張家慶

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2017年10月2日，2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉，3位美國科學(xué)家杰弗里·霍爾（Jeffrey C. Hall）、邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）和邁克爾·楊（Michael W Young）因“發(fā)現(xiàn)了調(diào)控晝夜節(jié)律的分子機制”而獲獎。

獲獎?wù)呃霉壸鳛槟Ｊ缴铮蛛x出幾種能夠控制日常生物節(jié)律的基因，分別命名為“周期”“無時”“雙時”等，用這些基因編碼出的相應(yīng)的一些蛋白，會在夜間不斷累積，然后在白天又發(fā)生分解。此外，他們還發(fā)現(xiàn)這種生物節(jié)律過程中的其他相關(guān)蛋白成分，從而揭示細胞管理這種自我維持運行的機制?，F(xiàn)在已知，包括人類在內(nèi)的其他多細胞生命體的生物鐘都有同樣的運行機制。

憑借著非同尋常的精密性，生物鐘讓人們的身體適應(yīng)了每一天的各種變化：它負責(zé)調(diào)節(jié)身體各種重要功能，如行為舉止、攝食、睡眠、激素釋放、血壓、體溫以及新陳代謝等。當(dāng)外部環(huán)境與生物鐘發(fā)生短暫沖突時，人的健康會受到影響，比如當(dāng)我們坐飛機跨越多個時區(qū)，便會出現(xiàn)時差倒不過來的情況。此外，如果生活方式與生物鐘要求的節(jié)律產(chǎn)生慢性不協(xié)調(diào)，則會導(dǎo)致各種疾病的出現(xiàn)，如失眠癥等。

2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者

人體里什么地方有“鐘”？讓我們先從內(nèi)分泌激素定時分泌講起。這個激素指的是廣義的各種激素，不是僅指能引起發(fā)胖的強的松之類的腎上腺皮質(zhì)激素。體內(nèi)的腎上腺皮質(zhì)激素主要是皮質(zhì)醇，有非常重要的生理功能，每個人早上起來精神煥發(fā)可以很好地工作，靠的就是它。

皮質(zhì)醇是什么時候分泌的呢？上午、下午和夜里的分泌量都一樣嗎？它是否受陽光的影響？對這些問題，20世紀(jì)中葉就有科學(xué)家進行了研究。

研究者把健康的志愿者安置在地下室里，地下室的房間里沒有任何可以指示時間的物品，如鐘表、收音機、電視、電話等。被測試者可以在室內(nèi)聽音樂、看書、走動等自由活動，餓了可以讓另外一室的人送飯進來，疲倦了就自行上床睡覺。被測試者手臂靜脈上一直保留一根導(dǎo)管連通到隔壁，研究者可定時抽一次血（被測試者感覺不到）以測定激素水平。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被測試者在沒有陽光和鐘表等條件下，基本上和平常生活中的人一樣，體內(nèi)皮質(zhì)醇分泌水平仍然是早上最高、下午和晚上最低。因此，明確了人體內(nèi)有一種內(nèi)在發(fā)生的生物鐘，大致與地球自轉(zhuǎn)一圈的時間相當(dāng)（24小時），以后稱這種自發(fā)的節(jié)律為“周日節(jié)律”。這個名詞（Circadian Rhythm）是從拉丁文“circa”（周圍、大約）和“diem”（天、日）兩個詞根合成的。之后還發(fā)現(xiàn)了每周、每月（如女性的月經(jīng)）、每季、每年（如某些動物的冬眠）的自然節(jié)律，這些都是指內(nèi)源產(chǎn)生的。如果單純因環(huán)境或其他因素產(chǎn)生的節(jié)律并不是生物鐘，但生物鐘可以因環(huán)境改變而逐漸變動。所以從嚴(yán)格意義上講，晝夜節(jié)律不等于周日節(jié)律，因為前者是受光線影響的，如松果體產(chǎn)生的褪黑素多少就與光線直接有關(guān)。不過外界環(huán)境可以影響并改變周日節(jié)律。

最早的周日節(jié)律記載大約在公元前4世紀(jì)，當(dāng)時就有人觀察到羅望子樹的葉子有日夜不同的變化。我國古籍記載，13世紀(jì)就有古人根據(jù)周日節(jié)律、月份、季節(jié)不同來調(diào)整針灸穴位的做法。后來有位法國天文學(xué)家，因為看到含羞草葉子白天張開晚上閉合，他就想“如果沒有陽光將會如何？”他就把含羞草24小時都放在黑暗處，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)于白天的時間，即便沒有光線，含羞草的葉子仍然張開。這就證明了它有生物鐘，而且是內(nèi)源性的。

健康睡眠的重要性

人體皮質(zhì)醇分泌在早晨是高峰，按道理做夜班工作時，正值皮質(zhì)醇分泌低值，工作效率當(dāng)然不高。但是經(jīng)過周圍環(huán)境影響，大約1周時間，皮質(zhì)醇可以逐漸改變?yōu)橥砩鲜欠置诟叻澹赃m應(yīng)夜間需要精神高度集中的工作。因此，從內(nèi)分泌學(xué)角度來說，每月一次白班/夜班輪換，比隔天一次白班/夜班輪換對身體健康更好。貨車司機、報紙編輯、便利店營業(yè)員、護士等需要長期上夜班的人，他們的皮質(zhì)醇分泌高峰一直在傍晚。周日節(jié)律紊亂，可引起失眠癥、高血壓等疾患。

2017年3位諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者的成就，明確了體內(nèi)幾種有關(guān)生物鐘的基因，由此而產(chǎn)生的相應(yīng)蛋白在細胞內(nèi)形成一個自動的產(chǎn)生-抑制的循環(huán)。將來科學(xué)家對這些基因和蛋白的進一步研究，有可能研制出相應(yīng)的新藥，人們就可調(diào)控這些周日節(jié)律。最直接的可以有效治療失眠癥、飛行時差等疾患，疲勞駕駛等也會減少，戰(zhàn)爭時期更對軍人長時間作戰(zhàn)有一定幫助。

生物節(jié)律研究雖是基礎(chǔ)研究，但與臨床醫(yī)學(xué)密切相關(guān)。這個研究也提示人們——健康睡眠的重要性。當(dāng)我們的生活方式總是與身體內(nèi)部的生物鐘作對時，患上各類疾病的風(fēng)險就可能大大增加！