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在小鼠中喂养时间会影响肝脏的生物钟

研究人员4月16日在Cell Reports杂志上报道,食物摄入的时间是推动小鼠肝脏中大多数基因节律性表达的主要因素。研究结果表明,由节律性食物摄入驱动的全身信号显着促进肝脏代谢功能和基因表达的节律,而与肝脏和时钟无关。

“与目前该领域的流行模型相比,我们的研究结果表明,喂食时间不仅仅是在不同器官中同步分子钟 - 它们实际上可以与时钟平行地调节节律基因表达,”资深研究作者杰罗姆说。 Menet,他在德克萨斯A&M大学的实验室研究哺乳动物的生物钟。“这引出了一个有趣的假设,即在一天中错误的时间进食,例如在轮班工作者中流行,可以使有节奏的基因表达失去同步并导致病态。”

几乎每个哺乳动物细胞都有一个分子生物钟,可以驱动节律基因表达,协调新陈代谢,生理和行为的日常循环。这些时钟由位于称为视交叉上核(SCN)的脑结构中的主昼夜节律起搏器同步。SCN使用多种线索,例如神经元信号,激素分泌,体温和食物摄入的节律,使位于身体各个器官中的外围时钟同步,确保它们都被适当地夹带到环境中。

据信,夹带的外围时钟以细胞自主的方式调节节律性基因表达,即,在每个细胞内独立地开始控制生物过程的节律性的组织特异性昼夜节律转录程序。与目前的模型相比,新发现表明节律性食物摄入很大程度上推动了节律性基因表达,而与肝脏中的细胞自主分子钟无关。

为了研究节律性食物摄入在昼夜节律生物学和节律基因表达中的作用,Menet和他的团队在晚上,或者以不受限制的方式,在五周内节律地喂养小鼠,然后在一天的不同时间收集小鼠的肝脏,检查了肝脏基因的表达。

与不受限制的喂养相比,心律失常喂养破坏了70%的循环肝脏基因表达的振荡,而不影响肝脏中的核心分子钟。此外,食物摄入的时间调节肝脏中的许多代谢途径,包括涉及胆固醇和糖原合成的途径。总之,研究结果表明,SCN中的主生物钟并不仅仅用于同步外周生物钟,而是更广泛地促进全身的昼夜节律转录程序。

在未来的研究中,Menet和他的团队将研究食物摄入的时间是否会调节节律性蛋白质的产生,以及各种组织中的节律性基因表达。未来研究的另一个问题是其他SCN驱动的线索,如体温是否会驱动外围时钟中的节律基因表达。

目前,新发现对健康的影响仍不明确。时钟中断与衰老,治疗反应改变,肥胖,糖尿病,精神健康障碍和癌症有关。研究作者表示,通过控制食物摄入的时间,这些影响可能会得到改善。“但我们不应该认为,因为我们观察到小鼠肝脏节律性食物摄入的强烈影响,这也适用于其他小鼠组织,甚至是人类肝脏,”Menet说。

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