运动介导的心脏代谢与生物钟相互调节作用研究

在哺乳动物中,昼夜节律主要由生物钟基因的转录翻译反馈回路产生,生物钟基因通过转录翻译反馈回路调控下游的时钟控制基因,从而影响体内的各种生理活动。心脏作为人体外周组织中的重要器官,其生物钟系统受到运动和营养等授时因子的调控。当心肌细胞的生物钟基因被遗传性破坏或表达异常时,会严重影响心脏的代谢活动,导致心脏生理功能减退,增加心脏不良事件的发生风险,因此心脏生物钟在维持心脏代谢活动和生理功能方面发挥着重要作用。运动作为授时因子,可以独立于中枢生物钟对心脏生物钟进行调节。同时运动作为改善心血管功能的重要手段,可能通过激活下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)和交感-肾上腺-髓质轴(SAM)、调节能量代谢等途径影响心脏的代谢活动和生物钟基因的转录,维持心脏生物钟的稳定,促进心脏健康。对运动调控心脏生物钟的机制研究,可以为倒班、熬夜人群以及心血管疾病患者提供新的预防和治疗思路。未来需要更多研究来探索运动调节心脏代谢活动和生物钟的机制、运动对光周期诱导的昼夜节律紊乱心脏生物钟的影响及机制以及运动调节心脏生物钟对其他外周器官代谢活动和昼夜节律的影响。

生物钟在口腔医学研究中合理应用专家共识

机体生物钟(也称昼夜节律)是地球上所有生物体能适者生存在地球自转环境中的基础。昼夜节律是生命活动最基本的调控机制,在维持人体正常生理生化稳态、疾病发生及治疗中均扮演关键角色。研究表明,生物钟在口腔组织发育生长、口腔疾病发生及治疗中具有重要作用。由于目前还没有包括口腔医学在内的生物钟研究方法的指导性文献,研究者主要基于已发表的参考文献进行探讨,致使口腔医学中有关生物钟的研究方法存在争议,如何合理应用昼夜节律的研究方法还存在诸多困惑。该共识在总结生物钟的作用特点以及分析目前生物钟在口腔医学研究中不足的基础上,组织相关专家归纳推荐了生物钟在口腔医学研究中合理实施的10条原则,为生物钟在口腔医学研究中的合理应用提供参考。

从生物钟对卵巢功能的影响探析调周法的科学内涵

国医大师夏桂成教授立足于中医学天人相应的观点,重视女性生殖节律中的阴阳消长转化,创立“调整月经周期节律法”。女性的特殊生理现象表现在周期节律上,生物钟是产生和调节生物体生理行为和规律的内在机制,生物钟基因广泛表达于卵巢颗粒细胞、卵泡膜细胞及黄体细胞中,并且参与类固醇激素的合成、卵泡体细胞的分化、卵泡发育以及排卵等多个生理过程,在女性生殖内分泌中发挥重要作用。昼夜节律紊乱可导致女性月经失调、卵巢功能障碍、内分泌代谢紊乱等生殖疾病。中医时间医学与生物钟节律系统有共通之处,充分认识生物钟对女性卵巢功能的影响,揭示其科学的内涵,明确其调控方法和机制,对抵御生殖障碍性疾病,优化生育具有积极的促进作用。

软骨细胞中生物钟基因Bmal1对细胞周期相关基因表达的影响

目的 探讨生物钟和细胞周期在骨关节炎(OA)软骨细胞中内在的关系,主要是时钟基因Bmal1对细胞周期相关基因的调控。方法 将胰岛素-转铁蛋白-硒(ITS)诱导后的软骨样ATDC5细胞分为normal组、OA组、LV-Bmal1组。采用CCK8法检测各组细胞活力;RT-qPCR法检测Bmal1、Per1、Wee1、Cdk1、Ccnb1和Mmp13 mRNA在各组中的表达;Western blot检测BMAL1、PER1、WEE1、CDK1、CCNB1和MMP13蛋白在各组中的表达水平;流式细胞测量术分析Bmal1对细胞周期中不同分期及细胞凋亡的影响;分析Bmal1对Per1、Wee1、Cdk1、Ccnb1和Mmp13的调控和它们在OA中发挥的作用。结果 与normal组相比,OA组细胞活力提高,Bmal1、Wee1的mRNA相对表达量下降,Per1、Cdk1、Ccnb1、Mmp13的mRNA相对表达量明显增加;LV-Bmal1组细胞活力下降,Bmal1、Wee1的mRNA相对表达量上升,Per1、Cdk1、Ccnb1、Mmp13的mRNA相对表达量下降(P<0.05);相关性分析显示,Bmal1与Wee1呈正相关,二者与Per1、Cdk1、Ccnb1或Mmp13存在负相关;Western blot结果显示,不同组别中蛋白表达水平的结果与PCR趋势一致;细胞周期和细胞凋亡检测结果显示,和normal组相比,OA组S期、G2/M期缩短,细胞比例明显下降,细胞早期和晚期凋亡比例增加,LV-Bmal1组S期、G2/M期延长,细胞比例增加,早期和晚期凋亡比例下降。结论 炎性软骨细胞中生物钟基因Bmal1可能参与调节细胞周期相关基因的表达。

生物钟基因Bmal1、Per2在血液肿瘤细胞株Raji、Hut-78、OCI-LY8及HL-60中的昼夜表达规律

目的通过检测生物钟基因Bmal1、Per2在血液肿瘤细胞株Raji、Hut-78、OCI-LY8及HL-60细胞中不同时间点的mRNA表达情况,探讨其与血液肿瘤发生发展的可能关系。方法血液肿瘤细胞株Raji、Hut-78、LY-8、HL-60经血清休克法诱导节律后,RT-PCR法检测生物钟基因Bmal1及Per2在不同时间点的mRNA转录水平,以时间为变量分别对其转录量进行余弦函数拟合,通过余弦函数预测基因转录高峰及低谷时段。结果Bmal1和Per2基因表达在OCI-LY8、Hut-78、HL-60细胞中呈现昼夜节律(P<0.05);Raji细胞内Bmal1基因无节律性表达(P>0.05),而Per2基因呈昼夜节律表达(P<0.05)。结论生物钟基因Per2和(或)Bmal1在多种血液肿瘤细胞株内呈昼夜节律性表达,其可能参与血液肿瘤的发生发展。

摩腹联合电针透穴法对失眠大鼠生物钟相关基因及神经递质表达的影响

目的探讨摩腹联合电针透穴法对失眠大鼠生物钟基因Clock、BMAL1、PER1表达及神经递质乙酰胆碱(ACh)、谷氨酸(Glu)含量的影响及可能的作用机制。方法50只SD雄性大鼠随机分为正常组、模型组、摩腹组、电针透穴组和联合组,每组10只。除正常组外,采用腹腔注射对氯苯丙氨酸建立失眠大鼠模型。摩腹组进行腹部按摩,电针透穴组采用平刺法,百会透神庭、三阴交透阴陵泉(双侧)、神门透内关(双侧),电针仪疏密波,频率1Hz/20Hz,联合组摩腹后进行电针透穴治疗,各组均1次/d,连续7d,正常组和模型组不予干预。HE染色观察下丘脑组织神经元细胞形态变化,RT-qPCR检测下丘脑组织Clock、BMAL1、PER1 mRNA表达,免疫组化染色检测下丘脑组织Clock、BMAL1、PER1表达,Western blot检测下丘脑组织Clock、BMAL1、PER1蛋白表达,ELISA检测血清ACh、Glu含量。结果与正常组比较,模型组大鼠入睡潜伏期延长,睡眠持续时间缩短,下丘脑组织细胞结构破坏严重、呈空泡样变化,神经元细胞数量减少,下丘脑组织Clock、BMAL1mRNA和蛋白表达升高,PER1mRNA和蛋白表达降低,血清ACh、Glu含量增加,差异均有统计学意义(P<0.05);与模型组比较,摩腹组、电针透穴组和联合组均能缩短入睡潜伏期,延长睡眠持续时间,改善下丘脑神经元细胞形态,降低下丘脑组织Clock、BMAL1mRNA和蛋白表达,上调PER1mRNA和蛋白表达,减少血清ACh、Glu含量,差异均有统计学意义(P<0.05),以联合组作用最显著(P<0.05)。结论摩腹联合电针透穴法能改善大鼠失眠状况,其机制可能与调控生物钟基因Clock、BMAL1、PER1mRNA和蛋白表达及神经递质含量有关。

生物钟基因调控妊娠并发症及其对子代发育的影响

母体的昼夜节律信号与生物钟基因相互作用可以影响胎盘及胎儿的发育,引发妊娠期糖尿病、子痫前期、流产、早产、子代发育异常等结局。该文综述了生物钟基因与母体、胎盘及胎儿之间的联系,以及如何诱导母胎界面不良妊娠结局的发生,从而预测相关风险对子代的影响,提高临床妊娠并发症的风险管理和疾病控制及预防方案的准确性,为人类生殖健康提供重要指引。

生物钟蛋白Bmal1对实验性牙周炎相关肾损伤的影响

目的通过建立大鼠牙周炎模型,探讨生物钟蛋白Bmal1对慢性牙周炎相关肾损伤的影响。方法将12只雄性Wistar大鼠随机分为对照组和牙周炎组,每组6只。采用正畸结扎丝对牙周炎组大鼠双侧上颌第一磨牙进行结扎处理,对照组大鼠不进行任何干预措施。8周后,检测2组大鼠的牙周临床指标,包括牙周探诊深度、牙龈出血指数和牙齿松动度。采用Micro-CT对大鼠上颌骨进行扫描和三维图像重建,评估牙槽骨吸收情况。采用苏木精-伊红(HE)和过碘酸雪夫(PAS)染色对牙周组织和肾组织进行病理学观察。采用生化试剂盒检测肾脏功能指标肌酐、白蛋白、血尿素氮的水平,以及氧化应激指标超氧化物歧化酶、谷胱甘肽和丙二醛的水平。MitoSOX red染色检测肾组织内活性氧(ROS)含量。实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)和免疫组织化学染色检测大鼠肾组织中Bmal1、核因子-E2相关因子2(Nrf2)和血红素加氧酶1(HO-1)的基因及蛋白表达水平。结果与对照组相比,牙周组织Micro-CT及HE染色结果显示,牙周炎组上颌第一磨牙区出现明显的骨吸收和附着丧失;肾组织HE及PAS染色结果表明,牙周炎组大鼠肾组织有显著的组织病理损伤;肾功能和氧化应激指标结果显示,牙周炎组的氧化应激水平出现异常而肾功能指标无明显异常;MitoSOX red结果显示,牙周炎组肾组织内ROS含量升高;RT-qPCR和免疫组织化学结果显示,牙周炎组肾组织内Bmal1、Nrf2和HO-1表达水平降低。结论生物钟蛋白Bmal1在牙周炎大鼠肾脏的氧化损伤过程中发挥重要作用。

生物钟与肥胖症发生关系的研究进展

生物钟包括下丘脑的视交叉上核(SCN)的中央生物钟和外周器官中的多个周围生物钟,在光照调节下按照一定节律运转。生物钟紊乱对肥胖症的影响越来越受到重视。昼夜节律紊乱导致肥胖,生物钟基因在脂肪生成和脂质体内平衡(特别是脂肪组织)中发挥关键作用,为进食及运动时机的选择提供一定指导作用。同时,进食的时机也是生物钟的调节器,除影响中央生物钟和代谢活跃的外周组织之间的同步性外,还可控制外周组织彼此同步的程度。

生物钟紊乱对2型炎症变应性疾病的影响研究

生物钟是机体为适应外界环境周期性变化而进化出的内在机制。流行病学研究发现生物钟紊乱(CRD)是变应性疾病发病的重要诱因,其可能通过影响黏膜(或皮肤)屏障及系统免疫反应,进而改变靶器官的生理病理活动,通过药物或非药物干预可缓解变应性疾病的进展。本文聚焦于CRD在2型炎症变应性疾病中的作用,重点探讨CRD对以变应性鼻炎(AR)、哮喘、特应性皮炎、食物过敏为代表的2型炎症变应性疾病的影响,并试图从生物钟角度探讨2型炎症变应性疾病的治疗新策略。

特殊环境对生物钟和肠道菌群影响的研究进展

生物活动随地球自转表现出的接近24 h的节律性波动被称为生物钟。肠道菌群为寄生于人体胃肠道的微生物群落,其平衡对维持机体稳态有重要作用。特殊环境包括外部环境的改变(如处于极地特殊昼夜光照、高原缺氧环境下)和生活方式发生改变(如轮班、失眠、跨时区飞行)等均会对生物钟产生不良影响,导致生物钟紊乱和肠道菌群失调。生物钟紊乱与菌群失调协同作用,进一步导致机体内环境稳态失衡,增加代谢性疾病的发生风险。阐明特殊环境下生物钟和肠道菌群的变化能够为特殊环境下作业人群生物钟和机体稳态的维持提供新思路。

低氧与生物钟系统互作调控骨骼肌功能研究进展

作为人体最大的器官,骨骼肌既是运动的原动力,又在维持机体代谢稳态中发挥着重要作用。正常的骨骼肌生理功能对于机体健康至关重要。生物钟系统是骨骼肌功能的重要调节机制,通过调控骨骼肌中生物钟基因及钟控基因的节律性表达维持骨骼肌生成、运动、代谢等功能正常运行。近些年研究发现低氧作为生物钟重置的新信号,能与生物钟系统互作,因而具有调控骨骼肌功能的巨大潜力,但其机制目前尚不明确。本文对相关研究进展进行综述,探究低氧与生物钟互作及调控骨骼肌功能的潜在机制,以期为防治低氧环境下的昼夜节律紊乱及骨骼肌功能下降提供理论依据。

蝙蝠核心生物钟基因Per1昼夜表达节律与适应性进化研究

长期以来,生物钟相关研究一直是生命科学领域的热点话题。以往研究表明核心生物钟基因Per1广泛参与哺乳动物昼夜节律调控。然而,Per1基因在具有不同昼夜节律活动模式的哺乳动物中是否发生了遗传位点改变,以及这些改变是否促进了哺乳动物昼夜活动模式的形成和稳定仍有待研究。本研究通过荧光定量PCR、基因克隆测序与分子进化分析方法,对核心生物钟基因Per1开展了深入的分子进化分析,明确了Per1基因在夜行性蝙蝠脑区的昼夜振荡规律,由休息状态到睡眠状态对应着Per1基因表达量的由高到低,睡眠状态的表达量最低,而由觉醒状态到活动状态对应着Per1基因表达量的持续升高,与Per1基因维持中枢生物钟调控功能高度相关;检测到Per1基因序列上的15个潜在受正选择位点与2个显著受正选择位点,其中在夜行性动物中检测到的显著受正选择的1118A氨基酸位点恰好位于该基因编码蛋白的功能域上;通过滑窗分析结果显示,Per1基因在夜行性哺乳动物中的进化速率均普遍高于其在日行性哺乳动物中的进化速率,可能促进了哺乳动物夜行性活动模式的形成和稳定。本研究为深入理解哺乳动物自身稳态维持与适应环境周期性变化的关键分子基础提供新的认知,为生物钟相关研究提供思路和参考。

生物钟基因调控干细胞分化的研究进展

生物钟在各类生物中广泛存在,调节生物体的各项生理活动,其主要依赖于生物钟基因的节律性表达。生物钟基因在多种生理过程中发挥重要作用,其中已被证明与组织再生密切相关。干细胞是再生医学的着重关注点,调控干细胞定向分化可实现组织修复再生。已有研究表明生物钟基因是调控干细胞分化的关键因素,因此靶向生物钟基因显示出一定的治疗前景。该文对近年生物钟基因在多种干细胞分化过程中的调控作用及其相关机制研究进行阐述和分析,为再生医学应用方向提供可能思路。

半滑舌鳎生物钟相关基因克隆及在卵巢发育成熟过程中表达特征分析

为阐明生物钟相关基因在半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)卵巢成熟过程中的作用及机制,采集性成熟半滑舌鳎不同发育期的卵巢组织提取总RNA,通过反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术对5个核心生物钟基因Clock1a、Bmal1a、Cry1a、Cry2和Per2的编码区(CDS)序列进行克隆和序列分析。结果显示,Clock1a的CDS序列编码712个氨基酸,序列中有功能性结构域PASD1和PAS11。Bmal1a的CDS序列编码626个氨基酸,序列中有功能性结构域PASD3和PAS11。Cry1a和Cry2的CDS序列分别编码631个、669个氨基酸,序列中均有功能性结构域FAD7。Per2的CDS序列编码1415个氨基酸,序列中有功能性结构域PeriodC和PAS11。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析5个生物钟基因mRNA在性成熟半滑舌鳎卵巢不同发育期的表达特性,发现5个生物钟基因存在性腺发育周年表达规律,且在卵巢Ⅱ期和Ⅲ期相对高表达(P<0.05),在卵巢Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ期相对低表达,这说明生物钟基因对半滑舌鳎的卵巢发育成熟起到重要的调节作用。研究结果为进一步探究生物钟基因调控半滑舌鳎卵巢发育成熟的机制提供了重要参考,为提高半滑舌鳎的繁育效率提供了理论基础。

华北大黑鳃金龟生物钟基因HoPer的克隆和表达模式分析

为明确华北大黑鳃金龟Holotrichia oblita周期蛋白基因(Period,Per)的表达模式,本研究采用RACE技术从2龄幼虫中克隆到生物钟基因HoPer,并进行生物信息学分析;再采用RT-qPCR技术检测HoPer在不同发育阶段、雌雄成虫不同组织以及不同光周期下的表达水平。结果表明:HoPer编码1 172个氨基酸,蛋白分子量129.67 kDa,等电点为5.62。HoPer推导出的氨基酸序列中具有2个PAS和1个Period C结构域,是昆虫PER蛋白的典型结构特征。表达模式分析得出:HoPer在各个发育阶段均有表达,但在卵中的表达量显著高于其他发育时期;HoPer在雌雄成虫的头和触角中表达水平最高,其次为翅和足,在胸和腹中表达水平最低;雌雄成虫中HoPer在试验设定的5个光周期中未发现明显的表达差异。本研究为进一步阐明华北大黑鳃金龟HoPer基因功能以及其在生物钟网络中的调控作用提供了一定的参考。

鼻咽癌细胞外泌体与生物钟基因的联系思考

鼻咽癌是一种多基因遗传病,有种族易感性及家族高发倾向,它往往涉及多个基因之间或基因与环境之间的交互作用。鼻咽癌来源的外泌体参与调控肿瘤免疫反应、血管生成、细胞增殖、侵袭、迁移和放化疗抗性等生理和病理活动,是鼻咽癌形成途径和发生发展的潜在载体,对调控肿瘤和宿主微环境起关键作用。除此之外,癌症的发展也与昼夜节律破坏有关,生物钟基因参与肿瘤增殖、迁移、侵袭、转移、细胞周期分布、凋亡、DNA损伤的检查与修复、细胞对抗癌药物或辐射的敏感性等。生物钟基因和鼻咽癌外泌体对鼻咽癌的发生发展产生多方面影响。鼻咽癌外泌体所参与的细胞间通讯、核酸及蛋白等分布是否以生物钟模式进行调节目前尚未得到描述。关于鼻咽癌细胞来源的外泌体是否通过调节昼夜节律基因对肿瘤的发生发展及耐药性的机制还有待进一步研究。

生物钟基因对代谢综合征各组分的调控作用及作用机制研究进展

生物钟基因由昼夜节律运动输出周期(Clock)基因、脑和肌肉芳香烃受体核转运样蛋白1(Bmal1)基因等正向调控基因和周期基因(Per)、隐花色素基因(Cry)等负向调控基因组成,可通过调节基因表达和蛋白质合成来影响代谢途径和激素释放的节律性。生物钟基因可调控机体的昼夜节律,而昼夜节律紊乱会导致代谢综合征。代谢综合征(Mets)是指人体摄入的营养物质过多导致的代谢紊乱,通常由肥胖、脂代谢紊乱、糖代谢紊乱和高血压等4个组分组成。在正常生理状态下,当体内脂肪增加时,瘦素分泌增多,会抑制食欲、增加能量消耗,以维持体质量的稳定,而Clock-Bmal1异二聚体可通过调节转录激活因子CCAAT增强子结合蛋白(c/EBPα)影响瘦素表达,导致机体能量失衡以及体质量增加,引发肥胖。生物钟基因在调节血浆和组织脂质中同样也发挥着重要作用,通过调控TG合成和分解中的关键代谢酶表达,实现脂肪代谢的昼夜节律性。生物钟基因可以通过调节代谢途径中的核受体影响能量代谢,直接参与脂质代谢紊乱的调控。生物钟基因可通过影响葡萄糖转运、糖原合成及分解、糖异生等代谢过程维持葡萄糖稳态,生物钟基因缺失或突变时会表现出严重的日常摄食节律紊乱,表现出食欲亢进、高血糖和低胰岛素血症等症状。高血压是遗传和环境等因素相互作用的结果,而生物钟基因能通过多种机制,如水盐平衡代谢、激素分泌、调节血管内皮功能、胰岛素抵抗等,直接或间接影响血压。

生物钟调控的线粒体动力学在非酒精性脂肪性肝病中的作用

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种与代谢异常密切相关的疾病,是目前最常见的慢性肝病之一。线粒体是高度动态的细胞器,参与肝脏中的多种代谢和生物能量通路,通过线粒体动力学对环境变化做出高度动态反应。生物钟能够调控线粒体动力学,使其表现出节律性变化。当昼夜节律紊乱时,线粒体动力学失去节律性,使得线粒体不能对不同环境中不断变化的能量需求做出反应,导致NAFLD的发生发展。本文总结了生物钟调控的线粒体动力学在NAFLD病因学中的重要作用。

生物钟节律与机体睡眠及免疫力交互作用的研究进展

随着经济社会的发展,为了适应生活和工作的需要从事夜班/倒班工作的人越来越多,继发的睡眠障碍及免疫力低下成为一种普遍现象,严重影响人类健康。基于这一普遍现象,很多研究报告提示生物钟节律与机体睡眠及免疫力之间具有交互作用。本文综述了不同原因造成的生物钟节律异常对个体睡眠的影响及其分子机制;生物钟节律调控免疫的途径及分子机制;睡眠及免疫相关因素对生物钟节律的影响;睡眠与免疫力之间的相互作用;此外,结合本课题组前期研究,对人乳头瘤病毒(human papilloma virus,HPV)清除中生物钟节律的作用进行了简要阐述,旨在为睡眠、免疫相关疾病的防治,夜班/倒班女性的职业保护提供理论依据,为临床相关疾病的治疗提供可能的生物钟时间干预新思路。