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未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章

总结最新的生物钟同步化研究进展,提出「外周组织器官的生物钟系统存在层级网络与动态调控网络」的猜想,对未来精准调节组织器官的生物钟以适应宇航、高原、倒班、衰老等日益影响现代人类的生物钟紊乱有重要意义。

近日,西南医院心血管内科张志辉教授(第一作者)、李旻典教授(通讯作者)与中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究员在《Trends in Cell Biology》(IF:20.8)上发表题为「Time to eat reveals the hierarchy of peripheral clocks」的综述文章,总结最新的生物钟同步化研究进展,提出「外周组织器官的生物钟系统存在层级网络与动态调控网络」的猜想,对未来精准调节组织器官的生物钟以适应宇航、高原、倒班、衰老等日益影响现代人类的生物钟紊乱有重要意义。

未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章

万物的生长和稳态维持都与地球自转产生的昼夜节律密切相关,生物钟是生物在长年的演化过程中被环境选择出来的一种预见和预警机制,所有的生物性状都是自然对生物适应环境的变化选择的结果。人的生物钟就是人体内随时间作周期变化的生理生化过程、形态结构以及行为等现象。生物钟的元件和机理在长期的生物演化过程中被自然选择保留了下来,成为了普遍的生命现象。 从前日出而作、日入而息,而现代社会压力使人类的作息时间很难严格遵循体内的生物钟,加班、轮班,频繁地跨越时区等等,越来越多人都面临着生物钟紊乱的困扰,因此生物钟同步化研究对于现代与未来的社会有着非同寻常的意义。

但全身数十亿个细胞都存在生物钟基因,如何实现这些海量细胞间生物钟运行的同步?每天按规律吃饭是在给上百亿个细胞的生物钟对表,这样可以加快人体形成统一的生物节律。进食的昼夜节律,即代谢节律,可以调节 SCN 以外的外周组织器官生物钟。 大量研究表明,代谢节律对以肝脏为代表的外周生物钟的调节作用超过 SCN 主生物钟。

最新的多组学研究却发现,代谢节律对外周生物钟、转录组、代谢组的调节作用具有明显的组织特异性。肝脏、脂肪等组织器官高度响应代谢节律,然而肾脏、心脏、肺脏等器官却响应程度低。肝细胞的生物钟缺失可以提高其他组织器官的转录组适应代谢节律的能力。文章分别阐述脂肪细胞、肝细胞和心肌细胞的生物钟多组学适应代谢节律的特征,

提出「外周组织器官的生物钟系统存在层级结构」的猜想,肝脏位于高层级,可以影响心脏、肺脏等低层级器官组织的生物钟同步化能力。

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哺乳动物细胞中的生物钟包含三个紧密连接的转录-翻译反馈回路
未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章
外周组织器官的生物钟系统存在层级结构

在该猜想指导下,未来的研究应侧重于在覆盖所有器官系统的其它组织中使用多组学工具(例如单细胞组学、多级蛋白质组学、精准代谢组学)揭示外周生物钟的层级结构,并阐明外周生物钟层级结构的一般和组织特异性决定因素。这些分子基础的阐明将加速具有组织特异性和细胞精度的生物钟调节策略的研发及其在宇航、高原、疾病防治等领域的应用。

作者介绍

未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章

张志辉 主任、副主任医师、副教授、博士生导师

享受军队优秀专业技术人才岗位津贴,军队后勤专家库成员,陆军科技创新人才优先扶持对象、科技英才,重庆市学术技术带头人后备人选,陆军军医大学学术委员会委员、优秀人才库重点扶持对象。兼任任中华医学会心血管病学分会大血管组委员、中国医师协会心血管内科医师分会委员、重庆市医学会心血管病专委会常委/心血管病介入与影像学组组长。先后执行过武汉抗疫、援外医疗等十余项各类重要任务。

从事心血管系统疾病的诊疗工作,擅长冠心病介入治疗及其基础、临床研究。负责成立了西南区域首个 CT-FFR 分析中心,主持开展了基于 FFR/IMR 的冠状动脉生理评估、经导管主动脉瓣植入术等临床新技术。具有丰富的心血管系统疾病临床诊治经验及急危重症救治经验。先后获重庆市科技进步一等奖 2 项,军队医疗成果二等奖 1 项。主持国家自然科学基金面上及青年项目、军队重点项目、重庆市等各级课题 10 余项。创建了代谢生物钟专业数据库「Circa Met DB」。以第一/通讯作者发表论著 20 余篇(SCI 论文 14 篇,Top 期刊 2 篇),参与制定行业专家共识 3 部,副主编专著 2 部,参编 5 部。

未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章

税光厚

中科院遗传发育所分子发育生物学国家重点实验室研究员

入选中科院"百人计划」, 科技部创新人才推进计划重点领域创新团队 (脂质组学及功能脂质研究创新团队) 领军人才,国家「万人计划」科技创新领军人才; 中国细胞生物学学会细胞代谢分会副会长,中国生物物理学会代谢生物学等多个学会理事;科技部重点研发计划脂质组学项目首席科学家。团队目前的研究方向包括开发各类生物样品的前沿脂质组学/代谢组学分析方法及代谢流技术,研究脂质代谢调控网络机制,研究代谢异常和重大疾病的内在联系等。近年来在 Cell Metabolism, Nature Metabolism, Diabetes Care, Redox Biology, Nature(合作), Science(合作), Nature Biotechnology(合作) 等期刊发表脂质/代谢组学、代谢调控相关 SCI 论文 180 余篇,发表论文被引用 13000 余次。

未来可精准调节组织器官生物钟!心血管内科在国际权威期刊上发表重要文章

李旻典

心血管内科「代谢生物钟与心血管病研究中心」负责人,教授,研究员,博士生导师

北京大学学士,耶鲁大学博士,哈佛大学博士后,清华大学访问学者,国家高层次引进人才。中国生物物理学会代谢生物学分会青年理事和中国细胞生物学学会会员。

担任 2019 年 Experimental Biology 大会分会场主席、J. Biol. Chem 等期刊通讯审稿人。获得 2017 年 AFAR-Glenn 医学基金会博士后奖,2015 年 CADA 北美华人糖尿病学会杰出研究奖,2014 年 AFAR-Glenn 研究生奖,2012 年 SRBR 生物节律学会双年会杰出研究奖,2009 年「Yale-世界学者」生物医学奖。主要研究方向:生物钟的代谢与表观调控机制。共发表论文 19 篇,总引用 680 余次。近年来工作揭示代谢感知器 O-GlcNAc 糖基化修饰在生物钟和糖脂代谢的调控机制(Cell Metabolism 封面论文、《自然-通讯》等)。最近在国际上率先建立代谢生物钟的多组学数据库 CircaMetDB(iScience 2021, STAR Protocols 2021, Trends in Cell Biology 2021),为运用多组学整合平台研究机能增强与稳态维持的代谢和表观调控机制奠定基础。

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