Science+Cell子刊：大腦生物鐘和外周生物鐘之間的同步，可預防衰老

　　日升月落，晨昏交替，這些自然節律深刻影響著地球生命，形成了晝夜節律，即俗稱的生物鐘。生物鐘最早于1970年代發現，是生物為了適應地球自轉產生的晝夜更替而形成的一種節律性生命活動，這個無形的“時鐘”精密地調控著人體細胞的生物時間，使細胞功能與環境的日常變化同步，發揮著至關重要的生理功能。

　　值得一提的是，人體的生物鐘并不只有一個。近日，西班牙龐培法布拉大學（UPF）和巴塞羅那生物醫學研究所（IRB Barcelona）的科學家們在 Science 和 Cell Stem Cell 期刊上同時發表兩篇互補的研究論文。

　　這兩項研究共同揭示了中樞生物鐘/外周生物鐘的同步和協調作用，以調節皮膚和肌肉的每日活動。兩個生物鐘（中樞和外周）之間的協同作用保證了50%的組織晝夜節律功能，包括細胞周期、DNA修復、線粒體活性和代謝等重要過程。

　　不僅如此，中樞生物鐘和外周生物鐘之間的協同作用可以防止肌肉衰老并改善肌肉功能，提示了通過晝夜節律調節來解決年齡相關身體功能衰退的新策略。

　　人體的神經系統分為中樞神經系統（大腦和脊髓）和周圍神經系統。與此相類似，大腦中存在一個中樞生物鐘調節人體的晝夜節律，該生物鐘與不同組織中的外周生物鐘通訊，影響許多生理功能，包括睡眠模式、食物消化等等。

　　因此，探究中樞生物鐘和外周生物鐘之間如何同步和協調，可以更深入地揭示生物鐘、中樞神經系統和組織細胞之間的協同作用，以及生物鐘如何確保組織的正常功能以及預防與衰老相關的功能衰退過程。

　　在發表于 Science 的研究中，研究團隊首先發現缺乏生物鐘成分Bmal1的小鼠不僅表現出節律紊亂，還表現出過早衰老和肌肉萎縮。為了探索大腦中樞時鐘和外周時鐘在肌肉中的具體作用，研究團隊通過在大腦、骨骼肌中靶向表達Bmal1來恢復生物鐘功能。

　　研究團隊觀察到，在小鼠模型中，恢復晝夜節律可以減少肌肉質量和力量的損失，從而改善因衰老而逐漸退化的運動功能。其中，同時恢復中樞生物鐘和外周生物鐘的小鼠改善程度最佳。這證實了大腦與肌肉之間的生物鐘交流，并且大腦的中樞生物鐘與肌肉的外周生物鐘之間的同步對于維持日常肌肉功能和防止肌肉組織過早衰老至關重要。

　　研究結果還表明，限時進食（TRF），這是一種把進食時間限制在一天特定時間窗口內（6-12小時）的飲食模式，可以部分取代中樞生物鐘，增強肌肉生物鐘的自主性。更重要的是，通過限時進食恢復晝夜節律可以減輕老年小鼠的肌肉力量、代謝能力和運動功能的退化。這一發現對開發針對肌肉衰老的療法和提高老年人身體機能具有重要意義。

　　進食-禁食節律可以防止與年齡相關的生理晝夜節律重編程，并恢復肌肉功能障礙

　　在發表于 Cell Stem Cell 的研究中，研究團隊構建了一個僅包含兩個節點的小鼠最小生物鐘相互作用網絡——表皮外周生物鐘和大腦中樞生物鐘。通過對這種孤立連接的生物鐘網絡的轉錄組學和功能表征，研究探索確定了外周生物鐘在系統輸入方面的守門人功能。

　　研究團隊證明皮膚組織的外周生物鐘可以整合甚至顛覆來自大腦中樞生物鐘的信號，以確保表皮組織的正常生物節律。這一協調作用在皮膚組織的日常生理機能方面起著關鍵作用——通過整合大腦信號，有時修改它們，以此確保了皮膚的正常運作。

　　令人驚訝的是，在沒有外周生物鐘的情況下，中樞生物鐘可以維持皮膚組織的晝夜節律，但這一節律與正常節律恰恰相反！例如，研究團隊觀察到，如果只受中樞生物鐘的調節，皮膚細胞的DNA復制將發生在白天，這將增加積累突變的風險，因為在白天皮膚很容易暴露于紫外線輻射。

　　這一現象凸顯了外周生物鐘的重要性，它不僅僅接收來自協調整個生物體節律的中樞生物鐘信號，還會根據所在組織的特定需要調整或修改這些信號。此外，這項工作還描述了外周生物鐘具有顯著的“自治能力”，它可以在沒有中樞生物鐘的情況下維持24小時周期并管理大約15%的晝夜節律功能。

　　大腦中樞生物鐘通訊確保在持續的黑暗中強健的日常表皮生理活動

　　總的來說，Science 研究揭示了中樞生物鐘和外周生物鐘的同步，Cell Stem Cell 研究揭示了中樞生物鐘和外周生物鐘的協調。這兩項研究揭示了共同的生物鐘機制，強調了中樞生物鐘與外周生物鐘的協同作用對維持肌肉和皮膚的正常功能具有關鍵作用。

　　這兩項研究還表明，只需要兩個生物鐘（一個是中樞生物鐘，另一個是外周生物鐘）之間的最小相互作用，就能保持肌肉和皮膚等組織的最佳功能，避免它們的退化和衰老。據悉，研究團隊計劃下一步確定參與這種相互作用的信號因子，以促進相關治療應用的開發。