生物鐘系統在動物營養和代謝中的調控影響研究

周迎芳

（湖南農業大學東方科技學院，湖南長沙 410128）

在動物的機體內，其存在著眾多的調控系統，比如神經調控系統、免疫系統以及體液調控系統和晝夜節律生物鐘調控系統。在這些調控系統的作用下，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，生物鐘系統在動物營養和代謝中的應用優勢逐漸凸顯，隨著研究的深入，發現生物中系統能夠比較有效的調控動物的生理程序，具有非常大的影響。

1 生物鐘系統的主要構成以及分子機制

1.1 生物鐘系統的主要構成

受到季節和晝夜節律的更替變化，動物生命體也會呈現出與其相適應的生長生理變化、繁殖發育變化以及營養代謝變化等。而對于大多數生命體來說，這種生理反應與晝夜節律相接近的現象則是生物鐘系統。經過長時間的進化，動物機體內的生物鐘功能和結構出現了較大的變化。比如無脊椎動物的生物鐘一般位于視網膜、而爬行類動物的生物鐘系統則在松果體內、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則可以通過神經以及體液調節來對生命體的外周組織子鐘進行生物節律的調節，促使整個動物機體的生物節律能夠與外界的環境相適應[1]。

1.2 生物鐘系統的分子機制

動物機體中的生物鐘系統分子機制一般是在哺乳動物的體內，一些生物鐘基因以轉錄、翻譯為基礎形成自身的調控反饋環路。在分子水平上，生物鐘的基因是由正負反饋環路而構成的，通過轉錄、翻譯來對反饋環路的正調節段進行控制，能夠促進核心轉錄因子BMALI以及CLOCK形成BMALI-CLOCK異二聚體。并將其作為正向調節因子，可以結合其他基因和啟動子區的元件激活基因轉錄。另外一方面，轉錄翻譯后負調節端，PER蛋白則會在胞漿中不斷的積累，同時會出現磷酸化的狀態，此時PER蛋白不夠穩定，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部，核內的CRY1能夠干擾BMALI-CLOCK聚合物轉錄復合物，從而抑制其他基因的轉錄，呈現出核心生物鐘的負反饋環路調節。最后，當Rev-Erba蛋白進入到胞核內時，既能夠有效的抑制正調節端基因的轉錄，致使Bmall表達水平下降，又能夠負調節端基因抑制Rev-Erba基因轉錄，因此其是連接動物機體內正負調節的中調因子，可以形成具有一定節律性的分子振蕩嵌套環路。

2 生物鐘系統在動物營養和代謝中的調控影響

生物鐘基因能夠控制整個機體的代謝水平，可以有效的調節動物機體內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律性，改變糖異生和胰島素等敏感型和脂質平衡，進而導致小鼠機體出現貪食和肥胖。同時CLOCK基因的突變也會促使小鼠的營養物質轉運蛋白的節律性發生紊亂的情況，不過對于限飼動物來說，其體內的營養物質轉運蛋白仍具有較好的節律性，這說明生物鐘系統在小腸壁調節轉運蛋白的過程中充當著重要的角色。所以通過具有規律性的采食時間有利于維持動物生物鐘系統的穩定，如果采食時間不規律，則會導致動物機體內的營養代謝平衡受到干擾，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內部的神經系統，影響胃腸道的功能和活性，比如胃排空、胃酸分泌、小腸中營養物質運輸等都會受到生物鐘基因的調控。

另外一方面，在生物鐘系統調控的過程中，高脂日糧的投用影響動物營養的攝入情況，此時生物鐘基因助于調節動物機體內的相關代謝酶的活性、氨基酸以及脂類、葡萄糖代謝相關聯的轉運系統活性，有效的調節肝臟以及其他外周組織的營養代謝和能量平衡。一旦當動物的營養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，會引發肥胖癥、心臟病等疾病。

3 結語

綜上所述，生物鐘系統在動物營養和代謝中的調控具有較大的影響，對于哺乳動物來說，其生物鐘基因可以在其中樞系統、皮膚毛囊、乳腺、胃腸道以及內臟器官等外周組織中表達，分子機制呈現節律性分子振蕩嵌套環路。通過對動物的采食時間的科學調控以及高脂日糧的合理控制，能保障動物機體實現營養和代謝平衡，所以生物鐘系統在營養和代謝中的應用，可以為農牧業實際生產和人類醫學發展中提供新的思路和理論，對社會生物發展具有積極的意義和價值。