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诺贝尔医学奖——揭开生物钟的秘密

诺贝尔医学奖——揭开生物钟的秘密

昼行夜伏,日出而作日落而息,包括人类在内的地球生物体内的生物钟究竟是如何运作的?生命周期事关健康,影响生命活力,其中奥秘怎样解开?10月2日,2017年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗琳斯卡医学院揭晓,“发现昼夜节律的分子机制”的三位美国科学家——布兰迪斯大学杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和洛克菲勒大学迈克尔·扬(Michael W. Young)获奖。

 

 

生物钟

包括人类在内,地球上的生命体内都有生物钟的存在,来帮助生物适应昼夜变化。科学家认为,昼夜节律之“钟”是一套由感光神经元、内分泌系统、基因振荡表达共同组成的功能体系,它的存在事关健康。搞清楚生物钟的原理,如同打开一把锁住疾病秘密的锁,能够帮助人类更清楚地知晓生命奥义,预防和治愈相关疾病。

 

上世纪70年代,科学家就开始寻找生物钟基因,与此相关的研究持续到了今天。北京大学讲席教授饶毅评价,研究生物钟最重要的六位科学家都在美国,其中三位正是今年的新晋诺奖得主——霍尔、罗斯巴什和杨最先克隆出第一个节律基因“period”(周期基因);随后,霍尔和罗斯巴什发现果蝇脑内周期基因的核糖核酸和蛋白水平呈“早晨浓度较低而夜晚升高”的昼夜节律性变动;之后三位科学家发现了更多与生物钟有关的基因(9至12组),并研究出他们的产生、运作机制,了解这些基因的核糖核酸及蛋白是怎样控制生物钟的。

 

还有另外三位重要人物:首次发现生物钟基因的西摩本泽和罗纳德·科诺普卡,以及后来第一位找到哺乳类生物钟基因的日裔科学家高桥。本泽等人的研究是突破性的,但当时的技术无法有跟进一步的解释。70年代分子生物学手段风起云涌,霍尔等人将分子克隆、生物遗传学等新技术回过来追问基本问题,大约10年后从分子水平上直接解释了生物钟的内在机制,由此更深入的研究得以开展。


生物钟与健康 

 

 

全世界的研究者已经发现了数十个与生物钟有关的基因,不少基因都以“时间”命名,比如“Clock”(钟)、“Period”(周期)、“Timeless”(不受时间影响)和“Frequency”(频率)等等。此外,科学家也发现除了大脑中的“主生物钟”外,还需要存在于肝脏、胰脏等器官和脂肪组织中的“外周生物钟”。如果任何一个外周生物钟和主生物钟不同步,就有可能导致肥胖、糖尿病、抑郁症和其他复杂疾病。还有科学家对8753对成年双胞胎进行研究,证明人的生物钟有很强的遗传性;也有人对一个4点半醒7点半睡的奇特家族研究,发现了掌管睡眠开关的基因突变相关疾病的关系。

 

生物钟与健康息息相关,能够对人的睡眠、新陈代谢、荷尔蒙水平等产生影响。“基础研究证明生物体内自生存在节律,这是非常重要的发现,对临床研究也有很大的启发。”有团队进行了一项对慢性失眠的超重和肥胖男性进行有氧运动干预的研究,就遵照被测试者的生物钟特点安排运动训练,来观察睡眠、运动和用药相关对糖尿病人的影响,“我们希望回答如何按照生物节律来让运动、药物产生最大的效果,避免副作用,这些研究应用了前人有关生物节律的成果。”