近期科学家们在生物钟研究领域取得的重要成果！

本文中，小编整理了多篇研究成果，共同聚焦近期科学家们在生物钟研究领域取得的新成果，分享给大家！

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【1】PNAS：研究表明生物钟影响免疫反应效率

doi：10.1073/pnas.1905080116

近日，一项刊登在国际杂志PNAS上题为“The circadian clock of T CD8 cells modulates their early response to vaccination and the rhythmicity of related signaling pathways”的研究报告中，研究人员通过研究发现，生物钟影响免疫反应的效力；事实上，CD8 T细胞是对抗感染和癌症的关键细胞，但它们的功能却因时间的不同而大不相同。

我们知道昼夜节律是由"生物钟基因"控制，它影响大多数器官和细胞，包括免疫系统的器官和细胞，免疫系统的功能会随着一天的时间而变化。因此，生理节律存在于生理的各个方面，包括睡眠、营养、激素活动和体温。这些日常节律帮助身体适应环境的周期性变化，比如季节和昼夜循环。

【2】Neuron：新研究揭示压力与生物钟之间的关系

doi：10.1016/j.neuron.2019.08.007

近日，一项刊登在国际杂志Neuron上的研究报告中，来自美国明尼苏达大学医学院的一项新研究发现，适当的压力可以使昼夜节律时钟更好，更快地运行。过去几十年的研究发现，我们的身体进化出一套称为生物钟的机制，该机制在内部驱动几乎每个细胞的节律，而昼夜节律时钟的活动受单元中各种信号的影响，文章中，研究者们致力于细胞应激信号与生物钟之间的相互影响。

细胞通过激活以蛋白质eIF2α为中心的信号转导级联反应来响应各种应激信号，该信号转导是协调细胞中蛋白质合成的关键因素。Cao和他的团队发现，在人的中枢时钟中，压力会导致eIF2α的节律性磷酸化，从而促进ATF4蛋白的产生；ATF4蛋白激活Per2基因，最终使时钟转动得更快。他们得出结论，这种机制对于维持稳健的生物钟节律是必不可少的。

【3】FASEB J and  Endocrinology：科学家阐明生物钟与肥胖及糖尿病之间的神秘关联

doi：10.1210/en.2018-00935   doi：10.1096/fj.201901004R

在一天中的特定时间不吃饭是否会降低个体患肥胖或糖尿病的风险？外面的路灯会让你变胖吗？近日，一项刊登在国际杂志The FASEB Journal上的研究报告中，来自奥塔哥大学的科学家们通过研究阐明了糖尿病、肥胖与机体昼夜节律钟（生物钟）之间的关联。

文章中，研究人员在实验室可控条件下分析了生物钟的干扰对小鼠的影响效应，他们发现，反复的时差反应会导致小鼠体重增加并出现严重的糖尿病症状；研究者需要思考到底是什么干扰了生物钟，任何干扰生物钟的因素都会影响人类机体健康，比如旅行时差、社交时差、倒班工作、在错误的时间暴露于强光下等等。

研究者Alexander Tups教授说道，非常明亮的街灯会干扰机体褪黑激素的分泌，褪黑激素是一种调节机体昼夜节律钟的激素，干扰褪黑激素的生成会引发人类肥胖和糖尿病发生，而且如今越来越多的研究证据也表明，干扰褪黑激素也会引发癌症。研究者希望本文研究结果能够加速人类相关的研究，调查人工光的强度是否会抑制机体褪黑激素的分泌，从而影响人类机体健康。此外，研究者还进行了另一项研究阐明生物钟如何影响机体加工含脂肪的食物。

【4】Sci Rep：震惊！脂肪细胞居然有自己的生物钟！

doi：10.1038/s41598-019-39668-3

一项最新发表在Scientific Reports杂志上的研究表明，人体内的脂肪细胞具有它们自己内在的生物钟，它们表现出了可以影响更关键代谢功能的昼夜节律。这项由英国萨里大学的Jonathan Johnston博士领导的研究第一次探索了来自生活环境变化不大的人身上的脂肪细胞的昼夜节律。

昼夜节律是一种由身体内在生物钟控制的24小时制变化。研究人员认为生物钟紊乱是导致肥胖和健康状况不佳的关键原因。在这项独特的研究中，7名参与者在进入实验室之前都保持着固定的睡眠模式和进食时间，他们在实验室后继续维持这种情况长达3天。随后他们经历了一个37小时的固定周期，在此期间他们处于一种无光、快速进食和睡觉-醒来的循环。

【5】Science：揭示肠道菌群参与肠道昼夜节律的设定

doi：10.1126/science.aaw3134

在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现小鼠小肠中的微生物参与肠道昼夜节律（circadian rhythm，也译作生物钟）的设定，相关研究结果发表在Science期刊上，在这篇论文中，他们描述对小鼠中的组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）的研究以及他们从中学到了什么。

大多数人（和其他哺乳动物）都存在昼夜节律---控制进食和睡眠等过程的代谢时钟。最常见的昼夜节律周期是控制睡眠的周期，不过科学家们已发现，存在着多种控制着不同生物系统的昼夜节律。过去的研究已表明如果其中的一种昼夜节律变得不正常，人们可能会遇到健康问题。比如，改变工作时间的轮班工人更容易增重、患高血压和糖尿病。昼夜节律的运作方式仍是一个谜，因此，在这项新的研究中，这些研究人员猜测肠道生物群落（gut biome）是否可能参与调节肠道中的生物钟，因而可能间接地参与了体重增加。

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【6】母乳究竟有多重要？其可以通过来自母亲机体的昼夜节律信号帮助婴儿辨别时间！

新闻阅读：Human breast milk may help babies tell time via circadian signals from mom

人类的母乳不仅是婴儿一顿饭，其还是一个时钟，能为婴儿提供关于时间的信息，母乳的成分在一天中都会发生变化，其能为婴儿早晨摄入的乳汁提供不同的成分混合物，这不同于晚间的母乳；研究人员表示，这种寿命营养（chrononutrition）或许有助于重编程婴儿机体的昼夜节律，昼夜节律是一种内部的计时器，其能帮助婴儿有效区分夜晚和白天。

然而，当婴儿摄入的乳汁并不直接来源于母亲的乳房，而是在一天不同时间将乳汁挤出并在给婴儿喂食之前储存起来，会发生什么呢？科学家们很少考虑这种“不合时宜”的乳汁对婴儿发育的潜在影响，实际上其影响是非常深远的。为此，研究人员就想通过研究阐明母乳作为计时器（timekeeper）的证据。

睡眠、饮食和能量水平都会表现出昼夜节律，这意味着其会遵循每天的循环，任何在凌晨3点不睡觉的父母都会知道，婴儿并非生来就具有完全固定的节奏，相反，由于诸如阳光和黑暗等提示，婴儿的昼夜感在出生头几个星期和几个月都会发展。不同婴儿之间也会表现出一定差异，有些婴儿机体激素的昼夜节律波动与警觉性、睡眠和食欲有关，其在出生不久就会睡很长时间，这一点是可以预测的，而另一些婴儿的昼夜节律似乎会连续数月发生颠倒，节律生物学发展的延缓会增加机体绞痛的风险并会进一步引发生长和进食的问题。

【7】PLoS Biol：昼夜节律紊乱促进肿瘤生长

doi：10.1371/journal.pbio.3000228

近日，一项刊登在国际杂志PLOS Biology上的研究报告中，来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员通过研究发现，打乱正常的昼夜节律会促进肿瘤生长，并抑制抗癌药物的作用。该研究结果从机制上为“时间疗法”提供了证据，“时间疗法”指的是根据内源性昼夜节律定时使用癌症药物治疗癌症的方法。昼夜节律调节着许多方面的生理活动——从生物体到亚细胞水平。无论是通过飞机旅行、轮班工作，还是睡眠紊乱导致的昼夜节律的紊乱，都是几种癌症的已知风险因素。在动物模型中，激素诱导的昼夜节律紊乱促进了肿瘤生长，但其潜在机制尚不清楚。

为了揭示潜在的机制，作者使用激素地塞米松来慢慢加快培养细胞的生物节律。他们发现，药物处理改变了多种基因的表达，尤其是那些参与调节细胞周期的基因。昼夜节律紊乱增加了细胞增殖，这种影响可以追溯到细胞周期控制蛋白cyclin D1的表达增加，反过来，Cyclin D1激活了细胞周期蛋白d依赖激酶4/6 (CDK4/6)，这种蛋白质可以将细胞从生长得更大转变为合成新的DNA，最终导致了细胞的形成。

【8】Science：揭示大脑星形胶质细胞在控制昼夜节律中的新作用

doi：10.1126/science.aat4104

在一项新的研究中，来自英国剑桥大学医学研究委员会分子生物学实验室的研究人员发现星形胶质细胞，即包围并支持大脑神经元的“看护”细胞，在昼夜节律（即身体24小时的生物钟）中起着比之前理解的更重要的作用。星形胶质细胞之前被认为仅是支持调节昼夜节律的神经元，但是这项新的研究指出它们实际上能够引导这种体内生物钟的节奏，并且首次证实它们能够控制哺乳动物日常行为的模式，相关研究结果发表在Science期刊上。

当昼夜节律被打乱时，这可能导致时差反应和睡眠障碍，而且还可能导致从精神疾病到痴呆症、糖尿病和癌症的一系列疾病。这项新研究的发现可能为开发新的治疗方法铺平道路。昼夜节律因其在维持人体健康方面的作用而广为人所知，而且虽然已发现身体中的许多不同类型的细胞都有自己的内部时钟，但是这些时钟的定时主要由视交叉上核（suprachiasmatic nucleus， SCN）控制。视交叉上核是下丘脑中的一个小的大脑区域，作为负责调节日常行为的主时钟。

【9】Sci Signal：分子时钟或会影响机体免疫细胞的反应

doi：10.1126/scisignal.aau1851

如今科学家们已经发现，相同类型的细胞在对刺激产生反应时或许会表现出不同的行为，最近，一项刊登在国际杂志Science Signaling上的研究报告中，来自耶鲁大学的科学家们通过研究表明，细胞表现出的这些不同反应或许是由细胞群内部的分子时钟不同步造成的。就像人类机体拥有能够影响睡眠和觉醒的生物钟一样，细胞也拥有能够影响其行为的分子时钟，研究人员假设，细胞反应的差异或许会受到分子时钟的影响。

为了对这种现象进行研究，研究人员重点对一种名为巨噬细胞的免疫细胞进行研究，巨噬细胞是一种对感染产生反应的特殊细胞；在体外试验中，研究人员发现，时钟基因能够调节巨噬细胞的生物钟，而且这种生物钟能控制细胞是否会对细菌所产生的刺激做出反应；在小鼠模型中研究者发现，依赖于时钟的时间，细胞反应的强度和反应的细胞百分比或许会表现出显著的不同；而取决于细胞暴露细菌的时间，巨噬细胞的不同部分就会释放出炎症相关的化学信号。

【10】Nat Commun：微生物组的可靠“时钟”

doi：10.1038/s41467-019-12638-z

尽管人类微生物组在过去几年中受到了人们的广泛关注，但一直以来难以观察其在各种刺激下随时间变化的情况。最常见的分析方法是从粪便样本中提取细菌，然后对它们的基因组进行测序，但是这种方法会丢失肠道中细菌的位置和时间等关键信息。如今，来自哈佛大学的研究人员创建的一种新工具提供了解决此问题的方法，他们设计改造了一部分细菌基因，可以用于检测和记录菌群随着时间变化的情况，相关结果发表在Nature communications杂志上。

该系统使用“基因电路”，作为测量细菌生长的遗传“时钟”。该调控因子由三个细菌基因组成，这些细菌基因编码三种蛋白质（tetR，cl和lacI），每种蛋白质均阻断其他一种蛋白质的表达。这些基因被链接到一个负反馈回路中，因此当一种阻断蛋白的浓度降低到一定水平以下时，受其影响的蛋白就会顺利表达出来，从而阻止了第三种蛋白的表达，并且进行不断重复，形成周期效应。（生物谷Bioon.com）

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