時內晝夜光線的變化,調節全身的生理機能。不過,在中樞神經系統以外,過去二十年里科學家們也發現,外周的各個器官,比如皮膚、內臟等也有生物鐘,細胞內的一些基因會在24小時內出現表達水平的起伏。

但外周時鐘是完全聽命於主時鐘從而達到同步,還是有獨立的功能?為了找出實驗證據,來自美國加州大學爾灣分校(UCI)和西班牙巴塞羅那生物醫學研究所的科學家們組成聯合團隊,試著分別讓兩個器官的生物鐘獨立啟動。

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▲Paolo Sassone-Corsi教授是這兩項研究的通訊作者之一,他的早期工作發現生物鐘受到多種因素的影響(圖片來源:UCI醫學院官網;Credit: Penny Lee)

研究者首先構建了一類特別的小鼠,它們體內缺少一個重要的基因Bmal1。在生物鐘的細胞水平上,這是一個關鍵的轉錄因子,調節著與晝夜節律有關的諸多基因的表達。因此,全身各個組織缺少BMAL1的動物,生物鐘悉數停擺,進食睡眠都沒有規律,相應地它們長得瘦小虛弱,並且早衰。

在此基礎上,科學家們分別恢復了肝臟和皮膚中BMAL1的表達。然後,把生物鍾正常的小鼠、全身缺少生物鐘的小鼠、以及單個器官恢復生物鐘的小鼠放在一起比較。

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▲構建全身生物鐘缺陷小鼠和僅有皮膚生物鐘的小鼠示意圖(圖片來源:Cell)

當這些動物處於標準的12小時白晝、12小時黑夜的環境中,研究人員檢測了它們的基因表達。沒想到,那些只有皮膚或肝臟存在生物鐘的小鼠,儘管缺乏主時鐘的調節,相應組織細胞中一部分基因也可以像正常情況下那樣,隨著光線變化而出現表達水平的變化,只是起伏的程度有所減弱。

不僅如此,代謝產物的分析結果顯示,在肝臟生物鐘的獨立運作下,肝臟還會自主執行一部分關鍵的代謝功能。例如,碳水化合物和氨基酸的代謝,糖原轉換。在正常小鼠肝臟中出現節律改變的200個代謝物中,有將近1/5也會在僅有肝臟生物鐘的小鼠中保留。

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▲在肝臟生物鐘的作用下,肝臟自主代謝保留了一部分有晝夜節律的功能(圖片來源:Cell

而從皮膚保留了生物鐘的小鼠身上,研究人員則觀察到,表皮的細胞更新等功能在生物鐘作用下得到挽留,皮膚早衰的現像有所減緩。

但是,當研究者讓小鼠處於24小時持續黑暗的環境中時,隨著光線變化的消失,皮膚和肝臟的生物鐘都會隨之停止工作。也就是說,出於某種目前還不明確的機制,皮膚和肝臟的生物鐘能夠檢測光線的變化!

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▲肝臟生物鐘受到晝夜光線變化的調節,在持續黑夜的環境下生物鐘停擺(圖片來源:Cell

“結果讓我們很驚訝!”通訊作者之一、UCI的Sassone-Corsi教授說,“誰也沒想到,肝臟和皮膚可以直接受到光線的調節。”

借助這套小鼠模型,接下來這個國際團隊還計劃逐步探究其他器官的生物鐘,並觀察不同器官之間如何交流,“破解代謝途徑如何控制晝夜節律、衰老進程和整體健康”。

過去關於晝夜節律的很多研究已表明,睡眠剝奪、飲食、運動等因素都會調整人體生物鐘。“現代生活方式很容易打亂人的正常生理節奏,引起抑鬱、過敏、早衰、癌症等健康問題。”Sassone-Corsi教授最後補充,“進一步的小鼠實驗或許可以幫我們找到讓人體內在生物鐘’不那麼失調’的辦法。”

我們期待補救和改善的辦法早日問世,幫助晝夜節律被打亂的人——比如跨時區旅行、值夜班的人。不過在此之前,我們日常還是可以盡量保持良好的生活習慣,比如,睡前不要讓電腦、手機的屏幕光線來干擾我們的生物鐘。

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