解密肌肉生理時鐘,代謝轉錄因子扮演重要角色

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 12 日 8:15 | 分類 醫療科技 follow us in feedly

生理時鐘(circadian clock,又稱晝夜節律)普遍存在身體各式細胞裡,並能預測行為和營養狀態的節律變化,以及在精確時程內,進行不相容的代謝途徑來調節體內平衡。大腦中樞控制人體許多生理時鐘,但過去幾年,科學家陸續發現肝臟、胰臟及其他器官或組織的細胞也能調控生理時鐘。



近日,德國糖尿病研究中心和德國健康與環境研究中心的研究團隊發現肌肉代謝的生理時鐘調控機制,更發現不是由大腦控制,而是由肌肉細胞控制,該研究刊登於《PLOS Biology》。

為了釐清肌肉代謝作用的生理時鐘機制,研究團隊建立且整合了多個活體內(in vivo)高通量體學(omics)數據集。接著,他們挑選成人小鼠骨骼肌中的腦與肌肉 ARNT 相似蛋白-1(brain and muscle ARNT-like protein 1,BMAL1)和 REV-ERBα 等兩種節律調節轉錄因子,進行基因體圖譜分析。

他們進一步發現,BMAL1 和 REV-ERBα 蛋白活化,然後誘導其他基因的表現,進而調控脂肪儲存、葡萄糖代謝、胰島素敏感性及控制脂質氧化和蛋白質分解代謝等。其中,BMAL1 會誘導 Dgat2 表現,進而促進三酸甘油脂(triglyceride)儲存的晝夜循環。REV-ERBα 則能夠標靶 MuRF-1、Atrogin-1 基因,然後抑制脂質和蛋白質代謝調節訊息網路,進而緩和脂質氧化和生理蛋白質轉變的晝夜節律。這些調控模式在人體從睡眠甦醒前幾個小時更明顯,被認為是為一天的肌肉活動做準備。

此外,當他們也發現 BMAL1 基因和其標靶基因(包含 REV-ERBα)缺失時,導致中性脂質儲存受損、脂質分解代謝和氧化增加、肌肉蛋白質轉換合成增加,輕微粒線體解偶聯,和能量消耗增加等代謝無效狀態。接著,他們也發現缺乏這兩種生理時鐘調節基因的小鼠,更瘦、脂肪更少、肌肉更多。

該研究作者 Henriette Uhlenhaut 教授,如果人體的內部生理時鐘不同步,會對身體的新陳代謝造成嚴重後果。例如,輪班工作人員特別容易患糖尿病等代謝性疾病。透過該研究結果,未來可望為他們研發特定的預防或治療方法。

(本文由 GeneOnline 授權轉載;首圖為肌纖維橫切面,來源:德國糖尿病研究中心