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PNAS:研究揭示轮班工作如何扰乱机体代谢

原标题:PNAS:研究揭示轮班工作如何扰乱机体代谢

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上夜班或按其他非标准工作时间表工作会增加你的肥胖和发展成糖尿病及其他代谢紊乱的风险,最后也会增加心脏疾病、卒中和癌症风险。

虽然发生这种情况的确切原因还不清楚,但是一项由美国华盛顿州立大学进行的新研究使科学家们离答案更近了一步。

之前大家认为,轮班工作者的代谢紊乱主要是由大脑的"主时钟""驱动的,它通常能保持我们的身体处于昼夜循环中,并利用光信号来同步身体各器官和组织的节律。然而最近在线发表在PNAS期刊上的这项研究打消了这种观念。该研究表明,在肝脏、肠道和胰腺中各自的生物钟有它们自己的想法。

华盛顿州立大学的团队和英国萨里大学的同事一起从健康的志愿者身上收集了血液样本,收集时这些志愿者刚刚完成模拟的日间工作或模拟的夜班工作。研究者们分析了血液样本中的代谢产物--即消化和一些细胞、器官中的其它代谢过程中化学反应的产物,比如食物分子的分解和氧化。他们发现,当进行夜班工作时,与消化系统相关的代谢产物的24小时节律已经移动了整整12小时,即使这些参与者的大脑中的主生物钟只移动了约2小时。

消化器官中的生物钟

"没人知道人们的消化器官中的生物钟会如此彻底和快速地随着轮班工作的作息而改变,即使大脑中的主生物钟能适应这种作息,"该文章的共同高级作者、华盛顿州立大学睡眠与表现研究中心主任、Elson S. Floyd 医学院教授Hans Van Dongen说。"结果就是,轮班工作者身体里的一些生物信号认为现在是白天的同时,其它信号则认为现在是晚上,这将导致代谢被打乱。"

Van Dongen说,下一步是要查明,这种发生了时间位移的代谢物节律是被轮班工作者的睡眠/清醒作息改变,还是被变化的进食时间表所改变的,或是两者共同改变的结果。一旦明确了这一点,科学家就可以尝试着精确地指出潜在的细胞和/或激素进程,这将为轮班工作者的大脑和身体生物钟带来新的治疗措施来防止对健康产生长期的消极影响。

长期健康后果

该团队的工作也会影响到关于轮班工作者容易患上的一些其它慢性疾病的研究,包括慢性肾疾病和乳腺唉、前列腺癌和皮肤癌。

"我们相信我们的研究首次揭示了轮班工作和慢性肾病之间的联系的机制,"共同作者、华盛顿州州立大学药学院副教授Shobhan Gaddameedhi说。他表示,在模拟夜班工作组中,两种通常与慢性肾病相关联的代谢物--色氨酸和犬尿氨酸的节律被改变了。

然而,作为一名癌症生物学家,Gaddameedhi首先想要揭开轮班工作与癌症之间的联系。"也许轮班工作者的代谢变化会关系到日后癌症发生相关细胞进程的改变," Gaddameedhi说。"一旦我们理解了那些细胞进程,我们就可以潜在地鉴定出所涉及的基因,并使用我们所了解的信息来寻找预防轮班工作者患癌症的方法。"

用于研究节律的代谢组学

这项研究包含了14名参与者,每个人都在华盛顿州立大学健康科学学院思波坎校区的睡眠实验室度过了七天。首先,一半的人进行了三天的模拟夜班作息,与此同时剩下的人进行了三天的模拟日班作息。然后,在他们均完成模拟轮班工作后,所有的参与者都进行一个固定日程,用于研究人体内不依赖任何外在影响的内在生物节律。在这个日程期间,他们以一个半蜷曲的姿势保持24小时的清醒。他们每个小时会收到完全相同的点心,并被置于恒定的光照和室温中。研究人员每三个小时提取一次他们的血液样本。

研究者们在萨里大学代谢组学核心设施上对血液样本进行分析,研究了132种与代谢和消化系统系统相关的不同代谢物。文章的第一作者、萨里大学的神经内分泌学教授Debra Skene说:"有27个代谢物在模拟的夜班和日班作息中都遵循24小时节律。其中,有24个在模拟夜班作息中出现了戏剧性的12小时的节律位移,而这是在日班工作作息中未被观察到的。这表明,只需三天的夜班作息就可潜在地扰乱代谢。若能精确指出被扰乱的代谢途径,则会帮助阐明轮班工作和代谢紊乱之间联系的潜在机制。"

Debra J. Skene el al., "Separation of circadian- and behavior-driven metabolite rhythms in humans provides a window on peripheral oscillators and metabolism," PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1801183115

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