国庆刚获诺贝尔奖的科学家最新发现：我们的每个器官有个钟！想鲜活的请看！
自然
物语
+
本文节选自作者基思·C·苏马与弗雷德·W·图雷克
2017年10月2日北京时间17点30分许，美国三位遗传学家因发现「昼夜节律的分子机制」，荣获2017年诺贝尔生理学或医学奖。
昼夜节律的分子机制，就是我们俗称的「生物钟」。
看到这则新闻，有网友表示：
中医早在2000多年前，就根据天人相应的现象和规律，提出了经络之气的「子午流注」学说。
在一天一夜的十二时辰中，给五脏六腑排了一个「值班表」，提示我们在养生、治疗中都要参照这一生物钟节律办事。这中国老百姓都知道的常识，在国外竟获得了诺贝尔奖。
到底外国人如何看待这个「生物钟」？
在他们眼中，「生物钟」和我们每个人有什么关系？
这些研究有什么意义？
这篇文章将我们详细讲述，人类大体内的生物钟及其对人体的影响。
01
人体除了大脑之外，在肝脏、胰腺和其他组织中亦有「生物钟」存在，它们负责协调身体的多个部位。一旦「时钟」出现紊乱，将会导致糖尿病、抑郁和其他疾病。
不管是谁，只要曾以500节（约272m/s）速度向东或向西飞上几小时，就会亲身经历「体内生物钟」与身体感知时间不符的感觉。
比如，调整时差有时需要一个星期——这取决于大脑深部的主生物钟是否需要根据外部天黑的时间，协调身体或大脑想要睡觉的时间。
然而，在过去几年中，科学家相当惊讶地发现，身体除了需要大脑中的主「生物钟」外，还需要存在于肝脏、胰脏等器官和脂肪组织中的局部生物钟。如果任何一个外周生物钟和主生物钟不同步，就有可能导致肥胖、糖尿病、抑郁症和其他复杂疾病。
我们实验室主要以小鼠为研究对象。不过，从细菌到果蝇，再到人类，科学家已在大量物种中发现了生物钟基因。其中不少基因在很多物种中非常类似，这意味着「生物钟基因」在进化历程中，对物种生存起到了至关重要的作用。
如今，研究者已经阐明了「生物钟」在代谢失调过程中扮演的角色。这是生物钟领域迄今为止最重大的进展。
02
大脑中的主生物钟
无论是复杂生物还是简单生物，所有地球上的生命都受昼夜节律的控制，以适应24小时的昼夜周期。
甚至最早出现在地球上的生命蓝藻（单细胞的蓝绿色藻类，广泛分布于不同的栖息地中）也有「生物钟」存在的迹象。蓝藻通过光合作用从阳光中获取能量，并利用二氧化碳和水生产有机分子和氧气。
在「内部生物钟」的作用下，蓝藻在日出之前即可提前动员光合系统。这一特性令其能在日光一出现的时候就可以摄取能量，比那些纯粹依靠光线启动光合系统的生物先走一步。
与之类似，日落之后，蓝藻的光合系统亦会遵循「生物钟」的指令而关闭。这避免了夜间无用的能量等资源被无谓浪费的情况。节约下来的能量和资源可转而用于更适合在夜间进行的工作，比如：DNA的复制和修复，DNA可能在白天因阳光中的电离辐射而受损。
有些菌株的生物钟基因发生了突变，因此这些细菌的节律周期（又叫周期长度）由常见的24小时变成了20或22个小时，甚至30小时。
1998年，美国范德比尔特大学的卡尔·约翰逊（Carl Johnson）和同事发现，在自然条件下，符合环境光周期的蓝藻比周期异常的同类更有优势。
比如在24小时的昼夜周期中，正常的蓝藻较22小时周期的同类生长得更快，分裂也更成功。不过当研究人员将昼夜周期人工调节至22小时后，情况就完全颠倒过来，突变组蓝藻变得更具优势。
这些实验第一次清楚地显示，内部的代谢节律与环境周期相匹配会增强物种的适应性。
尽管调控人类生物钟的基因与蓝藻并不相同，但我们的昼夜节律与这些蓝藻却有很多相似之处。这表明二者的「生物钟」，是为了满足同样的生理需求与功能，各自独立进化而来的。
03
外周生物钟
起初，研究者假设，机体内只有一个「生物钟」扮演着节拍器的角色，可以调节无数生理过程。
研究人员开始发现，有证据表明，活跃在大脑中的「生物钟基因」在肝脏、肾脏、胰腺、心脏等组织的细胞中也会周期性地表达和关闭。我们现在知道，这些细胞生物钟在多个组织中调控着3%-10%的基因的活性——某些时候，这一比例可能达到50%。
几乎与此同时，许多科学家开始研究昼夜节律与衰老的关系。
在检测老龄小鼠的日常奔跑行为时，研究人员发现「生物钟基因」发生突变的小鼠更易发胖，爬上笼子中的转轮也更加困难。这一发现提醒我们将一些研究的重点放在代谢与昼夜节律上。
这项研究表明，「生物钟基因」的突变与肥胖及代谢综合征（代谢综合征指一系列生理异常，会增加携带者的心脏病和糖尿病风险）的发生有关。
一个人出现以下症状中的三种，即可诊断为代谢综合征：
大量脂肪堆积在腹部，而非臀部；
血液中甘油三酯的水平高；
血液中的高密度脂蛋白含量很低，血压较高，血糖水平较高。
这项研究让科学家更加关注昼夜节律对代谢的影响。之前对倒班工人的研究表明：他们患上代谢、心血管及胃肠道疾病的风险比一般人高。
不过，这些倒班工人普遍存在一些不健康的习惯，比如：睡眠不足、饮食不良及缺乏锻炼等。因此，二者到底何为因，何为果，令人难以分辨。
04
生物钟与代谢
在研究者认识到昼夜节律有助于调节代谢之后，他们很快开始研究位于肝脏的外周「生物钟」。肝脏在代谢调节中扮演了关键角色。
2008年，哈佛大学医学院的几位研究人员用小鼠开展了研究。
在这些小鼠（与人类不同，小鼠昼伏夜出，但其醒睡周期仍然受生物钟调控）的肝脏细胞中，一个非常关键的「生物钟」基因被敲除了。本质上，这些小鼠的肝脏生物钟已不复存在，但机体其他部位的生物钟依旧正常。
研究者发现，小鼠在白天睡眠时，会经历更长的低血糖期。低血糖相当危险，因为如果大脑没有足够的葡萄糖满足能量供应的话，会在几分钟内停止运转。
进一步实验表明，低血糖的发生是由于肝脏在生产并向血液分泌葡萄糖时，发挥调控功能的「生物钟缺位」所致。所以，肝脏生物钟在维持正常血糖方面发挥了重要作用，可以让肝脏稳定持续地为大脑和机体其他器官提供充足的能量。
西北大学的几位学者对于「胰腺生物钟」发挥的作用也展开了一系列研究。他们发现，胰腺生物钟对维持正常血糖水平至关重要，破坏这一生物钟会严重损害胰腺功能，并导致糖尿病。
糖尿病也可以视作代谢失调的一种，得了糖尿病，意味着机体几乎无法正常分泌胰岛素，亦或对其不再敏感，以至于太多的葡萄糖停留在细胞外，导致血糖水平超标。
一开始，马奇瓦与巴斯从生物钟基因发生突变的小鼠身上取出胰腺组织，发现即使有葡萄糖的刺激，胰腺分泌出的胰岛素也会大幅减少。
接下来，他们制备了一种只有胰腺中的「生物钟钟基因」被敲除的小鼠。这种小鼠在很年轻的时候就患上了糖尿病，而且胰岛素分泌量也大幅度下降。
这些例子展示了不同组织中「生物钟」功能的一个关键之处：它们扮演的角色可能迥然不同。
例如，肝脏和胰腺中的生物钟甚至调控着完全相反的生理过程。然而，当这些组织中的「生物钟」被整合为一个功能性系统之后，它们又可以精确同步，以维持机体的稳态。
进一步说，大脑中的主「生物钟」就如同管弦乐队的总指挥。在它的作用下，众多外周生物钟就像乐手，彼此之间琴瑟和鸣，之于环境亦应对有序，最终使得整个系统完美运行。
05
生物钟的多种功能
研究者的另一个重要发现是：一些组织中的「生物钟」可以对多个生理过程施加影响。的确，每个生物钟都能调控多个生理过程。例如，肝脏生物钟负责调控葡萄糖产生与代谢的整个基因网络。
此外，在2011年，宾夕法尼亚大学的研究人员还发现，肝脏生物钟还决定着脂肪在肝脏细胞中的蓄积数量。
最近，研究人员构建了一种基因工程小鼠，小鼠脂肪细胞中的生物钟基因被完全敲除。他们发现，这种小鼠患上了肥胖症，而且进食模式也发生改变，由夜间进食改为日间进食。
因此，脂肪分子在错误的时间里在体内循环，破坏了大脑调控节律和进食习惯的能力。
研究者发现，饮食行为的变化似乎特异地出现在脂肪细胞生物钟基因缺失的小鼠中，因为缺失肝脏和胰腺生物钟的小鼠依旧保留有正常的饮食节律。
脂肪细胞生物钟缺失的小鼠进食习惯发生改变，并导致体重增加，这一现象与此前的研究相符。
有趣的是，在小鼠身上进行的这些实验与患有夜间进食综合征的病人也有几分关联。患上这种病症的人会在夜间摄入过多热量，以至于患上肥胖或代谢综合征，更多关于健康的文章点击可查看：《疾病竟然是康复的根源！》。
或许，这一疾病部分是因为机体在调控饥饿的节律方面存在缺陷。这种不协调使得患者更易增重，其代谢过程亦会出现紊乱。
06
节律医学
其他一些以人类为对象的研究表明，对人的昼夜节律进行更细致的研究，能让我们更加深入地理解代谢失调，催生更好的治疗方法。
例如，慕尼黑大学的研究人员对世界范围内数千人的睡眠状况进行了研究，描述了一种常见的慢性节律紊乱，并将其命名为「社交时差」。
这一时差是指：人们在工作日（或上学）和周末的睡眠周期之间的时差。通过测量社交时差，可为评估生物钟的周期性紊乱提供一种定量方法。
如果在工作日，一个人是早晨6点起床，在休息日会拖到9-10点才爬起来，那么这就相当于他每周两次穿越3-4个时区。
研究者还发现：社交时差的长短与体重指数存在正相关关系，亦即昼夜节律紊乱会助推体重增加。科学家已发现，昼夜节律紊乱与心脏病、胃病、多种癌症、神经疾病、神经退行性病变以及精神疾病存在关联。
另外，多项小规模研究表明，在某些时候，在已有抑郁倾向的人群中，睡眠周期的紊乱很有可能是严重抑郁的病因而非仅是症状。
与此类似的是，研究者过去5年在小鼠和仓鼠身上进行的实验显示：一些类似长期时差紊乱的病症会削弱动物的学习和记忆能力，并破坏大脑特定区域的神经结构。
如果我们对机体「生物钟」的角色有了更深的理解，有可能让医学发生一场彻底的革命。
如果把如何让「生物钟」发挥最佳功能（比如在24小时的节律中，什么时候开始或结束合成葡萄糖效果最好）的相关知识纳入医学领域，我们就能拓展出一个新领域，我们称之为节律医学。
我们相信，如果能将昼夜节律和醒睡周期的相关信息与对疾病的诊断和治疗更有效地整合在一起，那么医生将能更好地帮助病人、预防疾病，将患者所需的疗法疗效最大化。
编者后记：
不仅是「生物钟」，其实每一个身体本身都有其运行的轨迹和规律。
你知道吗？其实，我们每个人的身体里都住着一个神医，而这个神医在哪里我们是能看到的。
比如我们身体上划个口子流血，但不会血流不止，血会自己凝固。为什么？因为我们自身有自愈能力。我们不需要告诉血液让它快凝固，伤口快愈合。
我们的身体非常非常精密，有五脏六腑，有复杂严密的神经血管，还有贯通身体的经络系统，这不是妈妈决定的也不是爸爸决定的，更不是我们自己决定的，这是我们与生俱来的。
我们的医圣医祖，之所以妙手回春就是因为他们善于调动我们内在的神医为我们治病。
为什么我们内在的神医过去不起作用？因为过去我们缺了德，都吃喝玩乐去了。
神医发现他的主人这么差，不想服务了，就任由我们生病。但当我们内心一改变，开始尊重神医尊重「道」了，神医就上班了，我们的病也就痊愈了。
任生命科学如何发展，我们最终回归的都是每个生命本自具足的大智慧！
你所见到的身体的「神医」？
自然的恩典，静候您的分享。
编辑｜妙灵