2017年諾貝爾獎揭示：人類變笨或變醜的真實原因！

三位科學家深入鑽研並詮釋了我們的生物鐘

詮釋了植物、動物

以及人類如何調節自己的生物節律

使其與地球的旋轉保持同步

同時列出了當生物節律與地球旋轉不同步時

所能造成的可能影響。

科學家們發現早睡早起、不熬夜，

才是最佳的作息方式。

2017年諾貝獎生理學和醫學獎授予Jeffrey C. Hall， Michael Rosbash 和 Michael W. Young，因為他們發現了晝夜節律的分子機制。

晝夜節律是指生命活動以24小時左右為周期的變動。除了調節疲勞和清醒程度，這種內部的生物鐘協調著發生在身體里的數百種細胞活動，如皮質醇的釋放和體溫（或血壓）的起伏波動。

美國俄亥俄州立大學韋克斯納醫學中心神經科學系的教授和系主任蘭迪·納爾遜博士說：「如果你認為身體里的所有分子、細胞和生理過程像管弦樂隊那樣運轉時，那麼生物鐘就相當於是首席指揮家，它能確保睡眠、激素分泌、代謝、體溫和免疫系統按部就班地工作。」

地球上的生命適應了地球的自轉規律，很多年以來，我們都知道，包括人類在內的很多有機生命都擁有一種特殊的內部時鐘，這種時鐘能夠幫助他們預料並且適應每天的節律，但這種特殊的內部時鐘具體是怎麼工作的呢？研究人員對生物鐘進行了深入研究闡明了其內在的工作機制，相關的研究發現解釋了植物、動物以及人類如何適應自身的晝夜節律，以便能夠與地球的旋轉同步。

利用果蠅作為模式動物，今年的諾獎得主分離到了一種能夠控制日常正常生物節律的特殊基因，研究人員通過研究發現，這種基因能夠編碼特殊的蛋白，當處於夜晚時該蛋白能夠在細胞中進行積累，隨後在白天時就會發生降解；隨後，研究人員還鑒別出了額外的蛋白質組分，同時他們還闡明了一種能夠指導細胞內部自我維持時鐘發條（self-sustaining clockwork）的特殊機制；如今研究者通過研究其它多細胞有機體中細胞的相同原則認識到了生物鐘的關鍵功能。

在保證精密準確性的前提下，我們機體內部的時鐘能夠調整生理學狀態適應一天中劇烈變化的不同階段，生物鐘能夠調節一些關鍵的機體功能，比如行為、激素水平、睡眠、體溫和代謝機制等，當外部環境和內部生物時鐘之間發生短暫的不匹配時機體的健康就會受到一定影響，比如，當我們穿越幾個時區經歷所謂的時差綜合征時，當然也有跡象表明，機體內部「計時員」介導生活方式和節律之間的慢性失調或許與多種疾病發生的風險直接相關。

美國有關媒體近日盤點了關於晝夜節律10個方面的知識。

一、相差一個小時就會讓你感覺不爽

美國西北紀念醫院睡眠障礙中心的主任菲利斯·澤蘭博士認為：大多數人的身體在一天內只能調整 1個小時的晝夜節律變動。然而，有時候，這1個小時對於某些人來說也是過多而難以處理。研究發現：在從周末到工作日跳躍的周一這一天里，人們心臟病發作和出現交通事故的可能性都會增高。

二、時差擾亂生理功能不足為奇

如果僅僅是60分鐘的晝夜節律差異就讓你感覺不爽，你就可以想像跨越時區的幾個小時旅行對身體的生理層面和精神層面影響有多大了。當身體快活地按照自己的生物鐘運行時，突然間不得不快速按照一個新的生物鐘來運轉，就會發生時差反應。

三、每個人的晝夜節律都不一樣

大部分人會在相似的時間框架內過日子：早上醒來，晚上睡覺。這就解釋了倒班工作為什麼令人煩惱，因為它違背了身體的自然節奏。然而人群中也會有一些變異，有些人是早起的雲雀，有些人是喜歡熬夜和睡過頭的貓頭鷹。青少年習慣於晚睡晚起，但隨著年齡增長，老年人會逐漸轉向早起早睡的生活模式。

四、女人更有可能是雲雀型的晝夜節律

美國布萊根婦女醫院的研究者在 2013年發現：女人的生物鐘要比男人快 6分鐘，這就意味著她們醒來的比男人早，優質睡眠時間也不夠充足。

五、光線能造成很大的差異

明亮的光線，無論是自然的陽光還是智能手機發射的藍光，會引發一連串的反應。美國托馬斯傑斐遜大學的神經學教授和光研究項目的主任喬治·布雷納德認為：大腦在中樞層面上控制著晝夜節律。一旦光線進入眼睛，就會刺激視網膜，向下丘腦發出信號。

下丘腦中的兩個小核是人體內部生物鐘的重要組成部分。它們在整個神經系統和人體中發送有關光線、昏暗和生物時間的信息。這一過程能讓人們在白天保持警覺清醒和夜間入睡。眼睛中的受體對短波長的光線（既包括陽光，也包括電子設備發射出來的藍光）最為敏感，因此入睡前看電子設備會擾亂睡眠、情緒和代謝。

六、平衡晝夜節律，嘗試回歸古人接觸光線的方式

它是確保你在就寢和睡眠過程中保持最大程度的黑暗，而在白天接觸到大量的自然、明亮的光照。為達到這個目標，你需要把卧室的光線調暗，每天中午外出散步20—30分鐘，這樣就有助於晝夜節律步入正軌。

七、鍛煉可以在一定程度上影響晝夜節律

鍛煉也有最優時間段。研究者發現下午鍛煉的小鼠其生物鐘更為穩健。運動生理學家建議人們不要在就寢前鍛煉，因為體力活動會增加心率和皮質醇的反應，使人難以入睡。如果你不習慣於在白天鍛煉，也應當在入睡前3個小時鍛煉。

八、你可能有輕微的季節性情感障礙

當白天開始變短時，就會出現季節性情感障礙，科學家認為光照時間的減少是其原因。光照能增加大腦中的血清素含量，這種化學物質能改善情緒。有 20%—25%的人會體驗到亞臨床的季節性情感障礙，這就意味著他們更容易感到勞累、不那麼高興、體重適度增加，希望多睡 1—2個小時。光療法和上午到戶外散步是治療季節性情感障礙的有效方法。

九、下午時段的精神萎靡與晝夜節律有關

每天下午2—4時之間，大多數人會進入精力低潮期。這是因為晝夜節律在起床後8個小時會進入低谷狀態，這就造成了嗜睡和工作效率下降，因為身體要準備休息了。一些專家倡導人們打盹半個小時來振奮精神。

十、遵循晝夜節律能提高免疫力

2016年對 276名參與者開展的研究發現：上午注射流感疫苗更為有效，9—11點接種的人其體內生成了更多的抗體，這是因為晝夜節律讓免疫反應在上午最強，它是進化選擇的結果。

可能有人會覺得，熬夜多大點事，自己身體好著呢，只要熬夜之後多休息，再補回來就行了唄，怎麼可能還變醜變笨呢？

如果你這樣想，那你可太天真了…

因為隨著研究的深入，三位科學家發現，晝夜節律的紊亂，與內分泌代謝疾病，例如肥胖、糖尿病、高血壓、高血脂、嚴重的腦部疾病，例如阿爾茨海默病，乃至腫瘤的發生髮展都有關聯。

簡而言之，2017年如此重磅，受全世界關注的諾貝爾醫學獎，其實就在告訴所有人一件很簡單的事：

在正確的時間做正確的事，按時吃飯，到點睡覺，別熬夜了！

到底這個神奇的生物節律是怎麼研究出來的呢？

/ 01 /

人體內有神奇的時鐘基因

從2003年開始說起這三位獲獎者對生物鐘基因的研究。

當時傑弗理·霍爾教授在美國加州大學舊金山分校神經科學部門進行博士後研究工作，他研究的就是一個奇怪的經常早睡早起的家族。

這個家族成員總在凌晨3、4點起床，晚上6、7點就睡覺。這和大部分人的生活習慣大不相同。可是奇怪的是，他們這種獨特的生活習慣源於家族成員身上的一種名為「PER2」的基因發生了突變，這是一種管睡覺的基因，正是這突變導致他們的早起早睡。

研究人員為了更具體的研究這種睡覺基因，就把這種基因轉到了小白鼠的身上。奇怪的事情發生了，擁有這種基因的小白鼠不僅開始早睡早起，而且吃嘛嘛香。

研究人員發現，小白鼠擁有這種睡覺基因之後，連帶著管吃飯的PER1基因也突變了，而因為吃得更多，還導致了這群小鼠發胖，肥胖問題緊隨而來。

此類基因又稱時鐘基因。在正常情況下，它們會在相同的時間打開和關閉，以保持睡眠和飲食周期的均衡。

但如果其中有基因發生突變，就將打破這一環節，從而使得機體的各種生物鐘不能步調一致。

諾貝爾獎委員會表示：「（獲獎的）傑弗里·霍爾等三人的研究是先驅性的，他們克隆出時鐘基因，讓大家進一步認識這種神奇的規律現象。」。

/ 02 /

熬夜會打破人體內精妙的時鐘

疾病匍匐而來

有關睡眠的奇妙故事還沒完。獲獎者之一的邁克爾·羅斯巴殊教授，說起了一組罕見病例。近二十年來，各國醫生髮現了一些「睡不著覺的家族」，這些家族的人得了怪病，就是至少三四十年都沒好好睡過。

他逐漸發現，這些罕見病人的大腦下丘腦、杏仁核等區域存在著控制節律的基因突變或紊亂。

「我們已發現一些經典的節律基因，它們很精細地工作著，相互鉗制，此消彼長。它們還通過大腦神經調控著全身的器官，讓大家有節律地工作著，由此也形成精妙的外周節律環，這樣全身其實存在著大量的節律相關基因。一旦打破，會出現問題，疾病可能匍匐而來。」

邁克爾·羅斯巴殊教授說，2013年，他在一項肥胖研究就發現，通過調節小鼠體內LGR4基因開關，可以影響肥胖的發生。

簡單說，如果在小鼠體內去除這個LGR4基因，小鼠的體重會減輕，各項代謝指標，包括血糖、血脂、血壓等，均明顯好轉。他們研究進一步發現，LGR4基因其實具有某種節律基因的特徵和功能，它會控制小鼠體內某些代謝功能的延遲或提前。

敲掉一個基因就會出現這個現象，而長期的晝夜顛倒、節律紊亂，就更可能引發一些不可思議的變化。

另一位獲獎者，邁克爾·楊在2015年的一項研究中發現，由於熬夜缺乏睡眠，神經突觸部分被星形膠質細胞大量吞噬。

這些星形膠質細胞像是微型的吸塵器，當大腦連接變得衰弱和分裂的時候，就會開始清除神經突觸細胞，從而減少了神經遞質，導致大腦神經傳導變慢、反射時間變長。所以熬夜將造成大腦開始吞噬自己。

同時，慢性睡眠限制（連續五天保持熬夜）將導致小膠質細胞激活的跡象增加。由於小膠質細胞的低水平持續激活可導致嚴重的腦部疾病，例如阿爾茨海默病（老年痴呆症），和其他形式的神經變性都觀察到持續的小膠質細胞激活。

他還發現，調節節律的關鍵基因失效後，會促使腫瘤發生。

此外，不按時吃飯、不按時睡覺，不僅引發肥胖，還會引發糖尿病、高血壓、高血脂等代謝疾病。

因為這三位得主極有創意的發現，晝夜節律學已經發展成為一個涉及面廣且動態發展的學科領域，並且一定會對人類做出巨大貢獻。

/ 03 /

生物鐘研究的現代提示：

在正確的時間做正確的事

到點就該睡覺，到點就要吃飯，這個「到點」，說的就是一種節律。

許多醫生在得知2017年諾貝爾獎的歸屬是人體節律時，他們表示，正是因為生物體這種奇妙節律現象吸引著科研人員前赴後繼地投入這項研究。

始於好奇，終於使命。傑弗里·霍爾等三人，隨著研究的深入逐漸認識到，這是一把認識生命、認識疾病的重要鑰匙。

節律生活，乃至天人合一，道理是古老的，但其具體作用機制乃至影響，正被科學家逐漸認清。

倒時差、熬夜、借咖啡提神……在醫生看來，現代人的很多行為與進化而成的某些節律背道而馳，對健康造成的不利影響正被逐步發現。

傑弗里·霍爾教授說，很多職業需要值班或跨時區旅行，這是對人體本身的晝夜節律，或者說生物鐘的一種挑戰。

「如果人體生物鐘不能很好地與晝夜節律匹配，可能進一步影響機體其他功能，比如免疫和內分泌功能，影響生活質量。

對於生物節律及其基因機制的研究有助於人類更好地了解自身，有望克服晝夜節律對職業能力的限制。」

那麼，生物鐘已經亂了，是不是就沒救了？

並不是，人體有奇妙的自我調節功能。

「長途旅行會出現時差，對時差的調整就是人體的一種自我調節，比如在飛機上，會通過調整飲食供應時間來幫助你調節時差——本該是平時睡覺的時間，卻給你來一份正點的正餐。」

傑弗里·霍爾告訴人們，這些例子提示，良好的睡眠習慣或有規律地吃飯，會對人體的生物鐘起一個重新設定的作用。

/ 04 /

直到2017年人類才知道

一個行為可以由基因來控制

生命體適應地球環境的一個重要表現就是，感知並適應地球各種周期的變化，比如晝夜節律（夜伏晝出）、季節變化（冬眠）等。

這種行為幾乎普遍存在於從低等到高等的各種生命體內，細菌、藻類，直到哺乳動物，乃至人類。

「在這一發現之前，人們從未想到過，一個行為可以由基因來控制。」

這三位獲獎者在領獎時說，自從孟德爾發現遺傳規律，大家知道基因可以控制生命體的一些基本特徵，比如種子的大小、眼睛的顏色等，

但一種相當複雜的行為也可以由基因來控制，這還是第一次。

這也是諾貝爾獎第一次頒給晝夜節律的研究領域，儘管生命科學界的同行已經期待了好多年，感到這個領域應該獲獎，因為它涉及到了如此基礎的生命活動，已經成為一項經典研究。

「其實，最應該得這個獎的是美國分子生物學家西摩·本澤，他已在2007年去世。」這三位獲獎者在領獎時說，「我們基本都是本澤的晚輩。」

上世紀七十年代，本澤曾在果蠅身上發現通過基因變異，可以將果蠅的生物鐘調快、調慢，甚至關閉。

雖然這未解釋生物鐘如何運作，但卻踏出了關鍵一步。

在這個基礎上，1984年，三位獲獎者發現並克隆出了這個基因，將其命名為PER，周期基因（period gene）的縮寫。

隨後，他們又發現了一系列相關的生物鐘基因。邁克爾·羅斯巴什解釋，控制生物鐘的基因彷彿構成一個鐘擺，PER是其中的重要一環，而其他生物鐘基因和它一起「搖擺」，來調控生命體的生物節律。

/ 05 /

尊守人類的生物時鐘

生物鐘會參與機體複雜生物學的許多方面，如今我們都知道，包括人類在內的多細胞有機體都會利用相似的機制來控制晝夜節律，生物鐘能夠調節很大一部分基因的表達，因此，一種經過仔細校準的晝夜節律會促進機體的生理學機制適應每天不同階段（圖3），基於三位諾獎得主的重大發現，生物鐘生物學研究未來也將會成為一個高度動態化的研究領域，同時對於機體健康也至關重要。

生物鐘能夠促進機體生理學狀態適應每天的不同階段；機體的生物鐘能夠幫助調節睡眠模式、攝食行為、激素釋放、血壓以及體溫等。

來源：中國標杆學習俱樂部

編輯：東東、陳丹

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