Science轉化醫學:時機決定壽命
日期:2016-02-14 08:56:16
賓夕法尼亞大學的科學家們發現,小鼠發育過程中缺乏一個關鍵的生物鐘基因會顯著加速衰老和縮短壽命,但如果基因敲除發生在出生以后就不會有這樣的效果。這項研究發表在二月三日的Science Translational Medicine雜志上。
Garret A. FitzGerald領導研究團隊構建了只在成年后缺失BMAL1的條件性敲除小鼠,并將這些小鼠與發育時缺乏BMAL1的常規敲除小鼠進行比較。研究顯示,這兩種小鼠的生物鐘都出現癱瘓,基因表達、行為和血壓喪失正常的節律。常規BMAL1敲除會顯著加速小鼠衰老,縮短它們的壽命。但條件性BMAL1敲除小鼠的壽命、生育力和一些衰老指標仍保持正常。
進一步研究表明,常規BMAL1敲除改變了許多非生物鐘基因的表達。“雖然Bmal1基因很早就有表達,但它的表達水平直到發育后期才開始振蕩。因此,在發育早期刪除這個基因會產生與生物鐘無關的脫靶效應,”文章第一作者Guangrui Yang博士說。常規BMAL1敲除被廣泛用于生物鐘的功能研究,研究人員的發現將促使人們反思這類研究得出的結論。
“Bmal1表達時機對小鼠壽命的重要影響,讓我們不禁想起了Barker假說。該假說認為胎兒所處的環境會影響其出生后的健康和壽命,”FitzGerald說。“人們普遍認為Barker假說反映了母體環境對胎兒的表觀遺傳學影響,比如吸煙、酗酒或環境毒素。從我們的發現來看,這些環境因素出現的時機對胎兒也很重要。”
為了適應地球自轉引起的晝夜改變,地球生物會通過生物鐘調控自己的活動。生物鐘周期與地球自轉周期相符,大約是24小時。那么,這個周期到底是怎樣決定并執行下來的呢?2015年6月Science雜志發表的一項研究表明,地球的自轉周期(24小時)銘刻在生物鐘蛋白KaiC的原子結構上。這種蛋白在藍藻中表達,是直徑10 nm的小分子。
2014年11月斯坦福大學的科學家們在Science發表文章指出,當晝夜節律被破壞時大腦的視交叉上核(SCN)會干擾學習和記憶能力。SCN含有控制哺乳動物晝夜節律的生物鐘,研究人員發現這一結構在學習和記憶中起到了重要作用。他們切除了受損的SCN,結果使倉鼠的記憶能力完全恢復。
眾所周知,生物鐘是很難抗拒的。舉例來說,跨越多個時區的長途飛行會導致痛苦的時差反應。Science Translational Medicine雜志發表的一項研究顯示,改變生物鐘也許并沒有那么困難,我們只需要在適當的時間喝一杯咖啡。研究人員指出,在上床睡覺前幾個小時攝入咖啡因,會使生物鐘延遲半個多小時,甚至導致第二天也難以入睡。
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