糖皮质激素在生物钟时间调控中的功能及其分子信号通路研究

Glucocorticoids play an important role in maintaining homeostasis and metabolism regulation. Rhythmic production and secretion of glucocorticoids are mainly under the control of a circadian pacemaker SCN, which fulfill the signal transmission from SCN to peripheral clocks and prevent internal circadian disorder. However, the effect of glucocorticoids on the peripheral circadian resetting after jet lag has seldom been assessed. Therefore, the present study is designed to explore the effect and mechanism of glucocorticoids on the peripheral clocks in rats, which is based on the results obtained in our previous study in the effects of glucocorticoids on the hepatic clock. We will try to find the glucocorticoids responsive clock genes and the relevant downstream rhythmic genes by real-time PCR, western blot, and gene chip analysis. As a result, we will achieve a relevant map between the glucocorticoids and peripheral clocks. Furthermore, the glucocorticoids pathways from clock genes to downstream rhythmic genes will be clarified by using IPA analysis. These results will contribute to build a new jet lag regulation theory based on the glucocorticoids and peripheral clocks.

糖皮质激素在调控机体内稳态、物质代谢等方面发挥着重要的生理功能。近年研究表明，该激素的节律性分泌主要受生物钟母钟控制，它能将母钟的时间信号传递给子钟调控子钟的时间，防止机体内环境的生物钟时间"错点"。然而在时差反应等生物钟失常的情况下利用糖皮质激素调控外周生物钟时间同步的研究却是罕有报道。为此，本项目将在申请人参与的前个国家基金（研究糖皮质激素对肝脏生物钟调控作用）的基础上，进一步通过由点及面的思路对糖皮质激素调控外周生物钟群及其分子机理做进一步的研究工作。运用荧光定量PCR、Western Blot、LCMS等技术，构建血液糖皮质激素水平和体内各个外周生物钟时间的相关性图谱，探明不同时间的糖皮质激素刺激对各个外周生物钟基因表达和时差适应能力的影响，并进一步通过基因芯片技术全面分析不同组织下游各个代谢通路的应答情况，为建立一套新的基于糖皮质激素和外周生物钟的时差反应调控理论奠定基。

糖皮质激素是由肾上腺皮质分泌的一类甾体激素，在调控机体内稳态、物质代谢等方面发挥着重要的生理功能，并广泛应用于临床，但是长期使用该类药物会引起一系列毒副作用，对于糖皮质激素类药物的使用进行时间药理学研究的重要性和必要性已经不言而喻。近年研究表明，糖皮质激素的节律性分泌主要受生物钟母钟控制，它既是体内母钟的时间输出信号，又能将母钟的时间信号传递给子钟，调控子钟的时间，促进母钟与子钟时间同步，具有防止机体内环境生物钟时间“错点”的功能。然而有关时差反应中利用糖皮质激素调控外周生物钟时间同步的研究却是罕有报道。因此，本项目首先研究了正常情况下雄性Wistar大鼠体内糖皮质激素的分泌节律，在此基础上探索不同时间的外源性糖皮质激素刺激对肝脏和心脏等外周生物钟基因以及肝脏中糖代谢相关基因表达水平的影响，最后在人为时差条件下研究了不同时间激素刺激对外周生物钟的时差适应能力的影响。. 研究表明：正常情况下，糖皮质激素不是机体维持节律所必需的，但缺少糖皮质激素会引起各外周生物钟基因以及肝脏中糖代谢相关基因的振幅下降。糖皮质激素刺激可以在短时间内显著改变外周生物钟基因以及肝脏中糖代谢基因表达水平的变化，调控作用具有组织和基因特异性，此外一天不同时间的激素刺激对生物钟基因和糖代谢基因的表达调控效果也不相同。连续7天的糖皮质激素刺激可以有效改变各外周生物钟基因和肝脏中糖代谢基因的表达时相，在糖皮质激素分泌的峰值时间刺激可以引起生物钟基因表达时相的后移，在分泌的谷值时间刺激可以引起时相的前移，而在分泌的峰谷间期刺激可以维持生物钟的相对稳定。结合时间药理学的相关原理，在这个时间点用药引起的相关毒副作用可能也是最小的，是比较合理的用药时间。. 在人为的时差条件下，不同时间的糖皮质激素刺激可以有效改变外周生物钟适应时差的能力，在糖皮质激素新的预期分泌峰值时间点注射糖皮质激素可以加速外周生物钟的重置速度，而在其新的预期分泌谷值时间注射会使外周生物钟的重置速度减慢。糖皮质激素对时差反应中的行为活动节律变化也有显著影响，通过改变糖皮质激素的刺激时间，可以加快或减慢昼夜活动比的恢复速度。因此，通过改变糖皮质激素的节律即选择性的抑制或促进糖皮质激素的合成来调控机体生理节律，以达到减轻时差反应的效果，在将来可能由于其较小副作用而成为一个倍受青睐的减轻时差反应的方法。