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时差困扰你,试试VIP

古有滴漏日晷,今有钟表手机,我们的身体也在长期演化中形成了自己的时间机器——生物钟。然而,这古老的机制并不适应现代生活中不规律的环境变化。当我们倒夜班或跨时区旅行时,生物钟需要根据光照等环境刺激调整到新的时间,也就是我们熟知的倒时差。近日,圣路易斯华盛顿大学的研究者发现,利用一种被称为VIP的小分子,可能帮助倒班工人和旅行者减轻时差感(jet-lag)。研究结果发表在《PNAS》上。

哺乳动物生物钟的核心组织是视交叉上核(SCN),这个结构只有四分之一颗米粒大小,由大约20000个神经细胞组成,每个神经元都是一个小的生物钟,一些细胞的“钟”走得快一点,一些走得慢一点。为了产生统一的昼夜节律,这些神经细胞通过血管活性肠肽(vasoactive intestinal polypeptide, VIP)进行交流,把自己的“时间”告诉其他细胞,将时间校准到一块儿。如果不能释放VIP分子或缺少VIP受体,这些细胞就会失去同步性。

“我们想要了解VIP被释放的具体时间,以及这些分子如何使细胞同步化。”赫尔佐格说。然而,赫尔佐格的一个研究生却发现,当被释放的VIP浓度超过100nM时,SCN中的神经细胞竟然会发生“去同步化”(desynchronization)。这种过程的剧烈程度取决于VIP的剂量,“当VIP的浓度很高时,细胞就好像无法看到来自周围细胞的信息一样。”

高浓度的VIP分子能减弱视交叉上核中神经细胞的昼夜节律同步性。(A)Vehicle(人造脑脊液)对照。(B)150nM VIP处理。(C)100μM VIP处理。上方光栅图表示随时间推移,来自同一SCN的20个神经细胞中生物钟蛋白PER2的表达情况。绿色:表达增多,黑色:表达减少;黄色:药物处理时间点。下方圆图表示药物处理一天前和处理一天后细胞生物钟的同步情况。蓝色点:每个细胞PER2表达达到高峰的时间。黑色箭头:PER2表达高峰的平均矢量。箭头长度反应细胞时间的同步性。图片来源:Sungwon An et al. PNAS. 2013.

 

不过,研究者随后发现VIP引起的短暂不同步并不会酿成大祸,还可能很有用处:当细胞间的同步性被较高浓度的VIP削弱之后,生物钟重调的速度反而变快了!研究者利用小鼠进行实验,通过改变光照模式令小鼠产生时差感,并测量小鼠重调生物钟、适应新时间所需要的时长。结果表明,这些相当于做了横跨8个时区旅行的小鼠,能通过注射VIP而加快适应过程。

VIP注射加速小鼠的生物钟重调。将光-暗周期前移8小时后,小鼠的自发活动节律发生相应调整。与注射人造脑脊液(Vehicle)的对照组小鼠平均需要7.8天才能将活动节律调整至与新的光暗周期一致,注射VIP的小鼠平均只需要4.5天。图片来源:Sungwon An et al. PNAS. 2013.

这种现象有些类似于通过拍打电视使闪烁的画面恢复正常。和所有细胞都同步的情形相比,节律被打乱的细胞对环境刺激更加敏感,生物钟进行重调的功能则更强。很多现代人都过着不规律的生活,因生物钟紊乱而遭受肥胖、抑郁等健康问题的困扰。尽管赫尔佐格进行的是基础研究,但VIP分子的相关应用前景无疑是广阔的。

“这是首次证实脑中已有的底物能够提高昼夜节律系统的功能。”赫尔佐格说:“我们希望能够找到诱使大脑释放VIP的手段,或是找到某些能模拟VIP效应的刺激信号。”这样的治疗手段也许能帮助跨时区旅行者、倒班工人和其他生物钟负担过重的人群更好地适应环境。当然,顺应自然时间生活是最好不过的了。

信息来源:EurekAlert!

文章题图:shutterstock友情提供

 

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发布于2013-11-06, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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