科技前沿论文-生物钟
感谢父母的英语作文-
人体生物钟与身心健康的联系及其在疾病治疗上的应用
————科技前沿论文
学号：
2009651003
班级：化工学院
09<
/p>
级生物工程一班
姓名：杨倩倩
人体生物钟与身心健康的联系及其在疾病治疗上的应用
The connections between human body
biological clock with
physical and
mental health and its application on disease
control
摘要
：
本文介绍了生物钟的现象和本质及对人体生理节律的作用，
揭示生物钟与
某些疾病如皮肤病、
心血管疾病的联系，
由
此分析如何利用生物钟治疗疾病来为
人类造福。
关键词
：生物钟；疾病；健康；治疗
Abstract
：
This
paper introduces the phenomon and the nature of
biological
clock
and
the
role
that
it
plays
on
physiological
rhythm,
reveals
different
connections
between
biological
clock
and
diseases
such
as
skin
disease,
cardiovascular disease, thus giving the
analysis of how to apply the biological
clock on treatment of diseases for the
benefit of mankind.
Key
words:
biological
clock
；
diseases
；<
/p>
health
；
treatment
1
有趣的生物钟现象
大量的研究表明地球上的生物，从单细胞生物，如细菌，到高等
生物
(
如人类
)
的生命活动均
存在着生物节律的特征，特别是近日节
律。
这些生物节律的产生
是地球生物为了适应其生存环境的周而复始
的变化
(
如地球昼夜变化、
四季变化
)
通过不断衍变进化而形成的机体
【
1
】
内固有的节律，故被称为内源性固有节律。
很多植物春季开花，秋季结果；夜行动物白天睡大觉，夜晚则四
处“狩猎”<
/p>
。决定这些生理节律的生物周期被称为“生物钟”
。阿根廷
研究人员发现，
一种蛋白质能通过参与某些生物的生长发育机制，
影
响它们的生物钟节律。
《自然》
周刊上报告说，
十字花科植物——拟南芥的生
物周期约
为
24
小时；果蝇通常白天活
动，夜晚休息。英国爱丁堡大学研究人
员发现一种基因，可引发植物夜间休眠并控制开花
。
研究人员发现一种名为
TOC1<
/p>
的蛋白质能阻止基因夜间活动，这
种蛋白质先前被认定关联帮助植
物苏醒。
2
生物钟的本质
2.1
生物钟与时钟基因
生物钟也叫生物节律、生物韵律，是指生物体随时间作周
期变化
的包括生理、
行为及形态结构等现象。
< br>生物的多种生理生化过程中都
表现出一定的昼夜节律，这种昼夜节律发生的物质基
础是分子计时
器，
又称为昼夜节律生物钟。
目前已知有很多基因参与生物钟的精密
调控过程，
即生物钟
是由一组昼夜表达的生物钟基因及其相关蛋白产
物作为特异的核心元件组成，
这种核心元件被称为生物振荡器。
简单
地讲，
生物节律形成的基本分子机制就是生物振荡器构成的转录一翻
译反馈
环路。
输入系统接受同期信号传入到振荡器，
调节相关基因表<
/p>
达
,
经转录、翻译生成相应的蛋白，当此
蛋白浓度达到一定程度时，
反馈作用于自身基因的启动部位，
使
其浓度以
24h
为周期振荡，
最后
通过输出系统
(
包括与信号输出有关的时钟
基因和一些钟控基因调节
效应器的昼夜节律。
核心生物钟基因首
先在果蝇和啮齿类动物中被确
认，是自然发生，化学诱导并靶位性变异。上世纪
80
年代中期克隆
了第一个果蝇的钟基因
(Period)
之后，
学者们相继发现了其
他的钟基
因，
并发现昼夜节律生物钟被多个钟基因编码的蛋白质
相互作用，
构
成复杂的反馈环路调节，
且广泛存在于多个物种之中。
目前研究较多
的时钟基因有：
Period
基因，
Crytochrom
e
基因，
Clock
基因和
Bmall
基因，
CKI
基因，
Rev
—
Erb
d
基因，还有
dbp
基因。
在上述生物节律
的分子机制中，时钟基因
Clock
与
Bmal1
形成
Clo
ck
／
Bmall
异二聚
体，通过与
Cry
，
Per
，
Rev
—
g
rb Q
基因启动子部位的
e
盒结合，
激
活这些基因的转录，
而形成的
Per
及
Cry
蛋白反馈抑制了基因的继续<
/p>
转录。时钟基因就是通过这种核心反馈循环来调节生物节律的产生。
2.2
生物钟系统
哺乳动物的生物钟可分为中枢生物钟和外周生物钟
【
2
】
。
中枢生物
钟位于下丘脑视交叉上核
(supra
chiasmat
icnucleus
，
SCN)
，它可
自
主产生并维持日周期节律。
光照和黑暗变化作为授时因子能重
设中枢
生物钟产生的周期节律，
而许多非光因子则不能。
外周生物钟存在于
除
SCN
< br>以外的许多组织
(
如心脏、
肝脏
、
肾脏
)
，
它
不能自主产生节律，
但可受中枢生物钟调控而产生同步节律
<
/p>
，且这种调控是通过神经、
体液因子直接或问接完成的
。所以一些非光因子如血清、激素等可
诱导外周
生物钟重设
。
< br>迄今所认知的生物钟系统包括三个负性和一个正性转录、
翻译及
< br>转录后事件环路。
反馈环路的正性因素通过
PAS
结构域，
结合于生物
钟基因的上游启动子，启
动基因转录，进而翻译产生生物钟蛋白，参
与生物钟事件。而生物钟蛋白作为负性因素，
进入细胞核，通过与正
性因素结合抑制生物钟启动子的活化，
最
终蛋白产生减少，
反馈抑制
作用减弱，完成一个循环。
3
生物钟与各类疾病及生命现象的联系
近年来，
生物钟与疾病的预防、
诊断和
治疗的联系引起了生物医
学界极大的研究热情。
在健康生理状态
下，
人体的每一生理功能都表
现出高度精密和稳定的昼夜节律。
而在病理生理状态下，
很多指标发
生了
变化。
生物钟可以使机体对外界刺激的变化预先做出准备，
以使
机体能够适应外界环境的变化，
其物质基础是生物钟基因的表达
。
生
物钟节律在很大程度上影响人类的生理和病理过程。
例如血清
IgE
是
一
种炎症标志，
在健康人体内
24h
处于
恒定水平，
但哮喘等过敏反应
患者的
I
gE
节律在下午达到高峰，
夜间处于低谷，
致使多数患者在黄
昏后发病
。心
血管疾病发作也表现出明显的昼夜节律。据统计，午
夜零时至清晨
6
时，心血管意外风险性增加
40
％
，脑卒中风险性增
加
49
％
。一些心源性猝死多发生于深夜，可能与后半夜睡眠时程增
加，血压和心率不稳有关。
血压昼夜节律波动幅度加大，会增加脑缺
氧性卒中的危险性
。此外，有研究表明，长期
上夜班的护士患乳腺
癌的发病率远远高于对照人群
，提示睡眠时间不规律、夜间光暴露
等生物节律的紊乱与乳腺癌的发病密切
相关。
生物钟控制体内绝大部分激素的分泌释放，
调节机体几乎所有的
功能。它管理机体每日活动休息，如睡眠觉醒周期、
体温波动、心输
出量、血压高低、耗氧量等。当生物钟因为各种原因发生重设时，所
导致的节律异常
(
包括位相、
节律长短、
幅度
)
将利于生
物个体的健康，
产生节律性疾病，如飞行时差反应、睡眠障碍等。
3
．
1
心
血管疾病
3.1.1
心血管疾病发生的节律性
临床工作中可以发现很多心血管疾病的发生具有昼夜节律。
如急
性心梗经常发生在清晨，一天中以
6
时
～
12
时最高，蛛网膜下腔出
血常发生
在下午，心律失常在上午
6
时～
10:
00
时发生率明显增加，
心源性猝死常发生在
< br>8
时～
11
时及
16
时～
19
时根据发病高峰
的不
同，通常将心血管疾病的节律分为
3
型：清晨高峰型
(
以急性冠脉综
合征
为代表的多数心血管疾病
)
，双高峰型
(
心源性猝死
)
，无节律型
(
缺血性心肌病、心衰等
)
【
3
】
。其中以清晨高峰型最多见也
最重要。
3.1.2
生物钟节律紊
乱对心脏的影响
倒班工作制工人的生物钟节律严重紊乱，常
常出现倒班综合征，
表现为：睡眠障碍，焦虑沮丧，激素紊乱以及心血管疾病。倒班工人
的
24 h
血压昼夜节律与正常血压昼
夜节律正好相反，表现为夜间血
压升高而日间血压较低；更重要的是，这些工人的心血管
病
(
例如心
肌梗塞发作、猝死等
)
发病率明显升高。这说明生物节律的紊乱可以
导致心血管疾病的发生。
从生物钟功能角度而言，
心脏生物钟
允许细
胞预测环境刺激的变化，
使其为预计将到来的环境刺激做
好准备，
以
提供优势选择，
当这种适应
能力受到损伤时，
心脏将不能很好的适应
外界变化，从而导致心
血管疾病发生发展。并且大量实验资料证实，
心脏疾病同样影响生物钟节律，
表现为时钟基因表达、
生理现象和生
理参数改变等
。
3
．
1.
3
血压／高血压与生物钟
血压波动
有明显的生物节律性，表现在
【
4
】<
/p>
：
(1)
短期波动：伴随
心率的变化，伴随呼吸的变化，吸气时稍低，呼吸时略高；
(2)24
小
时节律
(
近
El
节律
)
：呈现典型
“双峰一谷”杓型血压变化；
(3
）周
和月的波动：
以周为单位的血压波动与精神和身体活动有关工人的血
压表现为
1
周的中期高，周末低，女性在月经开始后血压轻
度上升；
(4)
年波动：与四季变化有关，冬季高于夏季。近日
节律是体内最强
的生物节律，正常情况下，夜间血压低，清晨
4
00
～
5
：
0
0
开始上升，
早晨
6
< br>：
00
～
8
：
00
基本上达到最高峰，之后平稳下降，在下午
16
：
。
0
～
18
：
0
。再次出现小高峰，其后逐渐下降，夜间
2
：
00~3:00
处于
低谷，即正常生理状态下
血压的“双峰一谷”近日节律。影响血压的
昼夜波动包括自主神经系统、血管活性肠肽、
血浆‘肾素活性、醛固
酮和心房利钠肽的水平；血压受外界因素影响，如运动、情绪状态
、
进食和觉醒周期等。所以目前评价治疗效果不仅要关注血压的下降，
< br>还要关注
24
小时降压是否平稳
(
一般用平滑指数
SI
来评价
)
，
晨峰现
象是否控制
，血压变异度是否降低，谷峰比值是否大于
50%
。
3
．
1.4
急性心肌梗死与生物钟
很早以前人们就观察到急性心肌梗死或肺栓塞这一类的血栓事
件，常发生
在上午
6
：
00
～
12
：
00
。这些疾病常常是致命的，所以阐
明其发作昼夜节律现象的机制不仅可以帮助我们更好
地了解其发病
机制，
还可以建立有效的预防策略。
人类血管内皮功能呈现昼夜周期
变化，
晨起处于低水
平，
因此内皮依赖的血管舒缩功能也呈现昼夜节
律。
Norihiko Takeda
等对体内培养的血管内皮细胞进行了研究
，证
实基因表达具有近日节律，分子生物钟的表达也影响血管内皮功能。
每个器官、组织的生物钟节律不同步，内在、外部生物钟节律的
不同步，导致很多疾病的发生和进展。在心梗急性期，缺血区和非缺
血区生物
钟节律时相不同，
这种差异可引起心梗后心律失常。
外周生
物钟与外在环境的再同步化，或每个外周器官之间的生物钟再同步
化
，
有可能成为一个预防或治疗心血管疾病的潜在靶点。
已经知道
血
管紧张素Ⅱ、内皮素、前列腺素
E2
可以修改生物节律，目前应用一
些药物对其水平进行干预，
在很
多疾病中得到了获益，
除了其药理学
作用，是否与调整了生物钟
节律相关呢
?
目前并不清楚。近来有报道
称
PPAR7
引起
Bmall
基因在心血管系统的表达，
即噻唑皖二酮类药物，
PPAR7
受体激动剂，也许会成为调节生物钟系统的有潜力的工具。关
于高血压及冠心病等目前也有基因治疗的研究。
高血压治疗的候选基
因主要是促进血管舒张的基因和抑制血管收缩的基因，
冠心病主要是<
/p>
修饰参与斑块破裂和血栓形成的基因。
将生物钟及钟控基因作为靶
点
研究相关药物或应用生物学手段进行干预有可能成为预防和治疗心
血管疾病的新方法。
3.2
生物
节律紊乱对皮肤及皮肤病的影响
皮肤活动的生物节律变化
【
5
】
表现为：人
体的新陈代谢活动在晚
上
11
：
00
至清晨
5
：
00
处于最低水平，尤其在熟睡时呼吸心跳次数
减慢，血流流速低，大脑耗氧量减少，肾上腺皮质激素分泌量减少。
但脑垂体分泌的
生长激素大量增加，
此时细胞生长和修复最旺盛，
细
胞代谢峰值增高，细胞分裂比平时快
7
～
8
倍。清晨
5
：
00
开始，肾
上腺皮质激素分泌量增加，
6
：
00
到
8
：
00
达最高峰，
而脑垂体分泌
的生长激素分泌量则明显减少，人体蛋白合成受抑制。上午
8
：
00
至
< br>12
：
00
机体代谢最为旺盛，
皮肤的技能和活动逐渐达高峰，应激能
力强，工作效率高。午后机体逐渐产生疲劳，血液
循环集中于消化系
统，皮肤血流量减少。下午
3
：
00
后由于食物经消化，大量营养物被
吸收，大脑功能再次加强，皮肤血流量增加，微循环改善，组织含氧
量升高。
晚
8
：
00
至
1 1
：
00
机体和皮肤对外界刺激的抵抗力降低。
对皮肤病的影响表
现在：
（
1
）皮肤瘙痒症。现有大量临
床资料表
明，大多数皮肤瘙痒都有夜间加重的情况并且影响着人们的睡眠质
量。
（
2
）特应性皮炎：褪
黑激素的释放与生物节律两者相互影响，而
有研究表明特应性皮炎患者存在松果体褪黑激
素的释放异常，
推测原
因可能是生物节律紊乱、
交感神经系统活动度减弱及心理因素等。
（
3
）
银屑病和白癜风：
银屑病、
< br>白癜风等皮肤病患者的生物钟节律均有一
定程度的异常，表现为生物现象和生理参
数改变。
褪黑激素是松果
体合成并分
泌的，
在所有脊椎动物的研究中褪黑激素的分泌都有其日
周期节
律，
即夜问血浆褪黑激素水平升高。
而一项研究在银屑病患者<
/p>
中就没有这样的夜间峰值，
而发现患者凌晨
2
：
00
的褪黑激素水平明
显低于正常对照组，在早上
6
：
00
，
8
：
< br>00
和中午
12
：
00
时高于正常
对照。这有力地证明了生物钟调节紊
乱与银屑病发病的关联性。
3.3
胃肠道生物钟基因的研究
胃肠道基础
胃酸的分泌、
上皮细胞的增殖、
胃肠道的运动和食欲
的调节具有生物节律性。
生物的节律被所谓的生物钟基因驱使。
因此，
可以想象胃肠道的基因亚群也受生物钟基因的控制。在哺乳动物中，
控制昼夜节律的“主要生物钟”
(central clock
)
位于下丘脑视上核
(SCN)
，该生
物钟仅受光因子的影响而使节律重新设臵；同时，在外
周组织以及培养的细胞中也发现了
内源性的生物钟，
这种外周生物钟