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。     

胰岛素对代谢的中枢调控作用北大核心CSCD

胰岛素(insulin)为机体重要降糖激素,可促进葡萄糖氧化利用、促进脂肪蛋白质及肝糖原肌糖原合成;并抑制胰高血糖素分泌及肝糖原与脂肪分解;在血糖平衡与代谢稳态调控中发挥关键作用。经典理论认为,胰岛素由胰腺β细胞分泌,经体液途径,与靶细胞胰岛素受体(insulin receptor)结合以启动细胞信号传导而发挥作用。然而,在过去三十年间,胰岛素作用于中枢神经系统,经神经机制调控机体糖代谢稳态的作用,亦陆续被报道。近年来,随着神经科学与代谢学新技术发展,胰岛素对代谢稳态的中枢调控机制,得以被深入研究;与此相关的脑区、神经核团、神经元、细胞信号传导通路、神经通路陆续被揭示。值得关注的是,脑内胰岛素作用异常,亦是引发代谢相关疾病,如肥胖、2型糖尿病等疾病的重要因素之一。目前,以中枢为靶点的降糖药相继问世,可有效降低血糖、减轻胰岛素抵抗、改善2型糖尿病症状。由于肥胖、2型糖尿病等代谢疾病呈全球高发趋势,探索胰岛素对代谢的中枢调控机制,具重大医学与社会意义;因此,本文综述五年来相关研究进展,以期深入认识胰岛素生理作用,并为相关疾病机理与诊疗提供新思路。     

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。     

植物次生代谢产物对哺乳动物生物钟的调节作用

生物钟是生物适应地球自转而形成的内在节律,哺乳动物体内生物钟与内分泌、代谢调控以及疾病均有着紧密联系。随着人类生活和工作模式的改变,生物钟紊乱已经逐渐影响到机体健康。研究发现,饮食在为机体提供物质能量的同时,也是调节生物钟的重要途径之一,并且不同物质的摄入对生物钟的调控也存在差异。现就几种植物次生代谢产物,如白藜芦醇、茶多酚和咖啡因等对生物钟调节的研究进展进行综述。     

机体胆汁酸肠-肝轴的研究进展

机体肠道与肝脏间的交互作用形成肠-肝轴,后者的紊乱是肝脏疾病发生的重要原因,而良好的肠道稳态和肝脏的保护对维持机体内环境的稳定起着重要作用。胆汁酸(胆盐)作为肠-肝轴循环中的重要组成成分,不仅参与了机体营养物质的消化代谢,还作为一种信号分子和代谢调节因子,能够激活核受体和G蛋白偶联受体(GPCR)信号通路参与调节肝脏脂质、葡萄糖和能量平衡,维持机体代谢平衡。本文将结合近年来有关胆汁酸的研究进展,从胆汁酸的来源、在肠-肝轴中的循环以及胆汁酸在机体中的作用等方面进行综述,以加深对肠-肝轴重要性的理解。     

生物时钟与脂肪组织代谢整合机制研究进展

生物时钟广泛存在于各种生物体中,并调控机体的生理稳态。近年来的研究已部分阐明,中枢和外周时钟内在的反馈机制在能量代谢稳态中起重要作用。随着一天中能量需求的波动,哺乳动物脂肪组织的生理机能也表现出相应的昼夜变化。现对与脂肪组织生物时钟偶联的重要元件及其关联调控机制,尤其是基于小鼠模型得到的启发性研究成果进行综述。这些研究成果不仅阐明了生物时钟和脂肪组织能量代谢之间的内在联系,也从时间生物学的视角为治疗肥胖等代谢性疾病提供了潜在的药物靶点。     

进食行为调控外周生物钟节律的研究进展

哺乳动物的生物钟包括位于下丘脑视交叉神经上核中的中枢生物钟(central clock)以及外周组织生物钟(peripheral clock)。节律正常时,由中枢时钟决定的外周生物钟同时具有一定程度的独立性。食物牵引实验(food entrainment)证明改变进食时间(白天给食)可以完全逆转外周组织的节律,因此,对于外周组织,进食是一个重要的授时因子(synchronizer)。目前已报道多种进食相关信号调控外周生物钟基因的表达及节律。现就进食行为影响外周生物钟等方面的研究进行综述。     

哺乳动物低氧应激代谢成因的研究进展

氧气是哺乳动物机体代谢稳态维持的物质基础,若代谢过程中氧气供给不足,可造成低氧应激。目前,环境低氧、代谢性低氧和携氧细胞功能障碍是造成动物低氧应激的重要成因。目前,低氧对动物机体代谢和组织功能的影响研究主要集中于肺脏、肝脏、消化道、肌肉和乳腺等部位。若处于低氧状态的哺乳动物形成了适应低氧的代谢模式,则可维持其代谢稳态;相反,若动物无法维持低氧状态下的代谢稳态,则会导致机体氧化应激甚至病变。目前,低氧应激在家畜方面的研究主要集中于高原动物代谢适应机制;然而,泌乳期动物机体代谢速率、氧气消耗和自由基水平均较高,但氧在泌乳动物代谢应激形成中的作用及其对泌乳性能的影响,仍有待探索。综述了哺乳动物产生低氧应激的代谢成因与作用结果,旨在探讨哺乳动物低氧应激生物学基础,为进一步从低氧应激调控角度为泌乳动物的健康状况维持提供理论依据。     

节律性转录因子驱动哺乳动物昼夜节律生物钟简

生物体通过内在的昼夜节律生物钟调整生理行为和代谢生化反应来适应昼夜环境周期性变化。哺乳动物的昼夜节律生物钟核心连锁环通过驱动特异性的转录因子来维持整个基因组转录的节律性。生物钟与代谢的内稳态密切相关,生物钟的紊乱会引起各种疾病,该领域的研究能够促进时间疗法的发展来维持生命的健康,甚至可以延缓衰老。     

节律性转录因子驱动哺乳动物昼夜节律生物钟

生物体通过内在的昼夜节律生物钟调整生理行为和代谢生化反应来适应昼夜环境周期性变化。哺乳动物的昼夜节律生物钟核心连锁环通过驱动特异性的转录因子来维持整个基因组转录的节律性。生物钟与代谢的内稳态密切相关,生物钟的紊乱会引起各种疾病,该领域的研究能够促进时间疗法的发展来维持生命的健康,甚至可以延缓衰老。     

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。     

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。     

花生四烯酸代谢与肝脏糖脂代谢稳态调控

花生四烯酸(arachidonic acid, AA)是一种ω-6多不饱和脂肪酸,在生物体内主要是以磷脂的形式存在于细胞膜上。AA在细胞内主要通过环氧合酶(cyclooxygenase, COX)途径、脂氧合酶(lipoxygenases, LOX)途径、细胞色素P450单氧化酶(cytochrome P450 monooxygenase, CYP450)途径等进行代谢。糖脂代谢的稳态调控是维持机体基本生命活动的基础,肝脏是糖脂代谢调控的中枢器官。肝脏糖脂代谢紊乱与2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病等代谢性疾病的发生和发展密切相关。已有研究表明AA代谢与肝脏糖脂代谢紊乱有密切的关系。本文就AA代谢在肝脏糖脂代谢稳态调控中的作用及其作为脂肪肝和胰岛素抵抗等代谢性疾病治疗靶点的价值作一综述。     

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。     

氨基酸调控肝脏糖脂代谢的作用与机制

氨基酸是人必需的营养物质,具有广泛的生物学功能,它是蛋白质的组成单位,能量代谢物质。此外,它还作为信号分子广泛参与对多种生理功能的维持与调控,并在转录、翻译、翻译后修饰等多个层面上发挥作用。肝脏是关键的代谢器官,它充当连接各种组织代谢的枢纽。氨基酸感应在肝脏糖脂代谢的调控中起到十分重要的作用。因此准确地感应细胞内和细胞外氨基酸的水平,成为维持细胞内稳态的关键。真核细胞中存在一些众所周知的氨基酸感应因子,即一般性调控阻遏蛋白激酶2 (general control non-derepressible-2, GCN2)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)以及味觉受体等,在维持机体代谢稳态中发挥重要作用。本文对氨基酸调控肝脏糖脂代谢的作用与机制做了详细介绍,为进一步探究氨基酸感应机制以及治疗肝脏糖脂代谢紊乱疾病奠定了基础。     

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。     

生物钟与衰老的相关研究进展

众所周知,从单细胞生物到人,几乎所有生物体在生理和行为上都表现出昼夜节律。内源性生物钟是产生昼夜节律的物质基础,由母钟和子钟组成,母钟位于下丘脑视交叉上核（SCN）,子钟位于各个外周组织（肝脏、心脏等）。随着机体的逐渐衰老,反应生物钟输出信号的生理昼夜节律在振荡幅度、振荡周期和表达时相等方面发生了相应的变化。另一方面,生物钟控制的生理昼夜节律影响衰老的进程,生物钟功能紊乱会严重加速机体的衰老。本文概述了衰老与生物钟之间的相关研究进展,为进一步认识衰老机制及其对机体的影响提供了线索。     

生物钟与衰老的相关研究进展

众所周知,从单细胞生物到人,几乎所有生物体在生理和行为上都表现出昼夜节律.内源性生物钟是产生昼夜节律的物质基础,由母钟和子钟组成,母钟位于下丘脑视交叉上核(SCN),子钟位于各个外周组织(肝脏、心脏等).随着机体的逐渐衰老,反应生物钟输出信号的生理昼夜节律在振荡幅度、振荡周期和表达时相等方面发生了相应的变化.另一方面,生物钟控制的生理昼夜节律影响衰老的进程,生物钟功能紊乱会严重加速机体的衰老.本文概述了衰老与生物钟之间的相关研究进展,为进一步认识衰老机制及其对机体的影响提供了线索.