别熬夜了!当你日夜颠倒,皮肤、肝脏全都知道

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熬过夜的人都有体会,哪怕有强大的“意志”支撑,体内的生物钟会让我们在深夜想要睡觉、必须睡觉。很多研究得出证据,经常日夜颠倒的人新陈代谢会发生紊乱,危害健康。

顶尖学术期刊《细胞》最近一期上以背靠背的两篇论文证实,感知昼夜光线变化并调节代谢、行使功能的生物钟实际上遍布全身。换句话说,当你深夜还盯着电脑屏幕或手机,连你的肝脏、你的皮肤也能检测到你正日夜颠倒。而这些被打乱节律的器官有可能让机体更容易出现健康问题。

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人体生物钟的“主时钟”位于脑中的下丘脑,感知24小时内昼夜光线的变化,调节全身的生理机能。不过,在中枢神经系统以外,过去二十年里科学家们也发现,外周的各个器官,比如皮肤、内脏等也有生物钟,细胞内的一些基因会在24小时内出现表达水平的起伏。

但外周时钟是完全听命于主时钟从而达到同步,还是有独立的功能?为了找出实验证据,来自美国加州大学尔湾分校(UCI)和西班牙巴塞罗那生物医学研究所的科学家们组成联合团队,试着分别让两个器官的生物钟独立启动。

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▲Paolo Sassone-Corsi教授是这两项研究的通讯作者之一,他的早期工作发现生物钟受到多种因素的影响(图片来源:UCI医学院官网;Credit: Penny Lee)

研究者首先构建了一类特别的小鼠,它们体内缺少一个重要的基因Bmal1。在生物钟的细胞水平上,这是一个关键的转录因子,调节着与昼夜节律有关的诸多基因的表达。因此,全身各个组织缺少BMAL1的动物,生物钟悉数停摆,进食睡眠都没有规律,相应地它们长得瘦小虚弱,并且早衰。

在此基础上,科学家们分别恢复了肝脏和皮肤中BMAL1的表达。然后,把生物钟正常的小鼠、全身缺少生物钟的小鼠、以及单个器官恢复生物钟的小鼠放在一起比较。

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▲构建全身生物钟缺陷小鼠和仅有皮肤生物钟的小鼠示意图(图片来源:Cell)

当这些动物处于标准的12小时白昼、12小时黑夜的环境中,研究人员检测了它们的基因表达。没想到,那些只有皮肤或肝脏存在生物钟的小鼠,尽管缺乏主时钟的调节,相应组织细胞中一部分基因也可以像正常情况下那样,随着光线变化而出现表达水平的变化,只是起伏的程度有所减弱。

不仅如此,代谢产物的分析结果显示,在肝脏生物钟的独立运作下,肝脏还会自主执行一部分关键的代谢功能。例如,碳水化合物和氨基酸的代谢,糖原转换。在正常小鼠肝脏中出现节律改变的200个代谢物中,有将近1/5也会在仅有肝脏生物钟的小鼠中保留。

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▲在肝脏生物钟的作用下,肝脏自主代谢保留了一部分有昼夜节律的功能(图片来源:Cell

而从皮肤保留了生物钟的小鼠身上,研究人员则观察到,表皮的细胞更新等功能在生物钟作用下得到挽留,皮肤早衰的现象有所减缓。

但是,当研究者让小鼠处于24小时持续黑暗的环境中时,随着光线变化的消失,皮肤和肝脏的生物钟都会随之停止工作。也就是说,出于某种目前还不明确的机制,皮肤和肝脏的生物钟能够检测光线的变化!

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▲肝脏生物钟受到昼夜光线变化的调节,在持续黑夜的环境下生物钟停摆(图片来源:Cell

“结果让我们很惊讶!”通讯作者之一、UCI的Sassone-Corsi教授说,“谁也没想到,肝脏和皮肤可以直接受到光线的调节。”

借助这套小鼠模型,接下来这个国际团队还计划逐步探究其他器官的生物钟,并观察不同器官之间如何交流,“破解代谢途径如何控制昼夜节律、衰老进程和整体健康”。

过去关于昼夜节律的很多研究已表明,睡眠剥夺、饮食、运动等因素都会调整人体生物钟。 “现代生活方式很容易打乱人的正常生理节奏,引起抑郁、过敏、早衰、癌症等健康问题。”Sassone-Corsi教授最后补充,“进一步的小鼠实验或许可以帮我们找到让人体内在生物钟‘不那么失调’的办法。”

我们期待补救和改善的办法早日问世,帮助昼夜节律被打乱的人——比如跨时区旅行、值夜班的人。不过在此之前,我们日常还是可以尽量保持良好的生活习惯,比如,睡前不要让电脑、手机的屏幕光线来干扰我们的生物钟。

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