關(guān)注“生物鐘”由來已久

自然界的節(jié)律無所不在，同樣體現(xiàn)在生物系統(tǒng)中，例如花開花落的植物、晝伏夜出的動物，人的生理周期，甚至每日的心率、體溫、細(xì)胞新陳代謝等都呈現(xiàn)24小時的節(jié)律。人類關(guān)注生物鐘由來已久。17 29年法國科學(xué)家將一種白天樹葉張開，晚上合上的植物從室外搬到地窖中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在沒有光照的地窖中，樹葉依然開閉如同在室外一般。19世紀(jì)英國科學(xué)家將不同時間開放花的植物組成一個時鐘，結(jié)果每天看著花開花落就可以知道時間了?；蛟S這就是“生物鐘”的由來。

孫中生博士說，人類最熟悉也是最普遍的生物鐘莫過于日起夜睡。本世紀(jì)曾有科學(xué)家做過實驗，將人關(guān)在沒有陽光的地下室。每到吃飯的時間就去送飯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試者的生物節(jié)律每天向后漂移1～2個小時。當(dāng)不定時送飯時，這種節(jié)律更是向后漂移到27小時左右。這說明人體內(nèi)的生物鐘并非24小時，生物鐘是因人而異的，有的人喜歡晚睡晚起，他的生物鐘就大于24小時，喜歡早睡早起的人生物鐘往往小于 24小時，不完全是生活習(xí)慣使然。

那么，生物鐘是遺傳的，還是后天適應(yīng)環(huán)境獲得的？為解開這個迷，在過去50年中人類做過很多科學(xué)試驗。他們給那種樹葉晝開夜閉的植物8個小時光照，8個小時黑暗，如此循環(huán)試圖改變植物的生物節(jié)律，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，一旦回到自然環(huán)境，樹葉開閉馬上返回24小時的節(jié)律?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)在哺乳動物中，上視交叉核（SCN）是主控生物節(jié)律的，一旦被破壞，動物便玩睡無度，失去了生物節(jié)律。科學(xué)家又做了一項有趣的實驗：他們讓老鼠在15小時黑暗和15小時光照的節(jié)律中生活，繁殖了25代，當(dāng)?shù)?5代鼠輩子孫回歸地面時，它們的生物鐘也馬上返回了24小時的節(jié)律。這項實驗充分證明了生物鐘的遺傳特征。除了遺傳性，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了各種環(huán)境因素能夠調(diào)節(jié)生物鐘，其中最重要的環(huán)境因素是光線。實驗證明光周期的改變能引起生物鐘的改變，而且在24小時內(nèi)不同時段的光刺激能使生物鐘向不同的方向調(diào)節(jié)，因此生物鐘是遺傳和環(huán)境共同作用的結(jié)果。

　果蠅老鼠對研究“生物鐘”的貢獻(xiàn)

對生物鐘的研究，隨著上世紀(jì)80年代分子生物學(xué)的發(fā)展進(jìn)入收獲季節(jié)。1971年英國科學(xué)家在他研究的果蠅中發(fā)現(xiàn)了一只特殊果蠅，它的生物鐘只有21小時?？茖W(xué)家花了14年，1985年才找到了引起這個果蠅生物鐘異常的基因。這就是人類第一次發(fā)現(xiàn)與生物鐘相關(guān)的基因，這個基因命名為period——“周期”。在克隆了第一個果蠅生物鐘基因的13年內(nèi)，科學(xué)家一直試圖克隆該基因在其他物種，尤其是哺乳動物的類似基因，但一直未能成功。1997年《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，科學(xué)家通過對上萬只實驗鼠的研究，發(fā)現(xiàn)了一只實驗鼠的生物鐘周期是27小時，并定位克隆了這個核酸發(fā)生變異的基因，命名為 “時鐘”基因——ClockGene。

與此同時，孫中生博士為了克隆乳腺癌基因，正在對17號染色體基因進(jìn)行大規(guī)模的篩選。他們意外發(fā)現(xiàn)，其中有一個基因與果蠅的生物鐘基因“周期”呈現(xiàn)一定的序列類似性，因此假設(shè)該基因是果蠅“ 周期”在哺乳動物中具有同等功能的類似基因。他們馬上開始了動物實驗，證實了這一假設(shè)。經(jīng)過每3小時捕殺幾只實驗鼠，記錄下小鼠“ 周期”基因在不同器官中的表達(dá)譜，他們發(fā)現(xiàn)“周期”基因有24小時表達(dá)節(jié)律，同時該基因的表達(dá)能隨光周期的改變而變化。作為第一作者，孫中生以《日晷》為名將論文發(fā)表在1997年的《細(xì)胞》雜志上。該發(fā)現(xiàn)因揭示了生物鐘的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年十大科技突破。

　利用“生物鐘”防治疾病

人類基因圖譜顯示，人與老鼠的基因同源性高達(dá)98％～99％。解密老鼠生物鐘基因?qū)ζ平馊祟惿镧娀虻囊饬x重大。1997年，孫中生博士等著手人體驗證“周期”等生物鐘基因。有3名自愿者每兩個小時為他們捐獻(xiàn)5毫升血液，用于檢測白細(xì)胞中生物鐘基因的表達(dá)。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，生物鐘基因在人白細(xì)胞中呈現(xiàn)24小時諧振表達(dá)。這時的孫中生已是課題主持人，作為末尾署名作者，將研究成果發(fā)表在20 03年12月的《血液》雜志上。這項發(fā)現(xiàn)在世界上同樣引起了極大的轟動。

研究生物鐘有什么用？做過國際旅行的人都體會過時差反應(yīng)。其實除了睡眠，心率、血壓、體溫等體內(nèi)一切生命活動，如蛋白質(zhì)的合成或消亡都呈現(xiàn)24小時的節(jié)律。生物鐘不但存在于大腦中，而且反映在血液循環(huán)、內(nèi)分泌和各種器官功能中。各器官的生物鐘調(diào)整所需的時間不同，睡眠兩三天就可調(diào)整過來，但體內(nèi)器官及循環(huán)系統(tǒng)的生物鐘卻需要兩三周的時間調(diào)整。這就是為什么很多人在國際旅行期間會出現(xiàn)內(nèi)分泌改變的重要原因。

孫中生博士說，目前所知24小時節(jié)律大約是由11個基因控制，開展生物鐘的基礎(chǔ)科研并非要取得什么立竿見影的實用價值，但生物鐘的確與人類健康密切相關(guān)。生物鐘紊亂可以引起疲倦、精神無法集中，胃腸消化道紊亂等很多身體不良反映和疾病。長期失眠的人更會因生物鐘紊亂帶來精神或軀體的疾病。如果能了解生物鐘的工作原理，找到生物鐘在體溫、血液中的標(biāo)志，就能以此了解體內(nèi)各種代謝情況從而控制生理行為。這樣不但可以認(rèn)識和避免很多相關(guān)疾病，還可以指導(dǎo)設(shè)計最佳治療方案和服藥時間。近年科學(xué)實驗中發(fā)現(xiàn)，由于人體體溫、器官、血液、細(xì)胞等新陳代謝有24小時節(jié)律，所以很多藥物只在某段時間使用最有效。例如，腫瘤細(xì)胞分化也有節(jié)律，放療、化療只在一天中的某3～4個小時內(nèi)有效?，F(xiàn)在孫中生博士正積極籌建行為遺傳中心，并將在中國開展生物鐘的研究，他希望該研究能對提高人類生活質(zhì)量及健康有所幫助。