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.     

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。     

视网膜生物钟研究进展

昼夜节律生物钟是以24h为周期的自主维持的振荡器。在高等的多细胞生物中,生物钟可以分为母钟和子钟。研究表明哺乳动物的母钟位于下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN),由此发出信息控制全身的节律活动;子钟位于组织细胞内,调控效应器的节律。在分子水平上,生物钟的振荡由自身调控反馈环路的转录和翻译组成,并接受外界环境因素的影响,通过下丘脑视叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,SCN)中枢震荡器的同步整和而产生作用。视网膜是一种十分节律性的组织,许多生化的、细胞的和生理的过程都是以节律的方式来进行的,如视觉灵敏度、视网膜杆细胞外片层脱落和视网膜色素上皮细胞的吞噬作用、光受体中的视觉色素基因的快速表达等。生物钟存在于很多脊椎动物的视网膜中,被认为是一种外周生物钟。本文综述了视网膜生物钟,生物钟信号传输以及生物钟网络等的最新研究进展。     

果蝇昼夜节律的调控机制

40多年前的遗传筛选鉴定了第一个果蝇生物钟基因period,开启了果蝇生物钟调控机制的研究。随着更多生物钟基因被发现,一个由转录水平的调控及转录后水平的修饰组成的负反馈环路模型逐步形成,被认为是调控昼夜节律的核心分子机制。生物钟驱动果蝇脑内约150个神经元的活动,这些神经元在不同的环境条件下通过不同的方式互作,共同调控果蝇的行为节律。昼夜环境变化中最显著的是明暗变化。蓝光受体cryptochrome在光对昼夜节律的调控中起重要作用。     

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。     

昆虫生物钟分子调控研究进展

昆虫生物钟节律的研究是人类了解生物节律的重要途径。昆虫在生理和行为上具有广泛的节律活动,如运动、睡眠、学习记忆、交配、嗅觉等节律活动,其中昼夜活动行为节律的研究广泛而深入。昆虫乃至高等动物普遍具有保守的昼夜节律系统,昼夜生物钟节律主要包括输入系统:用于接受外界光和温度等环境信号并传入核心振荡器,使得生物时钟与环境同步;核心时钟系统:自我维持的昼夜振荡器;输出系统:将生物钟产生的信号传递出去而控制生物行为和生理的节律变化。早期分子和遗传学研究主要关注昼夜节律振荡器的分子机制及神经生物学,阐明了昼夜生物钟节律的主要分子机制及相关神经网络。最近更多的研究关注生物钟信号是如何输入和输出。本文以果蝇运动节律的相关研究为主要内容,围绕生物钟输入系统、振荡器、输出系统这3个组成部分对昆虫生物钟研究进展进行总结。     

生物钟调控肝糖原代谢与葡萄糖稳态的研究进展

生物钟作为一种重要的调控系统,存在于哺乳动物大部分的细胞、组织和器官中,通过调节生物钟控制基因的节律性表达维持机体以接近24 h为周期的各种行为及生理功能变化。哺乳动物中枢生物钟下丘脑视交叉上核通过神经与体液途径协调同步外周生物钟,肝脏、胰腺、骨骼肌、脂肪组织中参与葡萄糖代谢的众多环节都受到中枢与外周生物钟的调控,如激素信号转导、限速酶基因表达以及营养信号传递等,其中生物钟对肝糖原代谢的调控是生物钟调控葡萄糖稳态的重要环节。基因突变、作息和饮食不规律引起的生物节律紊乱常诱发机体出现胰岛素抵抗、肝糖原含量下降、糖耐量受损等异常表型。该文主要综述了生物钟在肝糖原代谢与葡萄糖稳态调控中的作用,重点阐述了肝脏生物钟调控肝糖原代谢的分子机制,并探讨了轮班工作、时差因素引发的昼夜节律紊乱对人体葡萄糖稳态的影响,以期为糖代谢障碍相关疾病的防治提供新的研究思路。     

树尿中皮质醇浓度的昼夜节律及其在视交叉上核损毁后的变化

用放射免疫方法对连续采集的正常树及视交叉上核损毁树尿中的皮质醇进行了测定,以分析其尿中皮质醇浓度及排泄量的昼夜变动规律。结果表明,正常树尿中皮质醇的浓度及单位时间内的排泄量均具有明显的昼夜节律,在一天中,１１００前后的浓度最高,０００前后的浓度最低,前者约为后者的８倍。视交叉上核损毁后,树皮质醇的这种昼夜节律消失,说明视交叉上核在树中也是机体昼夜节律重要的振荡器。     

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。     

昼夜节律在生殖过程中的调节作用（英文）

昼夜节律是生物机体的许多功能活动为适应所在环境白昼和黑夜交替而发生的规律性变化。这种昼夜节律由位于下丘脑视交叉上核神经元(hypothalamic suprachiasmatic nucleus,SCN)相关的中枢性生物时钟和分布于各种组织的外周性生物时钟控制。中枢生物时钟能整合外界环境中的光/非光信号,产生节律性输出,经神经内分泌和体液循环影响外周组织的生理进程,同时也影响外周性生物时钟的活动。人体的生殖功能与其他许多功能活动一样都受到体内生物时钟的调控。越来越多的流行病学和遗传调查分析表明,生物时钟紊乱与不育不孕的发生有关。本文重点讨论了生殖器官中生物时钟的存在及时钟元件在动物发情周期、卵巢卵泡发育与排卵、睾丸精子发生、受精和胚胎着床中的作用。当今社会非常普遍的轮班工作以及临床上用于不育不孕治疗的辅助生殖技术都可能干扰正常的生物节律进而影响生殖功能,因而研究昼夜节律在生殖过程中的调节作用具有重要意义。     

生物钟的转录后与翻译后水平调控进展

哺乳动物中的昼夜节律系统由位于下丘脑SCN核内的生物钟主钟和位于多数外周细胞中的子钟组成。在分子水平上,生物钟的节律振荡由生物钟基因及其编码蛋白的转录和翻译形成的自主的反馈环路组成,并接受外界因素的影响与环境周期保持同步。为此,就生物钟的调控机制而言,除了转录水平的基因表达调控外,生物钟转录产物和蛋白质的修饰也可以显著影响生物钟基因的表达时相。讨论了一些转录后与翻译后的修饰作用及其对生物钟的影响,并对其今后的研究方向作了展望。     

人体是如何感知时间的——谈谈“生物钟”

地球上绝大多数生物的生命活动都有与地球自转24h周期相一致的节律,由这些生物自身的计时系统,即生物钟来控制。人体的各种组织都有自己的生物钟,而主控生物钟位于脑中的下丘脑视交叉上核（简称SCN）,协调和统一外周生物钟的节律。生物钟由复杂的反馈回路组成,其中基因的活性周期性地振荡,形成时间信号。人眼中有2类感光细胞,分别接收视觉信号和感知光线强度的周期性变化。其中后一种信号被用来校对生物钟。     

树■排尿的昼夜节律及其在视交叉上核损毁后的变化

为探讨树视交叉上核是否参与泌尿昼夜节律的调控,对正常树及视交叉上核损毁后的树排尿的昼夜时间规律进行了观测分析。结果表明,正常树排尿呈现明显的昼夜节律———白天尿量为全天尿量的（８８５２±１５４０）％;视交叉上核损毁后,树排尿的昼夜节律明显改变———白天尿量仅为全天尿量的（６２８６±１８１８）％,同时树的尿量（特别是夜间的尿量）明显憎多。以上结果说明视交叉上核在树体内也参与了泌尿昼夜节律的调节。     

树Qu排尿的昼夜节律及其在视交叉上核损毁后的变化

显探讨树Ｑｕ视交叉上核是否参与泌尿昼夜节律的调控,对正常树Ｑｕ及视交叉上核损毁后的树Ｑｕ排尿的昼夜时间规律进行了观测分析。结果表明,正常树Ｑｕ排尿呈现明显的昼夜节律－－白天尿量为全天尿量的（８８．５２±１５．０４）％;视交叉上核损毁后,树Ｑｕ排尿的昼夜节律明显改变－白天尿量仅为全天尿量的（６２．８６±１８．１８）％,同时树Ｑｕ的尿量（特别是夜间的尿量）明显增多。以上结果说明视交叉上核在树Ｑｕ体内也     

蓝藻生物钟分子机理的研究进展

蓝藻是具有内源性生物钟的简单生物.虽然蓝藻生物钟具有跟真核生物同样的基础特征,但其相关基因和蛋白质与真核生物没有同源性.蓝藻生物钟的核心是kai基因簇及其编码的蛋白KaiA,KaiB和KaiC.这三种Kai蛋白相互作用调节KaiC的磷酸化状态,从而产生昼夜节律信息.KaiC的磷酸化循环是昼夜节律的起博器,调控包括kai基因在内的相关基因的节律性表达.组氨酸蛋白激酶的磷酸化传递可将环境信息输入和将节律信息输出生物钟核心.     

树Qu尿中皮质醇浓度的昼夜节律及其在视交叉上核损毁后的变化

用放射免疫方法对连续采集的正常树Ｑｕ及视交叉上核损毁树Ｑｕ尿中的皮质醇进行了测定,以分析其尿中皮质醇浓度及排泄量的昼夜变化规律,结果表明,正常树Ｑｕ尿中皮质醇的浓度及单位时间内在排泄均具有明显的昼夜节律,在一天中,１１：００前后的浓度最高,０：００前后的浓度最低,前者约为８倍,视交叉上核损毁后,树Ｑｕ皮质醇的这种昼夜节律消失,说明视交叉上核在树Ｑｕ中也是机体昼夜节律重要的振荡器。     

光对植物生物钟的调节

植物中的许多生理和生化反应都表现出一种内源的近似于24小时的昼夜节律现象,这些昼夜节律现象受生物钟的调节。高等植物的生物钟系统由输入途径、中央振荡器、输出途径以及一个阀门效应器组成。光信号通过光敏色素和隐花色素进入生物钟,使中央振荡器产生振荡,改变生物钟的输出信号,引起各种生理反应。本文综述了光信号对高等植物生物钟的调节作用和转导途径。     

视交叉上核的内源性昼夜节律以及光,谷氨酸和NO的调制作用

自从发现视交叉上核（ＳＣＮ）中有直接的视网膜下丘脑投射纤维以来,ＳＣＮ的内源性节律及其调节机制受到广泛重视,已成为令人感兴趣的新课题。哺乳动物的２４ｈ昼夜节律而言,ＳＣＮ是主要的启步者,但ＳＣＮ内源性的振荡节律又受到环境光暗周期、谷氨酸和一氧化氮的拖拽。     

褪黑素对大鼠下丘脑薄片视交叉上核神经元放电昼夜节律性的调制

先用持续光照和松果腺切除预处理大鼠,然后制成下丘脑薄片,记录其视交叉上核（ＳＣＮ）神经元自发放电,观察其昼夜变化和褪黑素（ＭＥＬ）对它的影响。实验结果表明：⑴在正常光照（光照：黑暗＝１２：１２）条件下,ＳＣＮ神经元自发放电频率呈现昼夜低的节律性。在昼夜时间（ＣＴ）６－８出现放电高峰,频率约为８．３Ｈｚ;在ＣＴ１８－２０出现低谷,频率约为３．８Ｈｚ。松果腺切除后,ＳＣＮ神经元自发放电的昼夜节律性基本