調(diào)好“生命鐘表”可延長(zhǎng)壽命

在一些科學(xué)家看來(lái)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)部里滴答響動(dòng)著的，是一個(gè)又一個(gè)蛋白質(zhì)作“齒輪”和“發(fā)條”的微型“鐘表”。正是這些分子層面上的“生物鐘表”，維持著日常生命的節(jié)奏，從進(jìn)餐時(shí)間到就寢時(shí)間、激素分泌的此起彼伏、身體溫度和血壓的升降，無(wú)不在其“日程”當(dāng)中。

最新的科學(xué)研究表明，生物鐘的作用不僅僅在于控制日復(fù)一日的作息，它還有很多別的功能。

“主時(shí)鐘”的工作

通過(guò)研究細(xì)菌、嚙齒動(dòng)物以及果蠅，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物鐘可以記錄各種各樣的生命過(guò)程?！爱?dāng)你開(kāi)始追問(wèn)這樣的問(wèn)題，即生物鐘到底掌管什么，答案是幾乎一切生命現(xiàn)象。”華盛頓大學(xué)生物學(xué)家埃里克·赫爾茲如是說(shuō)。

有些更為沖擊力的發(fā)現(xiàn)來(lái)自于對(duì)腦部“主時(shí)鐘”的研究，這個(gè)維持身體日常周期的生物鐘由“超交叉神經(jīng)核”組成。

多年前，在科學(xué)家認(rèn)識(shí)生物鐘的過(guò)程中，超交叉神經(jīng)核具有非常重要的地位。研究發(fā)現(xiàn)，該神經(jīng)核由2萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元組成。而2萬(wàn)個(gè)數(shù)量，對(duì)于一個(gè)控制整個(gè)身體的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則少得可憐，就像新英格蘭一個(gè)小鎮(zhèn)的人口決定全球人的作息一樣不可思議。

那么，超交叉神經(jīng)核到底如何完成整個(gè)身體的日常節(jié)奏呢?

“我把超交叉神經(jīng)核視為身體傳輸網(wǎng)絡(luò)中的原子鐘?！焙諣柶澱f(shuō)。每個(gè)身體細(xì)胞都有其獨(dú)一無(wú)二的計(jì)時(shí)鐘，就像分布在各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)上的自動(dòng)提款機(jī)一樣。這些外圍的計(jì)時(shí)鐘會(huì)通過(guò)“中央計(jì)時(shí)器”——“主時(shí)針”定期更新，以便和其它的細(xì)胞保持同步。

超交叉神經(jīng)核的運(yùn)作主要由光線完成，比如作為視網(wǎng)膜中的一個(gè)接受細(xì)胞，當(dāng)它感知太陽(yáng)光的時(shí)候，就會(huì)同時(shí)給大腦發(fā)送一個(gè)光信號(hào)。這個(gè)信號(hào)會(huì)影響超交叉神經(jīng)核中的神經(jīng)細(xì)胞，進(jìn)而控制細(xì)胞的加熱速度，然后釋放一種電子信號(hào)給其它的腦細(xì)胞，以指揮它們的運(yùn)作。

“我們知道‘鐘表’就在大腦里。我們也認(rèn)識(shí)到很多基因組對(duì)生物鐘活動(dòng)的影響結(jié)果，但是沒(méi)有任何一樣結(jié)果能夠告訴我們，‘鐘表’發(fā)揮功能的微觀機(jī)制到底如何?！奔幽么篼溂獱柎髮W(xué)神經(jīng)學(xué)家查爾斯·布克說(shuō)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，布克的研究團(tuán)隊(duì)破解了一組化學(xué)密碼。這些密碼原本由超交叉神經(jīng)核所釋放。它們的功能是調(diào)節(jié)生物體晝夜節(jié)律，防止身體在睡眠時(shí)脫水。 機(jī)體防止脫水的物質(zhì)被稱為抗利尿激素，它能夠通過(guò)指揮腎型礦腺來(lái)起到作用。布克和他的同事研究發(fā)現(xiàn)，超交叉神經(jīng)核細(xì)胞通過(guò)生物鐘“對(duì)表”的方式，來(lái)調(diào)節(jié)這種抗利尿激素在睡眠時(shí)期的釋放。

“鐘表聯(lián)盟”

發(fā)表在今年2月份《自然·神經(jīng)學(xué)》上的文章結(jié)論表明，當(dāng)生物睡眠的時(shí)候，超交叉神經(jīng)核會(huì)釋放某些化學(xué)物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)和其它神經(jīng)元絡(luò)的溝通。除抗利尿激素，科學(xué)家還曾經(jīng)追蹤過(guò)一種神秘的物質(zhì)，該物質(zhì)由主生物鐘釋放而出，很難確定它到底是什么。

當(dāng)研究人員把超交叉神經(jīng)核從一個(gè)小鼠的腦部取出，放在另一個(gè)被切除了該神經(jīng)的小鼠相應(yīng)部位的時(shí)候，盡管在物理上的鏈接還沒(méi)有完成，但小鼠同樣會(huì)獲得生物鐘的功能。 “這個(gè)試驗(yàn)讓科學(xué)家相信，超交叉神經(jīng)核會(huì)釋放一種同步物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠自我蔓延，并且控制整個(gè)大腦其它部分的作息?！备鐐惐葋喆髮W(xué)神經(jīng)學(xué)家雷·賽爾維這樣說(shuō)。

然而，還沒(méi)有人能夠真正捕捉到這種物質(zhì)，盡管伊利諾斯州立大學(xué)的科學(xué)家們或許已離成功不遠(yuǎn)。

伊利諾斯大學(xué)的研究人員發(fā)表在今年2月的《分子與細(xì)胞蛋白組學(xué)》雜志上的文章指出，位于小鼠腦部的主生物鐘會(huì)制造102種不同的縮氨酸——簡(jiǎn)蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段，其中包括33種全新的縮氨酸以及12種身份不明的縮氨酸，它們都有可能是實(shí)現(xiàn)同步功能的“神秘”物質(zhì)。

找到超交叉神經(jīng)核中起到調(diào)時(shí)功能的物質(zhì)并不是簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)榇竽X主時(shí)鐘并不是孤立的—個(gè)“鐘表”，它是—簇鐘表組成的交錯(cuò)系統(tǒng)。赫爾茲說(shuō)， “生物鐘的神經(jīng)元絕不是_座‘孤島’”。他和同事發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的文章指出，就單個(gè)生物鐘來(lái)說(shuō)，它的每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞都擁有25％的幾率來(lái)維持一種周期，時(shí)間可以持續(xù)數(shù)天；但當(dāng)這些細(xì)胞在一起活動(dòng)的時(shí)候，它們會(huì)保持一致的節(jié)拍。

結(jié)果似乎表明，在生物主時(shí)鐘里，投有一個(gè)起主導(dǎo)作用的“起搏器”；相反，所有的細(xì)胞相互協(xié)作，以形成一個(gè)精確的日常生物周期。

科學(xué)家最近也發(fā)現(xiàn)，超交叉神經(jīng)核其實(shí)是一個(gè)“鐘表聯(lián)盟”，由數(shù)個(gè)相同的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)起來(lái)變成一個(gè)接力機(jī)制，使得電子信號(hào)從一個(gè)細(xì)胞傳向另一千細(xì)胞。

“當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被點(diǎn)燃，那么第二個(gè)、第三個(gè)接著，以此類(lèi)推。這樣，在幾分鐘之內(nèi)，整個(gè)機(jī)體就會(huì)趨于平靜，這個(gè)過(guò)程就是‘對(duì)表’?！比S爾說(shuō)。

要健康還得禁食?

當(dāng)有些科學(xué)家持續(xù)專(zhuān)注于腦主時(shí)鐘的探索時(shí)，另外的一些科學(xué)家則選擇了其他的路徑，他們認(rèn)為有必要對(duì)身體其他部分的生物鐘進(jìn)行研究，或許這才是解開(kāi)生物運(yùn)作奧秘的正確方式。

“比如，肝臟的生物鐘可以不受超交叉神經(jīng)核的影響而獨(dú)立完成任務(wù)?！奔永Ｄ醽喼菟鳡柨松镅芯恐行倪z傳與生物學(xué)家賽施達(dá)納·潘達(dá)這樣說(shuō)。

潘達(dá)和他的同事們發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的文章指出，小鼠肝臟中，至少有5000個(gè)基因組遵從其細(xì)胞里的生物節(jié)律。而在所有的基因組中，只有9個(gè)不完全遵照喂食、禁食的規(guī)律，由此推斷這小部分基因組受控于腦部主時(shí)鐘。

“肝臟中的主要基因組活動(dòng)只受控于喂食的節(jié)奏。這個(gè)研究結(jié)果對(duì)維持健康來(lái)說(shuō)意義非凡。”潘達(dá)說(shuō)。

包括潘達(dá)在內(nèi)，很多科學(xué)家都普遍認(rèn)為，生物鐘的作用之一就是將不同的生物過(guò)程隔離開(kāi)來(lái)，比如消化和DNA復(fù)制。多重任務(wù)同時(shí)執(zhí)行會(huì)導(dǎo)致基因的損傷。

對(duì)于老鼠來(lái)說(shuō)，65％的能量攝人發(fā)生在晚上，而其它35％的能量則來(lái)源于自然界白天攝入的“午夜甜點(diǎn)”——老鼠的“白天”就是自然界的黑夜。“現(xiàn)代人類(lèi)和老鼠的攝食方式有些相似，因此研究小鼠對(duì)認(rèn)識(shí)人自身很有幫助。”潘達(dá)這樣說(shuō)。

潘達(dá)所帶領(lǐng)的小組對(duì)小鼠的研究得出了這樣的結(jié)論：禁食對(duì)于3000多種基因組具有重要的影響，其中包括合成生物鐘本身所需蛋白質(zhì)的基因。

“對(duì)生物鐘的清楚認(rèn)識(shí)，有利于把握合理的新陳代謝?！迸诉_(dá)說(shuō)。比如，餓了就吃的小鼠，消耗掉一部分糖分之后，會(huì)把其余的以脂肪的形式儲(chǔ)存起來(lái)；而通過(guò)控制食物的小鼠，在吃食的時(shí)候會(huì)劇烈地消耗糖分，在禁食時(shí)則消耗脂肪，不同消耗之間的轉(zhuǎn)化十分及時(shí)。

所以，如果不禁食，老鼠則沒(méi)有時(shí)間消耗脂肪。

潘達(dá)感嘆道，“歸根結(jié)蒂，要健康還得禁食!”他和同事們正在利用小鼠做實(shí)驗(yàn)，以便揭示怎樣的生物鐘節(jié)奏才最合乎健康標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，果蠅的實(shí)驗(yàn)也得出了這樣的結(jié)論，那就是合理的生物節(jié)律，對(duì)于長(zhǎng)期的健康生活十分必要。

有些科學(xué)家認(rèn)為，生物鐘對(duì)機(jī)體的進(jìn)化具有重要的意義?！皺C(jī)體需要一個(gè)預(yù)警機(jī)制，以便在環(huán)境變化之前就做出反應(yīng)?！币敶髮W(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)及遺傳學(xué)家邁克爾-尼達(dá)巴克介紹說(shuō)。

“對(duì)于生物來(lái)說(shuō)，具有預(yù)測(cè)功能的個(gè)體在進(jìn)化方面占有選擇性優(yōu)勢(shì)。”

不過(guò)發(fā)表在3月份《當(dāng)代生物學(xué)》的文章顯示，馴鹿似乎不遵循生物鐘的生活習(xí)慣。 “而實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有生物鐘功能的果蠅，也照樣生活得很好?！倍砝諏萘⒋髮W(xué)生理學(xué)家納特萊·克雷斯楠這樣說(shuō)。但是在野生界，果蠅或許會(huì)改變生存的方式。所以，克雷斯楠和他的同事在野外進(jìn)行了果蠅實(shí)驗(yàn)，以便觀察生物鐘的作用。

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，生物鐘的作用不僅僅局限在日常作息方面?？死姿归f(shuō)，“可以肯定，對(duì)生物鐘的任何干擾或影響，都會(huì)影響成熟周期和平均壽命?！?/p>

進(jìn)一步的研究或許會(huì)找到重新設(shè)置生物鐘表的方法，健康和壽命或許會(huì)因此而改變。