生物鐘系統(tǒng)在動物營養(yǎng)和代謝中的調(diào)控影響研究

周迎芳

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，湖南長沙 410128）

在動物的機體內(nèi)，其存在著眾多的調(diào)控系統(tǒng)，比如神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)以及體液調(diào)控系統(tǒng)和晝夜節(jié)律生物鐘調(diào)控系統(tǒng)。在這些調(diào)控系統(tǒng)的作用下，往往能夠充分保障動物維持良好的生命體特征，確保其具有相對正常的生理水平。近年來，生物鐘系統(tǒng)在動物營養(yǎng)和代謝中的應(yīng)用優(yōu)勢逐漸凸顯，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)生物中系統(tǒng)能夠比較有效的調(diào)控動物的生理程序，具有非常大的影響。

1 生物鐘系統(tǒng)的主要構(gòu)成以及分子機制

1.1 生物鐘系統(tǒng)的主要構(gòu)成

受到季節(jié)和晝夜節(jié)律的更替變化，動物生命體也會呈現(xiàn)出與其相適應(yīng)的生長生理變化、繁殖發(fā)育變化以及營養(yǎng)代謝變化等。而對于大多數(shù)生命體來說，這種生理反應(yīng)與晝夜節(jié)律相接近的現(xiàn)象則是生物鐘系統(tǒng)。經(jīng)過長時間的進化，動物機體內(nèi)的生物鐘功能和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的變化。比如無脊椎動物的生物鐘一般位于視網(wǎng)膜、而爬行類動物的生物鐘系統(tǒng)則在松果體內(nèi)、哺乳類動物的生物鐘則是在其下丘腦視交叉上核，生物鐘的母鐘基因在動物的中樞系統(tǒng)SCN中表達，并且在皮膚毛囊以及乳腺和胃腸道等外周組織中存在子鐘表達，通常情況下，母鐘SCN則可以通過神經(jīng)以及體液調(diào)節(jié)來對生命體的外周組織子鐘進行生物節(jié)律的調(diào)節(jié)，促使整個動物機體的生物節(jié)律能夠與外界的環(huán)境相適應(yīng)[1]。

1.2 生物鐘系統(tǒng)的分子機制

動物機體中的生物鐘系統(tǒng)分子機制一般是在哺乳動物的體內(nèi)，一些生物鐘基因以轉(zhuǎn)錄、翻譯為基礎(chǔ)形成自身的調(diào)控反饋環(huán)路。在分子水平上，生物鐘的基因是由正負反饋環(huán)路而構(gòu)成的，通過轉(zhuǎn)錄、翻譯來對反饋環(huán)路的正調(diào)節(jié)段進行控制，能夠促進核心轉(zhuǎn)錄因子BMALI以及CLOCK形成BMALI-CLOCK異二聚體。并將其作為正向調(diào)節(jié)因子，可以結(jié)合其他基因和啟動子區(qū)的元件激活基因轉(zhuǎn)錄。另外一方面，轉(zhuǎn)錄翻譯后負調(diào)節(jié)端，PER蛋白則會在胞漿中不斷的積累，同時會出現(xiàn)磷酸化的狀態(tài)，此時PER蛋白不夠穩(wěn)定，容易被泛生物素化和降解。并且當聚合物在夜晚期間則可以進入到動物機體的胞核內(nèi)部，核內(nèi)的CRY1能夠干擾BMALI-CLOCK聚合物轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，從而抑制其他基因的轉(zhuǎn)錄，呈現(xiàn)出核心生物鐘的負反饋環(huán)路調(diào)節(jié)。最后，當Rev-Erba蛋白進入到胞核內(nèi)時，既能夠有效的抑制正調(diào)節(jié)端基因的轉(zhuǎn)錄，致使Bmall表達水平下降，又能夠負調(diào)節(jié)端基因抑制Rev-Erba基因轉(zhuǎn)錄，因此其是連接動物機體內(nèi)正負調(diào)節(jié)的中調(diào)因子，可以形成具有一定節(jié)律性的分子振蕩嵌套環(huán)路。

2 生物鐘系統(tǒng)在動物營養(yǎng)和代謝中的調(diào)控影響

生物鐘基因能夠控制整個機體的代謝水平，可以有效的調(diào)節(jié)動物機體內(nèi)葡萄糖和脂類的平衡，以小鼠為例，由于CLOCK基因的突變可以在一定程度上降低其攝食的節(jié)律性，改變糖異生和胰島素等敏感型和脂質(zhì)平衡，進而導(dǎo)致小鼠機體出現(xiàn)貪食和肥胖。同時CLOCK基因的突變也會促使小鼠的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白的節(jié)律性發(fā)生紊亂的情況，不過對于限飼動物來說，其體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白仍具有較好的節(jié)律性，這說明生物鐘系統(tǒng)在小腸壁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運蛋白的過程中充當著重要的角色。所以通過具有規(guī)律性的采食時間有利于維持動物生物鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定，如果采食時間不規(guī)律，則會導(dǎo)致動物機體內(nèi)的營養(yǎng)代謝平衡受到干擾，影響動物的健康狀況。而生物鐘在動物的胃腸道中有功能性的表達，通過在胃腸肌中表達生物鐘基因，則可以作為消化系統(tǒng)內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)，影響胃腸道的功能和活性，比如胃排空、胃酸分泌、小腸中營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)榷紩艿缴镧娀虻恼{(diào)控。

另外一方面，在生物鐘系統(tǒng)調(diào)控的過程中，高脂日糧的投用影響動物營養(yǎng)的攝入情況，此時生物鐘基因助于調(diào)節(jié)動物機體內(nèi)的相關(guān)代謝酶的活性、氨基酸以及脂類、葡萄糖代謝相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)活性，有效的調(diào)節(jié)肝臟以及其他外周組織的營養(yǎng)代謝和能量平衡。一旦當動物的營養(yǎng)水平促使動物的生物鐘缺失或者紊亂時，代謝平衡將會遭到嚴重的破壞，會引發(fā)肥胖癥、心臟病等疾病。

3 結(jié)語

綜上所述，生物鐘系統(tǒng)在動物營養(yǎng)和代謝中的調(diào)控具有較大的影響，對于哺乳動物來說，其生物鐘基因可以在其中樞系統(tǒng)、皮膚毛囊、乳腺、胃腸道以及內(nèi)臟器官等外周組織中表達，分子機制呈現(xiàn)節(jié)律性分子振蕩嵌套環(huán)路。通過對動物的采食時間的科學(xué)調(diào)控以及高脂日糧的合理控制，能保障動物機體實現(xiàn)營養(yǎng)和代謝平衡，所以生物鐘系統(tǒng)在營養(yǎng)和代謝中的應(yīng)用，可以為農(nóng)牧業(yè)實際生產(chǎn)和人類醫(yī)學(xué)發(fā)展中提供新的思路和理論，對社會生物發(fā)展具有積極的意義和價值。