Science+Cell子刊揭示中枢生物钟和外周生物钟之间的协调可维持皮肤和肌肉发挥正常功能并阻止它们衰老

在两项新的研究中，来自西班牙庞培法布拉大学和巴塞罗那生物医学研究所的研究人员揭示了中枢生物钟（central circadian clock）和外周生物钟（peripheral circadian clock）之间的协调作用，不仅可以维持日常生理节律，更能防衰减龄。

这两种生物钟之间的协调保证了50%的昼夜节律功能，包括细胞周期、DNA修复、线粒体活动和新陈代谢等重要过程。大脑中枢生物钟与外周生物钟同步可防止肌肉过早衰老并改善肌肉功能，这为通过调节生物钟来解决与年龄有关的衰退问题提出了新的策略。

自20世纪70年代生物钟机制的发现以来，科学家们不断探索着这一人体内部时钟如何调控着日常生物进程。每24小时的生物钟摆动，确保了细胞与外界环境的完美同步，从睡眠到代谢，无一不漏。

昼夜节律由大脑中的中枢生物钟协调，并与不同外周组织中的生物钟（即外周生物钟）沟通，影响着从睡眠模式到食物代谢能力等许多功能。

在这两项新的研究中，这些作者描述了中枢生物钟与肌肉和皮肤中的外周生物钟之间的精准同步，以及两者如何确保组织的正确功能以及防止与衰老相关的退化过程。他们的发现突显了这种协调对维持肌肉和皮肤最佳功能的重要性。

他们的研究还描述了外周生物钟非凡的自主程度，在外周生物钟缺失的情况下，外周生物钟可以维持24小时周期并管理大约15%的昼夜节律功能。

庞培法布拉大学医学与生命科学系研究员Pura Muñoz-Cánoves博士解释说，“我们的研究揭示了，只有两种组织时钟（一种是中枢生物钟，另一种是外周生物钟）之间存在最低限度的相互作用，才能维持肌肉和皮肤等组织的最佳功能，避免其退化和老化。如今，下一步是确定参与这种相互作用的信号因子，并考虑潜在的治疗应用。”

与肌肉外周生物钟协调可保持肌肉功能并防止过早衰老

第一项关于大脑与肌肉之间沟通的研究证实中枢生物钟与外周生物钟之间的协调对于维持日常肌肉功能和防止肌肉组织过早衰老至关重要。恢复这种昼夜节律可减少肌肉质量和力量的损失，从而改善实验小鼠模型中退化的运动功能。

这些研究结果还证实限时进食（time-restricted feeding, TRF），即只在一天中的活跃期进食，可以部分取代中枢生物钟，增强肌肉外周生物钟的自主性。更有意义的是，通过限时进食恢复昼夜节律可减轻老龄小鼠的肌肉损失、代谢和运动功能衰退以及肌肉力量的丧失。这些发现对开发抗肌肉衰老疗法和提高老年体能具有重要意义。

皮肤外周生物钟整合并调节大脑信号

在第二项研究中，这些作者证实皮肤外周生物钟在协调该组织的日常生理机能方面起着关键作用。这种协调通过整合大脑信号，有时还通过修改这些信号，确保皮肤的正常功能。

一项令人惊讶的发现是，在外周生物钟缺失的情况下，大脑中枢生物钟仍能维持皮肤的昼夜节律，但其工作方式与往常相反（即作息时间相反）。例如，他们观察到，如果仅由中枢生物钟调节，DNA 复制将发生在白天，而此时皮肤暴露在紫外线下，这将增加积累突变的风险。

图片来自Cell Stem Cell, 2024, doi:10.1016/j.stem.2024.04.013

总而言之，这两大研究不仅为生物钟的协调性描绘了生动画面，更揭示了其在防衰逆龄、维护肌肉与皮肤健康中的关键角色，为未来抗老医学与健康老龄化干预提供了全新的靶标靶点。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Arun Kumar et al. Brain–muscle communication prevents muscle aging by maintaining daily physiology. Science, 2024, doi:10.1126/science.adj8533.

Thomas Mortimer et al. The epidermal circadian clock integrates and subverts brain signals to guarantee skin homeostasis. Cell Stem Cell, 2024, doi:10.1016/j.stem.2024.04.013.

Synchronisation between the central circadian clock and the circadian clocks of tissues preserves their functioning and prevents ageing
https://www.irbbarcelona.org/en/news/scientific/synchronisation-between-central-circadian-clock-and-circadian-clocks-tissues