环境时间信号和内部生物节律信号对大鼠肝脏生物钟及其相关代谢功能调控的研究

生物钟是生物体固有的，主要起调控生物体生理节律功能的内部时控装置。生物钟的长期紊乱容易引发代谢紊乱、冠心病、高血压等多种疾病。近年研究表明，食物信号是环境中除了光信号之外最有效的生物钟外部授时信号，而肾上腺糖皮质激素在生物体内部时间节律调控方面发挥着重要的作用。然而两者在生物钟信号调控方面的关联至今未有报道。为此，本项目将以实验大鼠为动物模型，以外部环境时间信号（食物信号）以及生物体内部的时间信号（糖皮质激素）对肝脏生物钟系统的调控作用为研究目标，运用荧光定量PCR和基因芯片等技术探索这两种时间信号对肝脏生物钟的调控机制，并在此基础上应用Ingenuity Pathway Analysis (IPA)方法对差异表达基因进行分析以阐明肝脏中食物信号调控的代谢通路与糖皮质激素主导的外周生物节律的相关性。研究结果将为从生物钟紊乱的角度进一步预防和治疗各种代谢相关疾病提供理论依据。

本项目以实验大鼠为动物模型，运用荧光定量PCR和基因芯片等技术评价了外部环境时间信号（食物信号）以及生物体内部的时间信号（糖皮质激素）对大鼠肝脏等外周生物钟的调控机制及其相关性，取得了以下的研究成果。（1）食物信号是肝脏等外周生物钟时间的主要调控因子，但不同外周组织对食物信号的应答机制存在显著差异。首先，肝脏生物钟基因对于食物信号最为敏感，并且Per2是众多核心生物钟基因中受食物信号诱导表达反应最快的一个，它的表达时相很可能决定了整个肝脏生物钟的时相重置的速度，而心脏和肾脏生物钟对食物信号应答速度明显减慢，其相关生物钟基因的应答机制完全不同。其次，每天的第一次用餐时间和比例决定了外周生物钟的表达时相，其在维持机体的生理节律方面至关重要。（2）在正常情况下，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，不同时间的糖皮质激素刺激，不仅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，而且可以调控外周生物钟适应时差的能力，因此通过改变糖皮质激素的刺激时间，可以加快或减慢生理节律的波动速度，从而选择性的抑制或促进相关生理机能正常运行。（3）食物信号和糖皮质激素刺激对肝脏等外周生物钟的调控在不同的时间进行会产生不同的协同或者拮抗效应。通过进一步基因芯片分析，我们发现肝脏中存在对这两种信号共应答的基因，对这些基因应答机制的深入研究将能判明肝脏生物钟对两种信号调控的协同和拮抗效应提供理论依据。总之，通过以上项目的研究，我们取得了一定的研究进展，相关研究成果已分别在Am J Physiol-Endoc M(IF4.746)、Am J Physiol-Reg (IF3.336)、Chronobiol Int (IF4.028)-2篇、J Exp Biol (IF2.996)、Mol Biol Rep (IF2.929)和Physiol Res(IF1.555)上发表SCI论文7篇以及在国内核心期刊中国细胞生物学学报上2篇、生命科学1篇、新医学1篇，共计11篇。