華科大陳莉莉團隊最新研究揭秘晚上不關燈長不高的機理

導讀：夜間暴露于人造光（LAN）可誘發肥胖，抑郁癥和骨質疏松癥，但過度暴露于LAN對組織結構的有害影響知之甚少。

4月7日，華中科技大學陳莉莉團隊在《Cell Death & Differentiation》發表了題為“Developmental growth plate cartilage formation suppressed by artificial light at night via inhibiting BMAL1-driven collagen hydroxylation”的研究論文，該研究結果證明了人工LAN可以損害發育生長板軟骨細胞外基質(ECM)的形成，并引起內質網(ER)擴張，從而損害骨的形成。過度暴露在LAN中會導致核心生物鐘蛋白BMAL1的下調，從而導致膠原蛋白在內質網中堆積。

https://www.nature.com/articles/s41418-023-01152-x

研究背景

01

夜間暴露于人造光(LAN)是一個日益嚴重的全球健康問題，困擾著世界上80%以上的人口。流行病學證據表明，暴露于人造光的輪班工人存在著代謝異常、心血管疾病和抑郁癥等風險較高問題。最近的研究表明，即使是一晚的光照也會損害人的血糖水平，增加胰島素抵抗。作為一種晝夜節律干擾因子，LAN已被證明可以改變激素的表達譜，包括褪黑素和皮質酮，這嚴重擾亂了日常代謝和晝夜節律。

盡管已經有大量的科學證據表明人工LAN對內分泌功能、生理狀況等具有各種有害影響，但LAN是否能引起實質性的器官變化仍是一個未知數。人們還注意到，暴露于人工LAN可能損害骨代謝并導致骨量損失。因此，有必要研究過量LAN對骨形成的調節作用及其潛在機制。

研究結果

02

在本研究中，我們證明了人工LAN會損害發育生長板軟骨細胞外基質（ECM）的形成并導致內質網（ER）擴張，從而損害骨的形成。過度的LAN暴露會誘發核心生物鐘蛋白BMAL1的下調，從而導致ER中的膠原蛋白積累。進一步的研究表明，BMAL1是軟骨細胞中脯氨酰4-羥化酶亞基α1（P4ha1）的直接轉錄激活劑，其協調膠原蛋白脯氨酰羥基化和分泌。LAN誘導的BMAL1下調顯著抑制脯氨酸羥基化和膠原蛋白從ER到高爾基體的轉運，從而誘導軟骨細胞中的ER應激。恢復BMAL1/P4HA1信號傳導可有效挽救人工LAN暴露誘導的發育生長板內軟骨形成的失調。

通過LAN抑制軟骨ECM形成的機制示意圖

總之，我們的研究結果表明，LAN是骨骼生長和發育的重要危險因素，并且針對增強BMAL1介導的膠原蛋白羥基化提出的新策略可能是促進骨骼生長的潛在治療方法。

人造光危害

03

2022年3月14日，美國西北大學研究團隊研究表明，對健康成年人而言，與在昏暗環境中的睡眠相比，睡眠期間中度光照一晚會增加夜間心率，降低心率變異性，并增加第二天早上的胰島素抵抗。此外，較高的交感神經平衡與胰島素水平之間的正相關關系表明，交感神經激活可能在觀察到的光誘導的胰島素敏感性變化中發揮作用。即睡眠期間暴露于中等室內光照下僅一晚就會損害血糖和心血管調節功能，從而增加心臟病、糖尿病和代謝綜合征患病風險。

2022年11月14日，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院徐瑜等人研究發現，夜間暴露于人造光，會改變人體生物鐘，影響血糖控制，從而導致糖尿病的患病風險增加28%。

2023年1月19日，中國科學技術大學生命科學與醫學部薛天教授團隊揭開了光線影響血糖調控的真相。研究發現，光線會通過一條特殊的神經環路作用于棕色脂肪組織，抑制棕色脂肪產熱，從而壓抑了機體的血糖代謝能力。這項研究解釋了人造光與代謝失調之間的關聯，由此為血糖代謝失調提供了潛在的治療與預防思路。晝夜節律導致人體在夜間的血糖代謝能力較差，結合最新研究的結論，當夜晚與光線暴露這兩個因素相疊加，會導致血糖代謝能力進一步減弱至谷底。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41418-023-01152-x