时钟基因与暴饮暴食之间的联系
许多生物在一天中的某些小时表现最佳.几乎所有的动物,昆虫和植物都依赖于一些内部节奏,我们可以称其为内部时钟,该时钟与阳光和月光的外部事件相关.即使蜜蜂的运动每天都在变化,它们完全是从太阳的位置知道一天中的时间.鸟类使用先天的迁徙路线进行导航,许多昆虫也是如此.
有些树的叶子在晚上关闭,在日出时打开,并在中午之前完全展开.许多生物的生理过程遵循一天中的时间,没有外部提示.而且我们知道,所有生物都会根据隐藏线索来适应日光的季节性变化.
我们是从反馈回路系统构建的一堆时钟,该系统通过具有相对较短半衰期的特定基因表达来运行.从本质上和普遍性而言,该循环的行为如下:A分子的数量增加,达到创建B分子(具有相对较短的半衰期)的阈值,从而又关闭了A分子的生产. >
细胞核中的一个基因转录mRNA分子,该分子迁移到细胞质中,为核糖体(蛋白质车间)提供信息,以构建稳定和不稳定的蛋白质分子.稳定的蛋白质在细胞质中积累.随着夜晚的继续,大约在午夜时分,蛋白质水平会累积到一个阈值,当它们进入细胞核并开始抑制基因指令的转录,并在不久之后完全关闭蛋白质的构建.早晨,随着太阳升起,蛋白质分解,并在几个小时后消失.随着蛋白质从细胞核中消失,该基因打开以重新开始转录,因此大约24小时循环的循环再次开始.无限期地进行下去.
振荡频率完全受蛋白质在细胞质中积累的速率,整个阈值蛋白质组移动到细胞核的速率以及蛋白质在细胞核中一次分解的速率控制.这些速率相匹配,以提供一个完整的24小时循环,并通过从视网膜到视交叉上核(SCN)的光信息进行同步,SCN扮演着主要的昼夜节律性角色.
位于身体中央深处的细胞维持着蛋白质积聚和分解的振荡频率,该频率由指导SCN中起搏器时钟的同一反馈回路驱动.该起搏器间接检测到眼睛发出的光和暗的神经信号,从而在通过睡眠-觉醒周期来调节人体的昼夜节律活动中发挥重要作用.因此,整个人体时钟系统既涉及大脑中的SCN,也涉及几乎嵌入人体每个细胞的数万亿个外围时钟.
内部时钟系统与愉悦刺激之间的联系
人类的性情和意志坚强,可以蔑视他们较弱但持久的生化控制.
正如我在上一篇文章“睡眠和生物节律"中所指出的那样,SCN位于松果体的附近,松果体是一种分泌器官,晚上会产生褪黑激素,褪黑激素是一种化学降低体温并引起嗜睡的激素. .当预期获得愉悦的回报时,SCN也可疑地靠近另一个释放神经递质多巴胺的核.伏伏核(NAc)位于大脑区域,该区域接收并整合调节可疑身体伤害行为的情绪/动机信号.
那么内部时钟系统与愉悦刺激之间是否有任何联系,多巴胺的分泌会增强这种刺激?
整个伏伏核都有一个核(NAcc核)和一个壳(NAcSh).我们知道壳在通过多巴胺释放的认知过程中的愉悦刺激和强化中发挥作用.因此,它在狂饮中起一定作用也就不足为奇了.剩下的问题是,NAcSh中的特定基因(CLOCK基因)是否与暴饮暴食有关.如果是这样,将来的治疗情况将是光明的.
最近的研究结果
从最近对小鼠的研究来看,有充分的证据证明过量饮酒的行为与NAcSh中昼夜节律的CLOCK基因控制之间存在联系.
哥伦比亚密苏里大学的Mahesh Thakkar和他的团队正在通过分子,生化和行为方法对小鼠研究NAcSh和SCN中的CLOCK基因.他们将NAcSh与负责调节各种身体节律(例如睡眠)的人体昼夜节律系统联系起来.
在分子水平上,有一个昼夜节律的振荡器,特定的细胞群像昼夜节律的机制一样,作为昼夜节律的振荡器一起工作,以使更大的身心系统在日常节律中发挥作用.因此,睡眠中断,判断力受损和饮酒问题之间也可能存在联系.它为治疗睡眠呼吸暂停和失眠提供了方便.
CLOCK基因发挥作用.这些基因可以循环在反馈回路中产生的信使RNA的数量,首先形成然后终止根据该基因的指令制成的蛋白质.目前的发现是,NAcSh中CLOCK基因活性的降低大大降低了暴饮酒,这表明NAcSh中的昼夜节律基因与实验室小鼠的暴饮酒之间存在因果关系.因此,昼夜节律基因在人类暴饮暴食中起着至关重要的作用.
证据表明,CLOCK基因的遗传变异与滥用酒精密切相关.在CLOCK基因的生物年代学研究的每个新阶段,我们都将了解NAc和SCN这两个核之间的更多联系,从而更多地了解一些最主要的神经解剖结构,这些结构调节动力,正增强,成瘾和条件性刺激.计时生物学为解决一些最难解决的健康并发症(暴饮暴食就是其中之一)开辟了新的领域和方法.
由于酗酒是导致超过半数与酒精有关的死亡的原因,因此CLOCK基因连接可能是帮助过度饮酒的关键.
©2020 Joseph Mazur
参考
Joseph Mazur, The Clock Mirage ,(纽黑文:耶鲁大学出版社,2020年)189-195.
https://nautil.us/issue/83/intelligence/how-your-body-知道什么时间了
Rishi Sharma,Pradeep Sahoto,Mahesh M. Thakkar,“单次暴饮酒会导致睡眠障碍,破坏睡眠稳态,并下调平衡核苷转运蛋白,1". 146,第3期(2018年8月):304-321.
https://doi.org/10.1111/acer.14549
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