哺乳动物生物钟与能量代谢的相关研究进展

生物钟广泛存在于各种生物体中,是生命体的一种内源调节机制。哺乳动物生物钟系统与机体营养代谢和能量平衡有着密切的关系。概述了生物钟系统通过营养途径、限速酶途径、核受体途径对哺乳动物机体代谢活动和能量平衡的调控,以及哺乳动物代谢稳态对生物钟系统的影响,从而为从生物钟调控的角度治疗和防控代谢综合征提供新的思路。     

生物钟节律与肝脏代谢稳态

生物钟(circadian clock)是机体内在的自主性计时系统,包括视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)中枢生物钟与各组织外周生物钟。分子生物钟的核心机制包括CLOCK/BMAL1二聚体诱导抑制因子CRYs和PERs的转录,CRYs/PERs复合物反馈抑制前者转录活性,进而使这些生物钟核心因子以及节律输出基因的转录水平呈24 h振荡的反馈调节核心环路,以及REV-ERBα和RORα调控BMAL1转录的补充环路。机体大约80%的蛋白编码基因表达呈现明显的昼夜节律性特征,生物钟系统使生物能够适应地球自转所产生的昼夜节律(近日节律),使机体的代谢平衡与能量相互协同。生物钟与代谢稳态相互依存、互为基础,使机体能够高效利用能量,协同机体不同组织,快速适应内外环境变化。肝脏作为机体代谢的中枢器官,其进行的各种生理活动几乎都受到生物钟的控制。生物钟与肝脏代谢调控之间存在多重交互调控机制,两者的交互平衡失调是代谢性疾病的高风险因素。本文主要就肝脏的糖、脂和蛋白质代谢的节律性调控进行了综述,并强调了线粒体功能的振荡,讨论了肝脏代谢对生物钟的反馈调节,并对生物钟研究方法和应用进行展望。     

哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展

时间生物学主要是研究生物体内生理和行为的时间机制的学科,而这种机制主要是由生物钟调控的。研究表明,营养代谢的各个方面如葡萄糖转运、糖原异生、脂质合成及降解、氧化磷酸化等作用都受到生物钟核心转录机制的调控,并具有时间敏感性;相反,代谢信号也可以反馈调节生物钟系统,包括生物钟基因表达和行为活动。生物钟的紊乱会造成诸如心血管疾病、肥胖、糖尿病等多种疾病。本文从代谢与生物钟的相互关系、各类营养信号和营养素对生物钟的作用以及生物钟与营养代谢相关疾病的关系等多方面综述了哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展。     

核受体Rev-erbs的研究进展

Rev-erbα和Rev-erbβ是核受体Rev-erbs家族的两个成员.它们有相似的结构和功能,广泛参与调节生物钟基因、脂、糖代谢以及细胞分化等机体一系列的生理和代谢活动.研究表明:Rev-erbs是机体生物钟紊乱,脂、糖代谢异常甚至肿瘤发生的重要调节因子之一,因此对Rev-erbs的研究受到极度重视.就Rev-erbs的结构、组织分布、转录调节机理及其参与调节机体生物钟紊乱,脂、糖代谢、免疫应答进行了综述.     

生物钟与肠道菌群调控哺乳动物能量代谢研究进展

生物钟作为哺乳动物进化过程中产生的一种适应机体内外环境昼夜变化的内在机制,控制着机体的睡眠-觉醒及进食等生理活动,使生物体在每个昼夜周期的能量需求和营养供给呈现出与环境相适应的节律性变化。哺乳动物的肝脏、骨骼肌、胰腺、心血管等组织的葡萄糖代谢、脂质代谢和激素分泌等都受到生物钟的调控。作为宿主特殊的“器官”,肠道菌群在共同进化过程中与宿主微环境(组织、细胞、代谢产物)构成了一个微生态系统,在宿主对营养物质的消化和吸收过程中发挥重要作用。近年来的一些研究证据表明,肠道菌群的构成、数量、定植以及功能活动均具有显著的昼夜节律性变化,而这与生物钟调控下的各种生理功能变化是密切相关的。此外,有研究发现肠道菌群可通过分解宿主无法消化的膳食纤维等营养物质产生短链脂肪酸等代谢产物,部分代谢产物具有调节宿主生物钟并影响代谢的功能。本文将重点阐述生物钟与肠道菌群的互作及其对哺乳动物能量代谢的影响,以期为代谢性疾病的预防和治疗提供新的线索和思路。     

RNA甲基化依赖的RNA加工调控昼夜节律生物钟的速度

<正>哺乳动物的昼夜节律生物钟主要通过调控代谢开关或限速酶的表达来调节新陈代谢。真核生物的生物钟包括一个转录-翻译负反馈调节通路,通过这个通路,生物钟基因调节它们自身以及重要代谢基因的表达。多年前人们就已知道肝脏中大约10%的基因具有昼夜节律性,而近些年的RNA测序研究表明,在这些节律性的基因中,仅有大约五分之一是由从头转录所驱使的。这一发现提示对RNA剪接和加工的调控具有非常重要的生物学意义。     

综述与专论：生物钟Bmal1基因与慢性代谢性疾病及其运动干预研究进展

脑和肌肉芳香烃受体核转运样蛋白1基因（brain and muscle arnt-like 1,Bmal1）是生物钟的核心基因,在机体生命活动中发挥重要调控作用。生物钟的紊乱通常伴随Bmal1的异常表达,进而诱发一系列慢性代谢性疾病。运动可上调Bmal1表达,减缓慢性代谢性疾病的发病进程。本文主要对生物钟Bmal1在慢性代谢性疾病中的作用及其运动干预研究进展进行综述,提出Bmal1在运动改善慢性代谢性疾病中的可能作用机制,以期为运动通过生物钟基因防治慢性代谢性疾病提供新视角。     

生物钟基因在骨骼肌中对生肌形成和能量代谢的调控作用

生物节律的产生是中枢生物钟和外周生物钟共同作用的结果,存在于骨骼肌内的生物钟基因主要包括clock、bmal1、cry2、per2、rev-erbα和rorα,以及相关的钟控基因dbp和tef1。生物钟基因在骨骼肌中的表达通过调控生肌决定因子进而介导了骨骼肌的增殖、分化、融合及功能变化;同时生物钟基因在骨骼肌中的表达也可以调控骨骼肌内糖脂代谢过程,从而调控骨骼肌的能量代谢。     

生物钟基因与脂质代谢紊乱

生物钟是生物适应环境节律变化形成的特殊生理机制,具有一定的节律性。生物钟基因被证实参与调节多种生物生理活动,如生物的各种代谢活动、细胞的凋亡与坏死、肿瘤的发生与发展和炎症反应等。其中,脂质代谢作为一项重要的代谢活动,其紊乱可能诱发高血脂症、动脉粥样硬化等疾病。脂质代谢的调节受生物钟相关基因的调节。本文就有关生物钟的生理机制及生物钟基因参与脂质代谢调节的研究进行综述。     

O-GlcNAc修饰调节生物节律研究进展

生物体的睡眠/觉醒、进食等行为以及各种生理、生化、代谢过程都遵循着大约24 h的周期性变化,称为昼夜节律(circadian rhythms)。昼夜节律与能量代谢之间存在着紧密的联系。位于下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nuclei,SCN)的中枢生物钟与外周组织细胞中的生物钟共同组成了哺乳动物的昼夜节律系统。以CLOCK/BMAL1异二聚体为核心的转录/翻译负反馈环保障了节律系统的正常运行。各种蛋白质翻译后修饰参与了昼夜节律的调控。综述了氧连β-N-乙酰葡糖胺修饰(O-Glc NAcylation)在调节昼夜节律中发挥的重要作用。O-Glc NAc修饰可以增强一些生物钟蛋白的稳定性及转录活性,也可以影响其他一些生物钟蛋白的磷酸化及细胞定位。抑制生物钟蛋白的O-Glc NAc修饰导致细胞节律衰弱和多种节律基因表达下调。研究表明,O-Glc NAc作为机体能量代谢的感受器参与了多条细胞代谢相关信号转导通路的调节,O-Glc NAc修饰为能量代谢影响昼夜节律提供了一条新的途径。     

哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展

生物钟对生物机体的生存与环境适应具有着重要意义,其相关研究近年来受到人们的广泛关注。生物钟的重要性质之一是内源节律的周期性,当前的研究认为这种周期性是由生物钟相关基因转录翻译的多反馈环路构成核心机制调控着近似24 h的节律振荡。哺乳动物的生物钟系统存在一个多层次的结构,包括位于视交叉上核的主时钟和外周器官和组织的子时钟。虽然主时钟和子时钟存在的组织不同,但是参与调节生物钟的分子机制是一致的。近年来,通过正向、反向遗传学方法和表观遗传学的研究方法,对生物钟的分子机制的解析和认知愈发深入。本文在简单回顾生物钟基因发现历史的基础上,重点从遗传学和表观遗传学两个方面,从振荡周期的角度,对哺乳动物生物钟分子机制的研究进展进行了综述性介绍,以期为靶向调节生物钟来改善机体的稳态系统的研究提供参考,同时希望能促进时间生物学领域与更多其他领域形成交叉研究。     

昼夜节律与能量代谢

地球上大多数生物存在内源性的昼夜节律生物钟,它使得生物个体能够预知环境中由于地球自转产生的周期性昼夜变化。这种预知性使得生物个体的内在生理节律与周围环境的变化周期保持一致,从而能够更有效地从周围环境中摄取能量,在体内更高效地利用能量,亦即更好的适应环境以获得进化上的优势。生物钟能够广泛调控哺乳动物的睡眠、进食和代谢等多个方面的行为和生理功能,生物钟的破坏与多种代谢疾病相关;同时代谢过程和进食行为也能反过来调控生物钟。近年来对生物钟的不断研究加深了人们对肥胖和糖尿病等代谢疾病的理解,为这些疾病的治疗提供了新的思路和方法。本文主要综述哺乳动物生物钟与能量代谢之间的关系及研究进展。     

生物钟对植物非生物胁迫应答调控的进展

生物钟是一种控制植物节律性生长发育的内源性系统,可以辅助植物预知周围光照、温度和湿度环境的变化,以其核心振荡器为主要调控元件,通过细胞内关键基因的表达水平、蛋白互作从而形成信号转导通路和反馈调节回路,指导植物作出相应的表型调整,对提高植物在逆境条件下的生存适应能力具有重要的作用。本研究综述了植物在寒冷、干旱、高盐的极端环境下,生物钟关键基因CCA1/LHY、PRRs和GI等参与胁迫应答的调控方式,以及在调控过程中生物钟对脱落酸、乙烯、细胞分裂素和茉莉酸合成及代谢的影响。以植物的基因功能和激素调节为切入点,为运用现代分子生物技术手段提高植物非生物抗逆性的研究提供理论依据。     

PGC-1α与炎症反应的研究进展

PGC-1α是共激活转录因子成员,调控线粒体生成相关基因的转录和表达,促进线粒体生成,调节机体的能量代谢。最近的研究发现,PGC-1α也参与机体炎症反应的调控过程。本文从PGC-1α的结构与活性调节、与糖尿病、神经系统疾病的关系等方面综述PGC-1α与机体炎症调控的最新进展。     

Sirt1与生物钟的相互调控

生物钟调控机制广泛存在于各种类型的细胞中,控制着细胞代谢的节律性变化.最近的研究发现,NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirt1参与了生物钟调控过程,对维持正常的生物钟节律具有重要作用;另一方面,Sirt1的表达也受到生物钟系统的调控,呈现出昼夜节律性的表达.因此Sirt1能与生物钟进行相互调控,并且这一作用机制很可能广泛参与了不同类型细胞内的信号转导和能量代谢过程.本文总结了Sirt1与生物钟之间相互调控的一些研究进展,对它们之间的分子调控机制进行了概述.     

下丘脑Kiss1神经元在能量代谢调节中的作用

代谢是机体生存和延续的基础,机体通过影响行为并诱发一系列的生理反应,调节代谢状态。能量代谢失衡可能导致机体消瘦或肥胖,甚至会造成生长发育和生殖功能的障碍等。因此,维持机体的能量平衡至关重要,而这一状态的维持受中枢神经系统的严格控制。中枢神经系统,特别是下丘脑,在调节机体生理功能和能量平衡中发挥着重要的作用。下丘脑Kisspeptin被认为在调节性腺轴、营养性发育和生殖中发挥重要作用。近些年来,关于其在能量代谢调控中的作用也引起广泛关注。本文将从能量摄入和能量消耗两个方面对下丘脑Kisspeptin在能量代谢调控中的作用进行综述,以期为防治因能量失衡诱发的代谢性疾病提供新的研究思路和依据。     

生物钟与心血管疾病联系的研究进展

昼夜节律广泛存在于生命体中,主要由生物钟调控,使生命活动呈现以24 h为周期的变化。越来越多的研究表明,生物钟与心血管的生理功能密切相关,比如基础血压和心率的日周期变化主要受控于生物钟而非行为。此外,心肌细胞的代谢、血管内皮的功能,以及血管的收缩和舒张均受到生物钟的调节。不仅如此,许多心血管事件的发生,如心肌梗死的发生也具有明显的昼夜节律特征。基于动物模型的研究显示,昼夜节律紊乱是心血管事件发生的重要风险因素之一。本文综述了有关生物钟与心血管疾病联系的最新研究进展,希望有助于根据生物钟理论优化心血管疾病治疗策略。     

MicroRNAs-微生物互作调控机体脂肪代谢研究进展

微生物和microRNAs均参与机体脂肪酸吸收、转运和从头合成,以及脂肪动员和储存等代谢过程的调节.宿主分泌的microRNAs可通过调控微生物生长和代谢影响脂肪代谢.微生物一方面可影响宿主microRNAs分泌,另一方面其自身也可直接分泌microRNAs,并调节宿主的代谢功能.本文综述了microRNAs和微生物对机体脂肪代谢的影响和调控机制,重点探讨了microRNAs和微生物互作调控脂肪代谢的研究进展和作用机制,以期为精准靶向预防或治疗脂肪代谢紊乱相关疾病提供新的思路和依据.     

植物生物钟及其调控生长发育的研究进展

作为植物细胞内部的授时机制, 生物钟系统主要包括信号输入、核心振荡器和信号输出3个主要部分。该系统通过感受外界光照和温度等环境因子的昼夜周期性变化动态, 协调植物生长发育、代谢与生理反应, 赋予植物对生存环境的适应性。植物生物钟系统的核心振荡器通过多层级调控复杂的下游信号转导网络来参与调节植物生长发育及对生物与非生物胁迫的适应性。该文概述了近年来生物钟核心振荡器及其调控植物生长发育过程诸方面的研究进展, 并初步提出了植物时间生物学研究领域一些亟待解决的科学问题, 以期为生物钟领域的研究成果在作物分子育种方面的利用提供理论借鉴。     

p53参与代谢调控的研究进展

p53作为肿瘤抑制因子,其不仅参与遗传毒性应激调节,而且在代谢平衡调控中也发挥重要作用。当机体或细胞处于不同生理逆境时,活化的p53通过参与糖代谢、脂肪酸代谢、ROS水平等相关调节信号通路影响各种代谢途径,进而通过诱导细胞周期阻滞、修复、衰老或凋亡的发生,最终调控机体或细胞产生代谢应激。总结了近年来p53途径的相关报道,对p53与癌症、代谢综合证的关系进行了阐述,以期为进一步理解p53参与的代谢调控提供参考。