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Nature:科学家揭示机体温度节律协调同步机制

Nature:科学家揭示机体温度节律协调同步机制

近 300 年来,研究人员早已知道体温可遵循 24 小时昼夜节律,在白天时达到高峰到晚上时进入低点。在进化过程中,这种控制的益处有可能是使得在睡觉时能量得以保存,因为维持体温高于周围环境温度需要体内进行代谢过程产热。而不论处在一天中的什么时候,能够适应环境温度的改变非常的重要。

但目前对于协调日常体温节律和适应环境挑战的机制并不清楚。现在宾夕法尼亚大学 Perelman 医学院糖尿病、肥胖和代谢研究所所长 Mitchell A. Lazar 博士的实验室,在《自然》(Nature)杂志上的一篇新论文中解释了,不管白天黑夜机体温度节律协调同步并维持适应环境温度改变能力的机制。

Lazar 说:“我们当今社会的食物非常丰富,大多数人都不太可能通过在晚上减少卡路里来获利。如果在人体内存在相同的机制,我们就可以安全地靶向它,我们有可能获得一种新方法来对抗肥胖,以及与它相关的疾病,如糖尿病和心脏病。”

Lazar 研究小组发现,小鼠在早上 5 点处于清醒状态时,相比下午5点睡觉之时耐受低温挑战的能力更大。研究人员发现这种从前未被认识的、对于寒冷的昼夜节律敏感性受到一种叫做 Rev-erbα 的蛋白质的控制, Rev-erbα 是机体生物钟机制的一个分子组件。

事实上,遗传操控缺失 Rev-erbα 蛋白的小鼠在一天24小时内具有相似的低温耐受能力,并丧失了生理体温昼夜节律。研究小组所有作者均表现了广泛的专业知识,其中一些人研究了棕色脂肪的生理学、实验小鼠正电子(PET)扫描放射学,基础生理学家排除了颤抖作为研究结果的一种解释机制。

该研究小组推论,Rev-erbα 充当了上调和下调体温的中心点,是建立和维持基本体温节律的必要条件,并且提供了响应环境温度不可预知的变化需求的适应能力。

棕色脂肪的作用

棕色脂肪,是机体的火炉。与白色脂肪细胞相反,棕色脂肪细胞负责为身体产热,被认为进化帮助了哺乳动物应付寒冷。而机体也有可能利用了它们的产暖作用来对抗肥胖和糖尿病。人们认为棕色脂肪细胞通过燃烧脂质中储存的过度能量对抗了肥胖,而白色脂肪细胞则储存了能量。实际上,棕色脂肪细胞包含了许多较小的脂滴,并且是线粒体量最大的细胞类型,从而使得它们变成棕色。线粒体是细胞的能量工厂,生成ATP分子形式的能量。

接触冷食的小鼠,在清晨 Rev-erbα 贫乏时比午后 Rev-erbα 充足之时表现显著更好,它们的体温下降较少。 Rev-erbα 基因缺失显著提高了下午5点时的低温耐受能力,表明对寒冷的耐受与较低的 Rev-erbα 水平有关。

更具体地说,在低温开启 UCP1 之前棕色脂肪中的 Rev-erbα 会快速下调。 Rev-erbα 以一种棕色脂肪细胞自主性方式抑制了 UCP1 ,这一效应并非通过神经系统运作,而是直接存在于棕色脂肪中。在缺失 Rev-erbα 小鼠中棕色脂肪 UCP1 水平高,即便环境温度维持不变。遗传丧失 Rev-erbα 也破坏了体温和棕色脂肪活性的正常节律。

近期对于人类棕色脂肪组织的一项研究发现表明,相同的机制有可能是人类体温日常波动的基础。尽管在进化过程中体温下降有可能具有一种生存利益,在食物缺乏时保持了能量储存,但在现代,睡眠时较低的体温,由此导致的较低的代谢和降低的储存脂肪燃烧,有可能促成了肥胖问题。了解夜晚体温降低的机制,有可能为我们提供一种在睡眠时燃烧卡路里的新方法。

原文检索:

Zachary Gerhart-Hines, Dan Feng, Matthew J. Emmett, Logan J. Everett, Emanuele Loro, Erika R. Briggs, Anne Bugge, Catherine Hou, Christine Ferrara, Patrick Seale, Daniel A. Pryma, Tejvir S. Khurana& Mitchell A. Lazar. The nuclear receptor Rev-erbα controls circadian thermogenic plasticity. Nature, 27 October 2013; doi:10.1038/nature12642

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