最新研究揭示：昼夜节律紊乱加剧DNA损失，扰乱DNA修复机制
在全球范围内，全职和兼职工人的夜班工作越来越频繁，加班或夜班的人数也一直在增加，特别是在运输，医疗保健和制造业中。夜班人群必须面对轮班、夜间光线和昼夜节律周期改变等生物学挑战，而这些挑战以及日常生活和活动的改变可能会给夜班工人带来潜在的危害。
此前，发表在《癌症流行病学、生物标志物与预防》杂志上的一项研究，通过对 61 项近 400 万参与者的全球各地研究进行荟萃分析得出结论，与不长期上夜班的女性相比，长期上夜班的女性患癌症的风险高出 1/5，女性患皮肤癌的风险增加 41%，患胃肠癌的风险增加 18%，乳腺癌风险增加 32%，且每增加 5 年夜班工作，乳腺癌风险就会再次增加 3.3%。
而随着研究的深入，越来越多的证据不断证明，夜班工作人群的患癌风险确实比正常人高。2019 年 6 月，来自 16 个国家的 27 名科学家组成的工作组在法国里昂的国际癌症研究机构（IARC）召开会议，最终完成了对夜班工作致癌性的评估。工作组根据有限的人类致癌证据、充分的实验动物致癌证据以及实验动物强有力的机理证据，将夜班工作列为 2A 组，即 '可能对人类致癌'。尽管流行病学研究表明，夜班工作而引起的与昼夜节律紊乱有关的各种癌症的风险增加，但尚未阐明其潜在机制。
近日，由华盛顿州斯波坎市 - 华盛顿州立大学健康科学学院（WSU）团队进行的一项新研究为机制研究提供了新线索。该研究显示，夜班会扰乱某些癌症相关基因的 24 小时自然活动节奏，使夜班工人的 DNA 受到损伤，同时还会扰乱机体的 DNA 修复机制，使得夜班工作人群罹患某些类型癌症的风险增加。
目前，该研究以 “Night shift schedule causes circadian dysregulation of DNA repair genes and elevated DNA damage in humans”为题在线发表在 Journal of Pineal Research上。
昼夜节律性 DNA 修复异常或增强癌症风险
该研究受到美国国家卫生研究院以及国会指导的医学研究方案团队支持，作为 WSU 睡眠与性能研究中心与美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）合作的一部分，由北卡罗来纳州立大学生物科学系、WSU 以及 PNNL 的科学家共同合作，来研究生物钟可能对人体的影响。
众所周知，生物钟是人体的内置机制，使我们保持稳定的 24 小时昼夜循环节奏。虽然大脑中有一个中央生物钟，但几乎身体的每个细胞也都有自己的内置时钟。这种涉及细胞时钟的基因称为时钟基因，它们的表达具有节奏性，这意味着它们的活动水平会随着白天或晚上的时间而变化。
（来源：Pixabay）
为了评估夜班工作对人体的影响，以及与癌症风险的关联，研究人员安排了一次模拟的轮班工作实验。14 名参与研究的健康志愿者在 WSU 的睡眠实验室里开始了为期 7 天的试验。其中 7 人按照模拟的白班时间工作 3 天，另外 7 人按照夜班时间表进行工作 3 天。在完成模拟班次后，志愿者参加 24 小时标准常规规程，该规程用于研究人类内部产生的生物学节律，而不受任何外部影响。
作为试验方案的一部分，14 名参与者在恒定的光照和室温下以半躺着的姿势保持清醒 24 小时，并每小时给予相同的食物。每三个小时抽取一次血液样本，以获取循环性白细胞中癌症标志物通路基因的昼夜节律转录组及相关的生物通路。
图｜夜班时间表与 DNA 损伤增加和 DNA 修复机制的错位有关
在对血液样本中的白细胞进行的分析后发现，与 DNA 修复相关的基因在白班条件下表现出明显的节律，而在夜班条件下失去了节奏。也就是说，夜班会破坏某些癌症相关基因活动的自然 24 小时节律，使夜班人群更容易受到 DNA 损伤。
此外，在功能评估中，DNA 修复途径显示，在夜班后，节奏基因显著富集，但在模拟的白班却没有，这说明暴露于夜班后，对内源性和外源性 DNA 损伤的敏感性都有所提高，导致机体的 DNA 修复机制被误定为需要处理该伤害，从而引起机制紊乱。最终，昼夜节律性 DNA 修复异常增加了夜班工人的 DNA 损伤并提高了癌症风险。
图｜BRCA1 基因表达在白班或夜班条件下都没有明显的节律性
研究人员还进一步研究了癌症相关基因表达变化可能带来的后果。结果发现，从夜班参与者的血液中分离出的白细胞 DNA 损伤证据比白班参与者多。
更重要的是，研究人员在一天中的两次不同时间将分离的白细胞暴露于电离辐射之后，与白班工况相比，在夜间上班的情况下，在晚上辐射的细胞显示出更高程度的 DNA 损伤。这意味着夜班参与者的白细胞更容易受到辐射的外部损害，而辐射是 DNA 损害和癌症的已知危险因素。
寻找治疗解决方案
该研究的共同通讯作者，太平洋西北国家实验室生物科学部的计算科学家 Jason McDermott 表示，总的来说，研究表明夜班时间表推迟了癌症相关基因的表达时间，从而降低了人体最需要的 DNA 修复过程的有效性。