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。     

生物钟与男性生殖研究进展

生物钟现象存在于几乎所有生命体中,对多种生理活动和生物行为产生影响。除了中枢神经系统外,生物钟基因还广泛表达于包括睾丸在内的多种外周组织当中,提示其在男性生殖中具有重要功能。生物钟失调乃至于单个生物钟基因的缺失或突变,不仅会对生命体的行为活动产生影响,还可能对其生殖能力造成损害。近年来,男性生殖健康的问题越来越受到社会的关注,深入研究生物钟与男性生殖之间的关系,具有重要的研究意义和广泛的应用前景。     

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。     

白兰氏鸡精减轻抑郁病症作用的研究

抑郁症是一类以情绪低落、乐趣丧失为核心症状的疾病。目前,临床研究发现,抑郁症往往伴随着昼夜节律的紊乱,但对此类临床表现的产生机制缺乏系统深入的研究。该文建立了慢性温和不可预见性应激(chronic mild unpredictable stimulation,CUMS)抑郁症大鼠模型。在诱导抑郁症模型大鼠过程中通过外源补充白兰氏鸡精(Brand’s essence of chicken,BEC),应用ELISA、荧光定量PCR等方法从生理水平、基因转录水平研究BEC对生物钟系统的影响以及是否具有减轻抑郁症症状的作用。研究结果表明,BEC能有效调控和稳定生物钟母钟[下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)]及子钟(肝脏、脂肪组织)中生物钟基因的表达时相,减缓由CUMS引起的探索行为活动下降以及血清中相关激素的分泌紊乱,从而减轻抑郁症相关症状及有效预防抑郁症的发生。     

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。     

翘嘴鳜per1 mRNA表达量分析中采用的内参基因稳定性比较

为筛选生物钟核心基因per1表达定量中的相对稳定性最好的内参基因,本研究取翘嘴鳜成鱼心脏、肝脏、肾脏、脑、红肌、白肌、肠、眼和脾等九个组织为研究对象,选取GAPDH、18S rRNA、β-actin、rps29、RPL13a、B2M和EF1a为内参基因,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对per1基因mRNA表达水平进行检测分析。研究结果表明18S rRNA和GAPDH的平均稳定值M最低,相对表达量最稳定。以18S rRNA和GAPDH为内参基因时分析发现per1基因表达量在肝脏中最高。本研究为在鱼类per1 mRNA表达检测过程中选用稳定的内参基因提供了实验和理论参考。     

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.     

大鼠胚胎和成年组织中EGFR基因转录分析

本文报告用2.4Kb EGFR cDNA PE7为探针,分析大鼠胚胎发育过程中全胚组织、成年大鼠七种组织和再生肝组织中EGFR基因转录产物的水平。实验结果说明:(1)用人EGFRcDNA探针可以检测到大鼠肝脏细胞转录约为5.6Kb的EGFRmRNA。(2)大鼠胚胎发育过程中,EGFR基因转录活性显示骤然变化。10—12天胚胎中EGFR mRNA出现高峰。(3)成年大鼠肝、肾、肺、脑、脾、心脏和睾丸组织中均有EGFR基因的转录,转录水平各有差异,以肾为最高。(4)大鼠肝脏再生过程中,EGFR基因转录呈现时相调节的特征,部分肝切除刺激EGFR基因转录活性的增高,8小时达到高峰后又回落到接近正常的水平。这些EGFR基因转录的变化可能与大鼠组织和细胞的生长及分化的调控有关。     

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。     

生物钟基因与哺乳动物生殖

近日节律是生物节律中最重要的一种。它是一种以近似24 h为周期的自主振荡器,普遍存在于生物界中。近日节律主要受生物钟基因的调控,在哺乳动物中已发现时钟基因(Clock)、周期基因(Period,Per)家族、隐花色素基因(Cryptochrome1,Cry)家族、Bmal1(Brain and muscle ARNT-like 1)在内的多种重要的生物钟基因。这些基因及其蛋白质产物构成的反馈调节环是生物钟运行的分子基础。研究表明,生物钟基因不仅仅在近日节律的中枢系统中存在表达,在外周组织中也存在表达。而且生物钟基因与哺乳动物生殖密切相关,提示可能在生殖领域中具有重要的调控作用。主要从几个关键生物钟基因的发现、在近日节律和非近日节律中的调节作用、以及与哺乳动物生殖的关系做一综述。     

甲亢大鼠肝脏组织中HO-1、Fn及肾脏组织中的抗氧化酶活性的变化分析

为了研究甲亢大鼠肝脏组织中血红素加氧酶1 (HO-1)、铁蛋白(Fn)及肾脏组织中抗氧化酶活性的变化及其意义,本研究选取了36只SD雌性成年大鼠,采用随机数字表法分为甲亢组、对照组。采用优甲乐灌胃造模,通过RT-PCR法检测两组大鼠肝脏组织中HO-1 mRNA、Fn mRNA (含有H和L两种亚基)的表达水平,测定肾脏组织中丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化物歧化酶(SOD)的水平并进行比较。研究结果发现,甲亢组大鼠的血清三碘甲状腺素(T3)、甲状腺素(T4)水平显著的高于对照组,差异具有统计学意义(p0.05);甲亢组大鼠血清促甲状腺激素(TSH)水平显著的低于对照组,差异具有统计学意义(p0.05);甲亢组大鼠的肝脏组织中HO-1 mRNA、Fn-H mRNA表达水平显著的高于对照组,差异具有统计学意义(p0.05);甲亢组大鼠肝脏组织中Fn-L mRNA表达水平显著的低于对照组,差异具有统计学意义(p0.05);甲亢组大鼠肾脏组织中MDA的水平显著的高于对照组,差异具有统计学意义(p0.05);甲亢组大鼠肾脏组织中CAT、GSH-Px、SOD的水平显著的低于对照组,差异具有统计学意义(p0.05)。本研究表明,甲亢会导致大鼠肝脏铁蛋白含量水平的增加,引起HO-1表达升高,同时通过氧化应激对肾脏造成损伤。     

鳜肝脏和心脏生物钟基因表达节律分析

在12h光照、12h黑暗交替(Light-Dark; LD)光制下,研究分析了褪黑素和皮质醇水平在鳜血清中的昼夜变化规律,以及13个生物钟基因(Arntl1、Clock、Cry1a、Cry3、Cry-dash、Npas2、Npas4、Nr1d1、Nr1d2、Per1、Per3、Rora和Tim)在鳜(Siniperca chuatsi)肝脏和心脏中的昼夜表达规律。试验在一昼夜内的ZT0(06:00)、ZT3(09:00),ZT6(12:00),ZT9(15:00),ZT12(18:00),ZT15(21:00),ZT18(24:00),ZT21(03:00,2nd d),ZT24(06:00,2nd d) (Zone time,ZT) 9个时间点随机抽取3尾鳜采集其血清、肝脏和心脏。经SPSS 单因素方差分析和Matlab余弦分析,结果显示: 鳜血清中褪黑素和皮质醇含量均呈现出昼夜节律性振荡,褪黑素含量白天显著降低(P0.05),夜间显著上升,皮质醇含量白天缓慢降低,夜间ZT15(21:00)-ZT18(24:00)显著升高,随后开始缓慢降低; 两种激素最低相位都为ZT15(21:00)。在13个生物钟基因中,Cry-dash、Npas4、Nr1d1、Per1和Tim 5个基因在鳜肝脏内具有明显的昼夜节律性,其中Npas4、Nr1d1、Per1、Tim的表达规律相似,皆呈现出光照阶段表达降低,黑暗阶段表达升高的趋势; 但Cry-dash则表现出光照阶段先升高后降低,黑暗阶段先降低后升高的规律。在鳜心脏中,Arntl1、Clock、Cry1a、Npas2、Nr1d1、Nr1d2、Per3、Rora和Tim 9个基因都表现出明显的昼夜节律,表达趋势分为两种: Arntl1、Clock、Nr1d2的表达量在光照阶段降低,黑暗阶段升高; 而Cry1a、Npas2、Nr1d1、Per3、Rora和Tim的表达量在ZT0(06:00)-ZT15(21:00)持续低水平,ZT15(21:00)-ZT18(24:00)表达量显著上升,ZT18(24:00)-ZT21(03:00)表达量降低。研究结果表明: 生物钟基因在鳜肝脏和心脏中所表达的昼夜节律不同。     

本期重点推介

正生物的行为节律受生物钟基因的调控。在生物钟反馈回路中,生物钟基因per和tim作为核心激活因子具有极其重要的作用。梨小食心虫Grapholita molesta是一种世界性果树害虫。为了进一步明确生物钟基因对鳞翅目害虫羽化节律的调控作用及为开发基于发育行为节律调控的梨小食心虫防控方法提供新线索,中国农业大学昆虫学系方海波和李贞等在克隆获得梨小食心虫per和tim基因(Gmper和Gmtim)     

棉铃虫生物钟基因HeDbt的克隆和表达模式分析

【目的】克隆并分析棉铃虫Helicoverpa armigera生物钟基因Double-time (Dbt),明确该基因的昼夜表达模式,探讨其表达水平的影响因子,为研究夜蛾科昆虫复眼中生物钟基因的作用机制奠定基础,为理解外周组织中生物钟基因功能提供参考。【方法】采用RT-PCR和RACE技术从2日龄棉铃虫雌成虫复眼中克隆生物钟基因Dbt,并利用在线网站和软件进行生物信息学分析。采用qPCR技术检测棉铃虫雌、雄成虫不同组织(头、脑、复眼、触角、胸、腹、足和翅)中Dbt的表达水平;检测光周期14L∶10D和持续黑暗(DD)下雌、雄成虫头和复眼中Dbt的昼夜表达模式;在暗期用棉铃虫敏感波段光(UV、蓝光和绿光)照射2日龄成虫6 h,检测复眼中Dbt表达水平的变化;在暗期进行雌、雄成虫交配,检测交配结束及3 h后复眼中Dbt表达水平的变化。【结果】成功克隆到棉铃虫生物钟基因Dbt的cDNA序列,命名为HeDbt(GenBank登录号: KM233159),开放阅读框长1 026 bp,编码314个氨基酸组成的多肽。HeDbt理论推测分子量为39.79 kD,等电点(pI)为9.55,不具有跨膜拓扑结构,包含典型的昆虫DBT蛋白保守区域,其与甜菜夜蛾Spodoptera exigua和柞蚕Antheraea pernyi DBT的同源性较高, 氨基酸序列一致性分别为99%和97%。qPCR结果表明,HeDbt在成虫各组织中均有表达,在头、脑和复眼中表达水平较低,在胸和腹中表达水平较高;在14L∶10D和DD下,头和复眼中HeDbt未呈现明显的昼夜表达节律。暗期光照和交配后,复眼中HeDbt的表达均显著下调,但雌、雄成虫间HeDbt表达水平整体相似。【结论】成功克隆得到棉铃虫生物钟基因HeDbt,其在棉铃虫成虫头和复眼中表达水平较低,且不具有昼夜规律性,但复眼中Dbt的表达受到光照和交配的影响。本研究为进一步探索夜蛾外周组织生物钟基因功能奠定了基础。     

细鳞斜颌鲴不同组织中LDH同工酶的比较研究

采用垂直板聚丙烯酰胺凝胶电泳技术和特异性染色方法分析了细鳞斜颌鲴脑、肾脏、肝脏、肌肉、心脏和眼6种组织的LDH同工酶,结果表明酶谱的表达具有明显的组织特异性.酶带共由三个基因座位(Ldh-a、-b、-c)编码,在6种组织中共检测到7条带,其中脑、肾脏、心脏和眼四种组织中均发现3条带,肝脏中7条带,肌肉中1条带且为超显性,在PAGE胶趋向阴极侧检测到4条肝脏组织所特有的Ldh-c基因编码带;各组织中酶带活性顺序为脑LDH-1>LDH-2>LDH-3,肾脏LDH-3>LDH-l>LDH-2,肝LDH-3>LDH-5>LDH-2>LDH-6>LDH-1>LDH-4>LDH-7,心脏LDH-1>LDH-2>LDH-3,眼LDH-3>LDH-1>LDH-2,肌肉仅有LDH-3;由迁移率Rf(LDH-A4)A;对酶谱进行扫描分析及亚基计算得到了一致的结果:脑和心脏两种组织中Ldh-b基因表达占优势而肾脏、肝脏、眼和肌肉中Ldh-a基因表达占优势.     

猪激素敏感脂酶和甘油三酯水解酶基因组织表达特性研究

以八眉猪为研究对象,采用RT-PCR和Western blot方法对猪激素敏感酯酶(HSL)和甘油三酯水解酶(TGH)基因组织表达特点进行了研究。RT-PCR半定量检测显示,HSL基因的mRNA在检测的7种组织中都有表达,其中在脂肪组织表达量较高,中等程度表达于心脏、肝脏、肺、脾和肾脏。TGH基因在7种组织也均有表达,其中肝脏和脂肪组织表达量较高,心脏和肾脏次之,脾脏和肺脏表达量较低。Western blot检测显示,HSL基因在大网膜脂肪和皮下脂肪表达量最高,而在肾脏中没有检测到表达,其他组织中中度表达;TGH基因在大网膜脂肪、皮下脂肪、肝脏、肺脏和脾脏组织中表达,其中在脂肪组织和肝脏组织中表达量最高,而在心脏和肾脏中没有检测到表达。以上结果表明:HSL和TGH基因存在转录后调控,这可能与其在不同组织中的功能差异有关。     

水稻ES1参与生物钟基因表达调控以及逆境胁迫响应

生物钟参与调控植物所有的生长阶段和发育活动。维持植物生物钟稳定的基因在这一过程中起着决定性作用。在克隆了ES1 (EARLY SENESCENCE 1)基因并证明该基因影响水稻(Oryza sativa)叶片失水的基础上, 以前期分离得到的水稻突变体es1-1作为研究对象, 对es1-1及其野生型(日本晴)苗期的地上部分和地下部分进行基因芯片分析。结果表明, es1-1主要的上调基因有42个, 下调基因有14个, 这些差异基因涉及24种代谢途径, 包括调节水稻生物钟的途径(4个)、甲烷代谢途径(3个)和苯基丙氨酸代谢途径(3个)等。进一步对水稻生物钟相关基因进行表达图谱分析, 结果表明, 与野生型相比, es1-1中生物钟相关基因出现了不同程度的差异表达。对es1-1和野生型进行冷胁迫处理, 结果表明es1-1表现更加耐冷, 且冷处理后生物钟基因在日本晴(NPB)和es1-1中都表现出不同程度的差异表达。此外, 在分蘖盛期接种白叶枯菌, 发现es1-1对特定的白叶枯菌具有一定的抗性。由此推测ES1基因参与调控水稻生物钟基因的表达以及响应水稻部分逆境胁迫, 这为更深入研究水稻生物钟基因提供了新线索。     

F1代苏香杂交猪GAS7、JHDM1A基因组织表达水平研究

[目的]研究GAS7、JHDM1A基因在组织中的表达分布情况。[方法]试验采用荧光定量PCR技术,测定了苏香杂交猪的心、肝、脾、胃、肾、脑、小肠和背最长肌在各组织的分布表达情况。[结果]GAS7基因在脑表达含量最高(5.23±2.14),在心脏中表达量最低(0.07±0.03),且与脑中的表达量呈极显著差异(P<0.01),JHDM1A基因在脑部表达含量最高(32.79±12.76),在心脏(0.18±0.08)和肝脏(0.18±0.09)中表达量最低,且与脑中的表达量呈极显著差异(P<0.01)。[结论]GAS7基因主要在脑、肝脏组织表达并发挥其生理作用,而JHDM1A基因主要在脑组织表达并发挥其生理作用,此研究结果为进一步分析GAS7基因、JHDM1A基因在肉质或生长性能方面具体的分子作用机理奠定基础。     

藏绵羊PPARα基因遗传变异特征及组织表达分析

PPARα(Peroxisome proliferator activated receptorsα)基因参与调控线粒体脂肪酸β氧化,在能量代谢中具有重要作用,是动物高原低氧适应的主要候选基因之一。本研究采用PCR-SSCP和测序方法检测2个品种(藏绵羊,湖羊) PPARα基因P1区核苷酸变异及遗传特征。采用实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR, qRT-PCR)检测藏羊与湖羊心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、骨骼肌6个组织的相对表达量。检测表明:在扩增区域发现2个SNPs (c.515-22AG, c.515-10CT)对应的等位基因A、B。基因频率在2个群体间具有统计学意义(p0.01),藏绵羊的优势基因型为AB,湖羊优势基因型为AA。推测AB基因型个体可能更有利于藏绵羊适应高原低氧环境,可作为藏绵羊低氧适应选育的分子标记。PPARα基因在2个绵羊的6个组织中均有不同程度的表达且具有品种间差异性。PPARα基因在藏绵羊心脏的表达量极显著的低于其余5个组织(p0.01),而2个品种间,藏绵羊各组织的表达量均低于湖羊,其中在心脏、肝脏、肺脏3个组织表达量极显著的低于湖羊(p0.01)。本研究可丰富绵羊基因组学内容,为藏绵羊低氧适应研究提供基础数据。     

多鳞fih-1基因克隆及其低氧胁迫的mRNA表达

为研究多鳞(Sillago sihama)低氧诱导因子抑制因子-1(factor inhibiting hypoxia inducible factor 1, fih-1)在低氧胁迫后的表达机制, 实验通过PCR扩增技术克隆出多鳞fih-1基因cDNA全长1280 bp, 开放阅读框(ORF)1065 bp, 编码353个氨基酸, 具有JmjC保守结构域。多序列比对与聚类分析显示, 多鳞与大黄鱼和尖吻鲈的亲缘关系最近, 与哺乳动物、两栖类和禽类的亲缘关系较远。fih-1基因mRNA在多鳞多个组织中有不同表达, 在精巢、卵巢和肌肉中的表达水平最高, 在鳃、心脏和肝脏组织表达水平较高, 在脑组织的表达水平较低。实时荧光定量PCR分析fih-1基因在低氧胁迫处理前后鳃和心脏组织中mRNA的表达情况, 结果显示fih-1基因在两个组织均随低氧胁迫处理时间延长表达量显著升高 (P< 0.05)。研究表明fih-1基因在多鳞低氧信号传导通路中扮演重要角色, 为开展并解释多鳞低氧胁迫遗传机制提供候选基因。