《科学》子刊发现可以拨动生物钟的奇妙分子

《科学》子刊发现可以拨动生物钟的奇妙分子
2020年05月11日 09:40 新浪科技综合

  来源:学术经纬

  生物钟,也称昼夜节律,是调节身体机能的一种生物过程。我们的睡眠周期,体温波动,什么时间吃东西更容易长胖,服药的药效等,都与人体的生物钟有着密切关系。

图片来源:Pixabay图片来源:Pixabay

  近期国际旅行的限制或许让很多人避免了急性生物钟紊乱,然而长期生物钟紊乱却在困扰着越来越多现代人。长期生物钟紊乱有损健康,容易引起肥胖、心血管疾病、精神障碍,甚至癌症。不幸的是,尽管付出了很多努力,科学家们对于昼夜节律的生物机制依然知之甚少,也几乎没有获批的药物来帮助调节生物钟。

  最近,北京生命科学研究所(NIBS)张二荃博士和齐湘兵博士合作领衔的研究团队,带来了一项新研究,从近万种试验药物中筛选出一种化合物,可以调节生物钟。在小鼠实验中,让动物倒时差所需的天数缩短了一半。相关研究论文发表在《科学》旗下侧重临床转化研究的子刊Science Translational Medicine

  这项研究中,科学家们基于细胞实验,对临床和临床前试验药物、纯化的天然产物以及合成的化合物等上万种分子进行了筛选。经过一番努力,他们发现,虫草素(cordycepin)或许可以调节生物钟基因。

  虫草素,即3′-脱氧腺苷,是一种核苷衍生物,最早从名为蛹虫草(Cordyceps militaris)的真菌中获得,属于天然生物活性物质。而这支研究团队发现,虫草素对一些生物钟基因造成了非常强烈且稳定的影响,使其表达模式发生了12小时的剧烈“位移”,完全颠倒其昼夜节律。

▲虫草素最初是从真菌蛹虫草中提取出的一种天然化合物(图片来源:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2008-12-14_Cordyceps_militaris_3107128906.jpg)  ▲虫草素最初是从真菌蛹虫草中提取出的一种天然化合物(图片来源:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2008-12-14_Cordyceps_militaris_3107128906.jpg)

  直接从蛹虫草中提取的天然虫草素十分昂贵。好在,化学家们有办法,对虫草素进行人工合成。研究小组利用合成的虫草素在动物身上开展了进一步检测。

  通过人为改变光照和黑暗的时间,研究人员让生活在实验室里的小鼠模拟国际旅行时遇到的倒时差问题。一种情况下,小鼠的时间被向前移动了8小时;另一种情况下,则向后移动8小时。与此同时,他们给一部分小鼠注射了合成的虫草素,观察它们需要多长时间才能调整睡眠周期,适应新的环境。

  正常情况下,对照组的小鼠需要8天,而注射虫草素后,无论生物钟是需要拨快还是拨慢,小鼠都只需要平均4天就能倒好时差,速度加快了一倍

▲生物钟需要向前拨或向后拨的两种情况下,虫草素都让这一过程变快(图片来源:参考资料[1])
▲生物钟需要向前拨或向后拨的两种情况下,虫草素都让这一过程变快(图片来源:参考资料[1])

  进一步仔细分析虫草素起效的原因,研究人员发现,它会结合一种叫做RUVBL2的酶。这种蛋白质在小鼠的大脑中含量丰富,尤其是在视交叉上核——调节昼夜节律相关行为必不可缺的脑区,并且它会影响某些生物钟基因的转录。也就是说,虫草素可能是通过RUVBL2来开启或关闭生物钟基因的表达

  研究作者在论文中总结说,“虫草素能穿透血脑屏障,快速起效,12小时逆转昼夜节律表型,使其有望作为治疗时差的潜在候选药物。除了急性昼夜节律紊乱外,还有望用于治疗广泛的、与生物钟相关的慢性节律紊乱。”

▲虫草素通过RUVBL2调节生物钟基因的昼夜表达模式(图片来源:参考资料[2];Credit:Zhancong Xu)
虫草素通过RUVBL2调节生物钟基因的昼夜表达模式(图片来源:参考资料[2];Credit:Zhancong Xu)

  那是不是服用虫草素就能帮助我们调整生物钟呢?研究人员也谨慎地提到了这项工作的几个局限,例如动物实验所用的小鼠,众所周知它们夜晚活跃,其昼夜节律与我们正相反,因此实验结果能否在人类身上得到重复,还是一个需要回答的问题。此外,实验中给动物注射的虫草素需要很高的剂量(每千克体重15毫克),如果将来要用于临床,就需要科研人员进一步开发类似物,以便产生更好的药效。

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