编者按
在人体中,24 小时的昼夜节律震荡几乎存在于每一个器官和每一类细胞中。生物钟系统通过同步化调节身体不同部位的生物钟,使机体适应环境的变化。正常情况下,环境的光线会激活视网膜特化感光神经节细胞(ipRGCs),ipRGC 通过视网膜-下丘脑通路投射到下丘脑的视交叉上核(SCN)。下丘脑的视交叉上核(SCN)是昼夜节律震荡的起搏器,能调节神经元活性、体温和激素信号。小编在这里给大家推荐 Logan RW 和 McClung CA 发表在《Nature reviews. Neuroscience》题为「Rhythms of life: circadian disruption and brain disorders across the lifespan」的综述文章中,作者介绍了人类生命周期中的昼夜节律的变化,并论述了不同生命阶段的昼夜节律紊乱与这些生命阶段常见的大脑疾病的相关性,并探讨通过把握节律的规律,对脑疾病进行治疗和干预的可行性。 在细胞中,分子的节律是由转录和翻译反馈环路调节,这些反馈调节环路以接近 24 小时的周期振荡。正反馈环路是节律基因 CLOCK、NPAS2、BMAL1 在细胞核内的异二聚化所驱动,可调节时钟控制基因(CCGs)的转录,编码周期蛋白(PER)和隐色素(CRY)。在昼夜节律中,PER 和 CRY 蛋白在细胞质中积累,通过二聚体并转位到细胞核以抑制其自身转录,从而关闭反馈环路。 图 1. 身体的节律系统 昼夜节律受到遗传和环境因素共同决定,大多数人的睡眠-觉醒的节律,在不受环境干扰的情况下,会略长于 24 小时。但环境因素,如光照、社交、用餐时间和工作时间对节律有较大的影响。婴儿期早期生命体就已经出现昼夜节律,但随着年龄的增长,昼夜节律会经历不同的变化。 图 2. 生命不同时期核心体温、褪黑素和皮质醇的生物节律
一、产前和儿童早期的节律
对昼夜节律系统研究和总结,大多来自对啮齿动物和非人灵长类动物的研究。在妊娠中后期,啮齿类动物的 SCN 的代谢活动和基因表达的节律性明显增加。在人类妊娠的第 18 周,胎儿的 SCN 就出现了褪黑素和多巴胺受体,提示褪黑素和多巴胺可能是胎儿昼夜节律信息的主要通信者。母体的褪黑素很容易通过胎盘和胎儿的血脑屏障,这可能是胎儿感知外界昼夜节律的主要途径。 图 3. 母体和胎儿的昼夜节律
二、青春期的节律
人类、啮齿类动物和非人灵长类动物在青春期的昼夜节律会经历一次变化。青春期开始时,由于性激素分泌的原因,睡眠-觉醒周期和褪黑素节律开始延迟。此外环境因素,如来自同龄人的社会压力、就寝时间的改变,也可能导致青少年睡眠节律的变化。由于夜间电子设备的使用日益普遍,对入睡时间和睡眠质量会产生或多或少的影响。一天中特定时间的光照对青少年的节律变化更加敏感。例如,夜间(23 至 24 时)的光照会抑制褪黑素的分泌水平。 图 4. 睡眠和节律紊乱对青少年大脑功能的影响
三、成年期的节律
对大多数人来说,从青春期到成年期是睡眠类型逐渐转变的过程。当然,这些睡眠类型也会受到社交和工作的影响。在家族的遗传学研究中,节律基因(如 CRY1,NFIL3 和 RORC)的突变,与睡眠-觉醒障碍有关。携带这种突变的人群患抑郁症的风险显著增加,尤其在突变患者中存在生理节律失调。轮班工作和频繁的跨时区旅行会增加患癌症、肥胖症、心脏病、胃肠功能障碍、睡眠障碍、糖尿病和抑郁症的风险。一项针对 11,450 名加拿大护士的大型临床研究发现,工作时间和抑郁之间关系最强的是那些具有快速轮班时间表和轮班时间极不规律的人。说明严重的昼夜节律紊乱与患抑郁症高度相关。综上所述,成年期间的许多健康问题,包括睡眠问题、抑郁和焦虑,都与轮班工作或睡眠-觉醒周期紊乱有关。
四、老年期的节律
老年人(65 岁及以上)一般睡眠较少,睡眠效率较低,夜间觉醒次数增加,并且睡眠潜伏期延长。研究发现褪黑素水平随着年龄的增长而显著下降。在昼夜节律的测量中,老年人表现出较低变化幅度的体温节律。此外,老年人节律检测可能会受到健康问题、药物和白内障等眼部疾病的干扰,会减少中枢时钟对光线的响应。在人类和啮齿动物模型中,外周振荡节律的幅度随着年龄的增长而减弱,但这种影响是由于内在核心时钟功能的丢失,还是由于 SCN 信号和连接的功能障碍,尚不清楚。 图 5. 多巴胺的昼夜节律调节
五、结论
在生命过程中,睡眠的昼夜节律紊乱与特定精神疾病和神经退行性疾病的病理生理学过程密切相关。通过临床研究的相关性,科学家们已经在动物模型探究昼夜节律紊乱和多种大脑疾病之间的因果关系,并开始寻找介导疾病的分子机制。基础研究中针对昼夜节律系统的治疗和干预已经获得较好的治疗效果,考虑到节律在生命体中的重要作用,在研究节律的基础上,通过联合多种治疗方案,对未来治疗精神和神经疾病有重大的临床价值。 如有相关实验需求,或了解更多产品服务的详情与报价,欢迎咨询我们!
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