調(diào)好“生命鐘表”可延長壽命

在一些科學(xué)家看來，每個細(xì)胞內(nèi)部里滴答響動著的，是一個又一個蛋白質(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，從進餐時間到就寢時間、激素分泌的此起彼伏、身體溫度和血壓的升降，無不在其“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。

“主時鐘”的工作

通過研究細(xì)菌、嚙齒動物以及果蠅，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物鐘可以記錄各種各樣的生命過程。“當(dāng)你開始追問這樣的問題，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。

有些更為沖擊力的發(fā)現(xiàn)來自于對腦部“主時鐘”的研究，這個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)識生物鐘的過程中，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2萬個神經(jīng)元組成。而2萬個數(shù)量，對于一個控制整個身體的神經(jīng)系統(tǒng)來說，則少得可憐，就像新英格蘭一個小鎮(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。”赫爾茲說。每個身體細(xì)胞都有其獨一無二的計時鐘，就像分布在各個網(wǎng)點上的自動提款機一樣。這些外圍的計時鐘會通過“中央計時器”——“主時針”定期更新，以便和其它的細(xì)胞保持同步。

超交叉神經(jīng)核的運作主要由光線完成，比如作為視網(wǎng)膜中的一個接受細(xì)胞，當(dāng)它感知太陽光的時候，就會同時給大腦發(fā)送一個光信號。這個信號會影響超交叉神經(jīng)核中的神經(jīng)細(xì)胞，進而控制細(xì)胞的加熱速度，然后釋放一種電子信號給其它的腦細(xì)胞，以指揮它們的運作。

“我們知道‘鐘表’就在大腦里。我們也認(rèn)識到很多基因組對生物鐘活動的影響結(jié)果，但是沒有任何一樣結(jié)果能夠告訴我們，‘鐘表’發(fā)揮功能的微觀機制到底如何。”加拿大麥吉爾大學(xué)神經(jīng)學(xué)家查爾斯·布克說。

為了解決這個問題，布克的研究團隊破解了一組化學(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，防止身體在睡眠時脫水。 機體防止脫水的物質(zhì)被稱為抗利尿激素，它能夠通過指揮腎型礦腺來起到作用。布克和他的同事研究發(fā)現(xiàn)，超交叉神經(jīng)核細(xì)胞通過生物鐘“對表”的方式，來調(diào)節(jié)這種抗利尿激素在睡眠時期的釋放。

“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)生物睡眠的時候，超交叉神經(jīng)核會釋放某些化學(xué)物質(zhì)，從而實現(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)核從一個小鼠的腦部取出，放在另一個被切除了該神經(jīng)的小鼠相應(yīng)部位的時候，盡管在物理上的鏈接還沒有完成，但小鼠同樣會獲得生物鐘的功能。 “這個試驗讓科學(xué)家相信，超交叉神經(jīng)核會釋放一種同步物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠自我蔓延，并且控制整個大腦其它部分的作息。”哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)學(xué)家雷·賽爾維這樣說。

然而，還沒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制造102種不同的縮氨酸——簡蛋白質(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)時功能的物質(zhì)并不是簡單的事情，因為大腦主時鐘并不是孤立的—個“鐘表”，它是—簇鐘表組成的交錯系統(tǒng)。赫爾茲說， “生物鐘的神經(jīng)元絕不是_座‘孤島’”。他和同事發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章指出，就單個生物鐘來說，它的每個神經(jīng)元細(xì)胞都擁有25％的幾率來維持一種周期，時間可以持續(xù)數(shù)天；但當(dāng)這些細(xì)胞在一起活動的時候，它們會保持一致的節(jié)拍。

結(jié)果似乎表明，在生物主時鐘里，投有一個起主導(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)核其實是一個“鐘表聯(lián)盟”，由數(shù)個相同的節(jié)點構(gòu)成。節(jié)點聯(lián)動起來變成一個接力機制，使得電子信號從一個細(xì)胞傳向另一千細(xì)胞。

“當(dāng)一個節(jié)點被點燃，那么第二個、第三個接著，以此類推。這樣，在幾分鐘之內(nèi)，整個機體就會趨于平靜，這個過程就是‘對表’。”塞維爾說。

要健康還得禁食?

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

“比如，肝臟的生物鐘可以不受超交叉神經(jīng)核的影響而獨立完成任務(wù)。”加利福尼亞州索爾克生物研究中心遺傳與生物學(xué)家賽施達(dá)納·潘達(dá)這樣說。

潘達(dá)和他的同事們發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章指出，小鼠肝臟中，至少有5000個基因組遵從其細(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鐘。

“肝臟中的主要基因組活動只受控于喂食的節(jié)奏。這個研究結(jié)果對維持健康來說意義非凡。”潘達(dá)說。

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程隔離開來，比如消化和DNA復(fù)制。多重任務(wù)同時執(zhí)行會導(dǎo)致基因的損傷。

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

潘達(dá)所帶領(lǐng)的小組對小鼠的研究得出了這樣的結(jié)論：禁食對于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。

“對生物鐘的清楚認(rèn)識，有利于把握合理的新陳代謝。”潘達(dá)說。比如，餓了就吃的小鼠，消耗掉一部分糖分之后，會把其余的以脂肪的形式儲存起來；而通過控制食物的小鼠，在吃食的時候會劇烈地消耗糖分，在禁食時則消耗脂肪，不同消耗之間的轉(zhuǎn)化十分及時。

所以，如果不禁食，老鼠則沒有時間消耗脂肪。

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驗，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，果蠅的實驗也得出了這樣的結(jié)論，那就是合理的生物節(jié)律，對于長期的健康生活十分必要。

有些科學(xué)家認(rèn)為，生物鐘對機體的進化具有重要的意義。“機體需要一個預(yù)警機制，以便在環(huán)境變化之前就做出反應(yīng)。”耶魯大學(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。

“對于生物來說，具有預(yù)測功能的個體在進化方面占有選擇性優(yōu)勢。”

不過發(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。 “而實驗室中沒有生物鐘功能的果蠅，也照樣生活得很好。”俄勒岡州立大學(xué)生理學(xué)家納特萊·克雷斯楠這樣說。但是在野生界，果蠅或許會改變生存的方式。所以，克雷斯楠和他的同事在野外進行了果蠅實驗，以便觀察生物鐘的作用。

實驗的結(jié)果表明，生物鐘的作用不僅僅局限在日常作息方面。克雷斯楠說，“可以肯定，對生物鐘的任何干擾或影響，都會影響成熟周期和平均壽命。”

進一步的研究或許會找到重新設(shè)置生物鐘表的方法，健康和壽命或許會因此而改變。