药明康德/报道
我们的一些身体活动，例如睡眠周期，通常是每24小时发生一次，遵循着昼夜节律。其他的身体机能和指标，如体温、认知机能和血压等，则表现为12个小时的周期。对于这样的12小时周期背后的生物学基础，人们至今知之甚少。
最近，贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的一个研究团队在《细胞》子刊《Cell Metabolism》发文指出，这一存在于哺乳动物等生物体内的12小时生物钟也是自主运转的，独立于24小时的生物钟，且也受外界环境因素调制。由于与一些人类疾病（尤其是肝病）的发生有关，对12小时生理周期进行研究同样十分重要。
▲某些身体机能还表现为12小时周期（图片来源：NPR News）
“我们实验室一直都在研究24小时生物钟是如何受到调控的，打乱这一生物钟可能导致代谢疾病，”文章通讯作者Bert O'Malley教授说道：“实验证据表明，定期需要夜班工作的人员和常常海外旅行的人，会经常性地改变睡眠周期。这似乎使他们更容易体重增加，并发展出糖尿病等其他可能会导致疾病的代谢变化。经常打乱昼夜节律可不是一个好主意。”
除此24小时的生理周期之外，血压、体温、激素水平和对治疗的反应等身体指标还会在12小时的循环中波动。之前，人们已经确定了大约200个按12小时周期被激活的基因。在这项研究中，Bert O'Malley教授的团队试图确定是否有更多这样的基因，以及该周期是否符合生物钟的定义，即是否能够自主运作且可被外部环境因素调制。他们以小鼠肝脏中的基因表达为研究对象，采用数学工具对各个基因的表达规律进行了分析。
▲独立运转的12小时生物钟（图片来源：《Cell Metabolism》）
“我们惊奇地发现，有3000多个基因是按照12小时节律表达的，其中大部分与已知按24小时周期表达的基因重合，”文章第一作者Bokai Zhu博士说道。研究者们认为，由于24小时的生物钟表现地更为明显，使得这一12小时的周期可能在之前的研究中被忽视了。
进一步的工作表明，这一12小时的周期在细胞中是独立运作的，可受某些独特的代谢和内质网应激信号调制，而不受像光照这样按24小时周期波动的外界信号影响。即便敲除BMAL1或CLOCK转录因子，一次打乱正常的24小时生物钟，上述12小时的蛋白表达周期仍继续运转。研究者们还发现，参与细胞应激反应的转录因子XBP1在维持这一12小时的生物钟机制中发挥着关键作用。除了哺乳动物，这一机制同样对存在于秀丽隐杆线虫（C. elegans）和小型甲壳动物海虱（E. pulchra）中，从而显示出了进化上的保守性。
“在我们分析的所有基因中，有两组按12小时周期表达的蛋白，一组涉及到内质网中蛋白质质量控制和加工，另一组与线粒体中的细胞能量供应有关，”Bokai Zhu博士说：“内质网和线粒体中的生命活动依赖于彼此。我们在此表明，内质网与线粒体中的12小时周期表达基因可同步化，从而保证了蛋白质加工所需能量的供应。”
▲文章通讯作者Bert O'Malley教授（图片来源：贝勒医学院）
“此外，我们发现某些人类肝脏疾病（如脂肪肝）与上述基因12小时周期性表达受到干扰有关，”Bert O'Malley教授说：“我们预计，进一步研究这一12小时的生物钟可能在未来带来肝脏和其他器官疾病预防或治疗手段的进步。”
点击“阅读原文”，即可访问原始论文页面
参考资料：
[1] A Cell-Autonomous Mammalian 12 hr Clock Coordinates Metabolic and Stress Rhythms
[2] A 12-hour biological clock coordinates essential bodily functions
[3] Mammals May Have a 12-hour Clock
