諾獎授予生物鐘研究者,專家:相關基因找到了,藥物尚在研發

2021-01-17 澎湃新聞

嘀嗒，嘀嗒，嘀嗒⋯⋯

人類社會經濟與文明的發展依賴于越來越精密的計時工具——鐘錶，在人體內的每個細胞中，也有一個計時器在時時刻刻地嘀嗒著——生物鐘。

乘坐航班飛越太平洋，從美洲回到亞洲的旅行者經常要面對一個窘境——倒時差。其背後就是生物鐘在搗鬼。

中國科學院神經科學研究所研究員嚴軍告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），生物鐘強大到幾乎影響了人類的每一個生理活動，包括認知功能和肥胖。美國科學家傑弗理•霍爾等人發現了這個時鐘上的第一個齒輪。現在已經有很多個齒輪被發現，但怎麼調這個鐘，藥物還在艱難研發中。

10月2日下午，2017年諾貝爾獎中的生理醫學獎率先頒出，三位美國科學家傑弗理•霍爾（Jeffrey C. Hall）、麥可•羅斯巴殊（Michael Rosbash）和麥可•楊（Michael W. Young）榮獲這一殊榮。他們的貢獻是率先發現了控制晝夜節律的分子機制。

晝夜節律有多重要，三位科學家的研究有哪些獨特之處，未來還有哪些問題要解決？

為了回答這些疑問，澎湃新聞專訪了致力於晝夜節律基因調控網絡研究的中國科學院神經科學研究所研究員嚴軍。

晝夜節律是眾多類型的生物節律行為之一

10月2日晚，嚴軍告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），晝夜節律是一個24小時生物鐘，特指植物、動物等以24小時為周期出現的規律行為。比如，人類在白天和黑夜就表現出截然不同的行為特徵：清醒VS睡眠，運動量改變，血壓、體溫和胰島素分泌發生變化。

除了晝夜節律，生物還有其他多種類型的生物節律行為，比如年輕女性每個月的生理周期（28天左右）、候鳥每年的遷徙行為等。

只要是在陽光下生活的植物、動物，幾乎都存在晝夜節律行為。

地球自轉造成晨昏交替。在漫長的進化過程中，生物體為應對日出日落，產生了不同的生存策略，比如晝伏夜出，或晝出夜伏等。這些「24小時制」的生存策略，在漫長的進化過程中，已被深深地鐫刻在人類和其他生物的基因中，成為生物鐘。

根據生存策略的不同，很多生物被分為晝行性或夜行性生物。人類是典型的晝行性生物，而小鼠是夜行性動物。

生物鐘強大到影響人類幾乎所有的生理活動。比如在正常情況下，人們受生物鐘的調控，在夜間的能量消耗很少，攝食也很少。而一些晝夜節律紊亂患者，在夜間也大量進食，能量過剩，導致肥胖。晝夜節律的失常、紊亂，還可能導致患者睡眠障礙、認知功能的變化，甚至精神失常。

Per基因等陸續被發現

嚴軍說，晝夜節律行為是最基本的生物學現象，雖然早已被發現，但科學家一直不敢相信這一複雜的生命活動背後，有對應的基因存在，或者受到基因的支配。直到1971年，美國科學家西摩•本哲（Seymour Benzer）等人發現果蠅突變體有晝夜節律異常行為。1984年，在激烈的競爭中，前述三位科學家帶領的研究團隊率先找到了第一個顯著影響生物晝夜節律的基因——per基因（period）。這一重要發現鼓舞了更多科學家投身該領域。

目前，人們在哺乳動物中已發現十多個控制晝夜節律的基因，如Bmal1、Clock等基因。其中，在人體內有三個per基因（Per1，Per2，Per3）被發現。晝夜節律的分子機制現在已經相對清楚，幾乎所有的相關基因都已被找到。

研究人員發現，在晝夜節律基因的調控中，一個典型的模式是負反饋調控。比如最簡單的A和B雙基因調控，A促進B的表達，但B抑制A的表達。它們就可以形成一種負反饋調控，此消彼長，形成振蕩。

研究人員還曾在美國發現一個特別的家族。這個家族的成員每到晚上七點左右，就開始變得昏昏欲睡，比其他人更早上床休息，而他們起床也比一般人要早很多。基因檢測顯示，他們家族成員的一個晝夜節律基因（Per2）發生了突變。

相關藥物尚在研發中

嚴軍表示，三位獲得諾獎的科學家雖然率先發現了per基因，但他們沒有解決「包括per在內的生物鐘基因如何調控細胞、組織、器官的節律生理活動」的問題。

根據目前的研究進展，學術界普遍認為，人類大腦中的SCN（視交叉上核）區域對生物鐘的調控發揮了重要作用。光線進入人的眼睛中，通過感光通路，將光信號傳入大腦的SCN等區域，經過整合處理，產生一致的節律活動，再經過神經環路，以神經電信號、激素等形式，將節律信號傳遞給其它大腦區域和肝臟、胰腺等組織器官。組成這些器官的細胞中的生物鐘基因，根據信號分子的指令，開始施展拳腳。細胞間隨即開始一場生物節律的大合唱。

目前越來越多調控晝夜節律的基因被發現，但它們如何接收外界信號，以及如何相互配合，還有待研究。已經上市的調控人類晝夜節律相關的產品還很少，相關藥物正在艱難地研發和測試中。

嚴軍表示，三位獲獎者的研究工作非常重要，但作為先驅，西摩•本哲也應該獲獎。非常可惜的是，西摩•本哲已於2007年去世。

(本文來自澎湃新聞，更多原創資訊請下載「澎湃新聞」APP)

相關焦點

  • 生物鐘研究獲諾獎,長期夜班能不能改變節律基因?
    生物鐘研究獲諾獎，長期夜班能不能改變節律基因？很多年來，包括人類在內的所有生命體，都有一個內部的生物鐘，來讓他們適應晝夜變換，並找到生命的節奏。但這個這種生物鐘到底是如何工作的？上述三人的工作窺探了生物鐘的秘密，並解釋了其工作原理。他們的研究成果解釋了植物、動物以及人類是如何適應這種生物節律，並同時與地球的自轉保持同步。
  • 當紅「基因魔剪」斬獲諾獎，相關公司股價大漲但挑戰猶存
    今年的諾貝爾化學獎授予了有「基因魔剪」之稱的基因編輯技術CRISPR/Cas9。「這個基因編輯工具擁有巨大能量，會影響到我們每個人。它不僅在基礎科學領域引發了變革，還產生了很多創新性成果，並將帶來具有獨創性的新治療方法。」諾貝爾化學獎評選委員會10月7日在新聞公報中說。
  • 諾獎生理學或醫學獎今日揭曉:弗洛伊德「陪跑」該獎32次
    【諾獎生理學或醫學獎：一部「百年醫學發展史」】青黴素是誰發現的？「試管嬰兒之父」是誰？為啥老馬能識途、飛鴿可傳書？在歷年生理學或醫學獎的獲獎名單中，這些問題都能找到答案。除此之外，諾獎得主在12月的頒獎典禮上，還能獲得一枚金質獎章、一份證書以及一筆獎金。2017年，諾貝爾單個獎項的獎金為900萬瑞典克朗(約合人民幣696萬元)。被這筆巨額獎金「砸中」可不簡單。事實上，每年諾獎候選人都要經歷約一年時間「錘鍊」。從9月起，第二年的諾獎評選程序就已啟動。之後，候選人都將經過嚴格篩選、審定，以及專家審查，才能成功「晉級」。
  • 諾獎為何授予C肝病毒科學家
    當時，制約C肝藥物研發的瓶頸在於C肝病毒極難在實驗室環境下進行複製，而Charles Rice找到了C肝病毒的「共有序列」（consensus sequence），建立了高效的複製C肝病毒的細胞系。今年諾獎有兩個值得注意的變化：一是今年的諾貝爾獎獎金相比去年增加了100萬瑞典克朗，達到1000萬瑞典克朗（約合760萬人民幣）；二是將於12月舉行的傳統的頒獎典禮和晚宴因新冠疫情被取消，改為線上舉行。
  • 諾獎得主威廉 · 凱林:正參與 HIF-1 相關藥物研發
    在本論壇上，2019諾貝爾生理學或醫學獎獲得者威廉·凱林發表了希佩爾·林道症候群相關研究的演講。希佩爾·林道症候群（Von Hippel–Lindau disease，VHL症候群），是一種罕見的常染色體顯性遺傳性疾病，表現為血管母細胞瘤累及小腦、脊髓、腎臟以及視網膜，其若干病變包括腎臟血管瘤、腎細胞癌以及嗜鉻細胞瘤等。
  • 專家談諾獎:化學獎為什麼頒給了生物學工具「基因編輯」
    基因編輯技術從 2012 年發展至今，短短幾年就拿到了諾獎，速度非常快。但這也不意外，這一直都是諾獎預測裡的熱門。CRISPR 是一個普適性很高的實驗和治療工具，可以和 PCR 媲美。可以說，這個技術徹底改變了整個生物學，促進了各個學科的發展；它作為一個切割 DNA 的基礎工具，讓研究者可以對任何感興趣的基因進行編輯。
  • 「病毒獵手」張文宏解讀諾獎
    張文宏同時在電話中向記者欣喜透露：這不是人類歷史上關於病原體的重要發現首獲諾獎了，此前B肝病毒的發現、愛滋病毒的發現也獲得了諾獎。鑑於人類與新冠病毒的鏖戰還在繼續，談及這個特殊時期開出的諾獎，張文宏告訴記者，「這次諾獎的頒出再度說明感染學科領域與人類進化、人類歷史的緊密關聯，或許這是一個小學科，但可能發揮影響至深的作用，也希望更多人關心這個學科的發展。」
  • 2018年引文桂冠獎出爐,17名科學家入選「諾獎風向標」
    由於科睿唯安旗下的Web of Science平臺目前擁有著最權威的論文和引文數據，除了能給出期刊影響因子外，每年也能通過大數據分析來預測各個科學領域中，最有影響力的研究人員，將「引文桂冠獎」授予這些科研明星。這些人也很有可能是將來的諾獎得主，因此「引文桂冠獎」也被稱為「諾獎風向標」（但引文桂冠獎沒錢）。到現在為止，已有46位「引文桂冠獎」得主獲得諾貝爾獎。
  • 英找到生物鐘調整機制 倒時差痛苦或可藥物緩解
    英找到生物鐘調整機制 倒時差痛苦或可藥物緩解 最近，英國牛津大學一項新研究確認了一個限制生物鐘適應光暗轉換模式變化能力的新機制，未來據此而開發的新藥或許會幫助人們快速調整時差，進而免受時差症候群的困擾。　　地球上幾乎所有的生命都遵循著一個以24小時為周期的生物鐘規律，根據日夜轉換調整身體的各種機能和飲食規律。
  • 釋新聞|獲諾貝爾獎的生物鐘研究有啥用?軍事、體育等都需要
    每個人體內都有一個很酷的時鐘——生物鐘，它由基因和蛋白質打造的，是生物進化的禮物。它掌控著我們每天生活的節奏：什麼時候安然入睡，什麼時候精神飽滿地醒來。2017年的諾貝爾生理醫學獎在10月2日下午授予生物鐘（晝夜節律）研究領域的三位美國科學家傑弗理•霍爾、麥可•羅斯巴什、麥可•楊。
  • 醫學諾獎三人花30年研究生物鐘,武漢專家來解讀
    ，是很正常的事」，北京時間10月2日近6點，2017年諾獎中，諾貝爾生理學或醫學獎第一個發布，長江日報記者第一時間聯繫武大生科院李曉東教授時，他介紹，儘管「生物鐘」眾人皆知，但生物鐘分子機制，卻一直存在於科學前沿，長達數十年才為人類真正知曉。
  • 霍爾等3名美國科學家獲生理學或醫學諾獎:發現生物鐘機制
    控制晝夜節律的分子機制，換而言之，即生物鐘的分子機制。諾貝爾評獎委員會表示，包括人類在內的許多生物都有內在的生物鐘，但其中原理人類卻一直無法破解。獲獎者以果蠅為對象，分離出能夠控制晝夜節律的基因，並在分子層面揭示了相關蛋白質的工作機制。
  • 生物鐘都獲得諾獎了,為啥我還是不推薦你吃褪黑素?
    原標題：生物鐘都獲得諾獎了，為什麼我們還是不推薦大家吃褪黑素?2017年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了晝夜節律的分子機制。這個節律在根本上控制了所有生物的晝夜生理周期，使之和太陽得以同步，並調節了包括體溫激素在內的各種各樣的生理過程————別說這些有的沒的，你就告訴我這是不是說我失眠有救了?
  • 生物鐘被打亂,小心患癌症
    晝夜顛倒的夜貓子們注意了，長期在生物鐘被打亂的狀態裡，患癌症的機率會大大增加。生物節律（Circadian）來源於拉丁文，意思是「about a day」（大約一天）。經過在地球上億萬年的進化，人的內源性日節律——也就是生物鐘——和地球自轉周期同步，大約為24小時。生物鐘能夠追蹤時間變化並對環境產生「預知性」反應。
  • 深度解讀諾貝爾生理醫學獎——晝夜節律的調控機制
    Young就對生物鐘進行了深入研究闡明了其內在的工作機制，相關的研究發現解釋了植物、動物以及人類如何適應自身的晝夜節律，以便能夠與地球的旋轉同步。利用果蠅作為模式動物，今年的諾獎得主分離到了一種能夠控制日常正常生物節律的特殊基因，研究人員通過研究發現，這種基因能夠編碼特殊的蛋白，當處於夜晚時該蛋白能夠在細胞中進行積累，隨後在白天時就會發生降解；隨後，研究人員還鑑別出了額外的蛋白質組分，同時他們還闡明了一種能夠指導細胞內部自我維持時鐘發條（self-sustaining clockwork）的特殊機制；如今研究者通過研究其它多細胞有機體中細胞的相同原則認識到了生物鐘的關鍵功能
  • 一門兩諾獎：諾獎前同事談如何激勵從零到一的創新
    Houghton 獲得的這個諾獎成為 Chiron 公司自80年代初成立以來獲得的第二個諾獎這一技術大大促進了我們對於基因以及疾病的研究。這次新冠病毒剛剛發現，中國科學家就很快獲得了病毒基因序列，並提供給全世界研究人員用來研發抗新冠疫苗和藥物
  • 諾獎得主麥可·楊教授訪華 諾貝爾獎創新啟迪項目再度啟航
    Hall）和麥可·羅斯巴什（Michael Rosbash）因「發現調控晝夜節律的分子機制」，被共同授予諾貝爾生理學或醫學獎。三位諾獎得主以果蠅作為生物模型，分離出一個控制生物正常晝夜節律的基因，並逐步揭示了自我調節的周期機制，闡述了生物鐘的理論基礎。生物鐘涉及複雜生理機能的許多方面，能夠幫助調節睡眠模式、攝食行為、激素分泌、血壓、體溫等。
  • 諾獎得主麥可?楊教授訪問浙大
    吳朝暉表示，在全球科技和經濟協同、融合發展的背景下，諾獎科學家成為溝通高校及青年科學家的橋梁，不僅對浙大，而且對中國的科技和教育將產生重要意義。同時，網際網路科技的發展將傳播帶入一個新的時代，思考如何將諾獎科學家的思想傳播給青年科學家和大眾也十分重要。麥可·楊教授現任洛克菲勒大學學術事務副校長和遺傳學實驗室負責人。
  • 克隆猴"量產" 有望開啟藥物研發加速度
    這一次，仍然是來自中科院神經科學研究所的科研人員，他們通過基因編輯敲除「關鍵基因」的方法獲得生物鐘紊亂特徵明顯的一隻獼猴，然後採集其體細胞的細胞核，克隆出5隻遺傳背景一致的生物鐘紊亂疾病猴。目前年齡最大的已超半歲，年齡最小的也已超過3個月。為什麼要克隆容易「失眠」的猴子？科學家說，因為人類健康還有許多未解之謎亟需得到它們的幫助。
  • 克隆猴「量產」 有望開啟藥物研發「加速度」
    在嚴格遵循科研倫理的前提下，我國科學家首次得到一批用於疾病研究、遺傳背景一致的克隆疾病猴模型，按下全球藥物研發「快進鍵」。　　這一次，仍然是來自中科院神經科學研究所的科研人員，他們通過基因編輯敲除「關鍵基因」的方法獲得生物鐘紊亂特徵明顯的一隻獼猴，然後採集其體細胞的細胞核，克隆出5隻遺傳背景一致的生物鐘紊亂疾病猴。目前年齡最大的已超半歲，年齡最小的也已超過3個月。　　為什麼要克隆容易「失眠」的猴子？科學家說，因為人類健康還有許多未解之謎亟需得到它們的幫助。