关注转录组的24小时昼夜节律变化！研究长期卧床严重扰乱人类有节律的基因表达

根据萨里大学的一项新研究，持续卧床60天所产生的模拟微重力效应，会严重扰乱人类有节奏的基因表达。研究提示了微重力条件如何影响人类转录组的24小时节律变化，以及突显了长期卧床对转录组节律的影响。

　　

基因表达的二十四小时节律性是普遍存在的。基因表达的这种节律性在中枢和外周组织中产生分子和生理过程的变化，以优化对生物体的时间生态位（例如夜间或白天）的适应。这种节律由核心昼夜节律分子机制驱动，但也受到环境、系统和行为因素的驱动；另一方面这些因素也可能影响核心昼夜节律机制、或其他基因表达。明暗循环和内分泌循环分别是众所周知的环境因素和系统因素的例子。“睡眠-觉醒”周期是一个重要的行为因素，它由几个相关的组成部分组成，如白天-黑暗和进食-禁食周期，还包括直立和仰卧姿势之间的交替。

组织和器官中基因表达的昼夜节律也被证明会因各种挑战而改变，例如免疫、延长清醒时间、不合时宜的睡眠、急性完全睡眠剥夺和反复部分睡眠剥夺、以及行为控制例如定时给食和禁食。这些表达节律的变化不仅限于核心昼夜节律机制之外的基因，还包括核心时钟基因。应对挑战的节律变化，在一方面，它们可能代表组织和器官对挑战的适应性反应——例如，进食时间改变，代谢节律和相关的内分泌谱会响应变化而改变。另一方面，它们可能代表某些挑战与健康状况不佳等负面结果相关。例如，轮班工作中发生的不合时宜的睡眠与不良的健康结果有关。组织和器官中转录组表达节律的变化可能是这些结果的基础。

尽管人们越来越认识到昼夜节律性与医学的相关性，但在大多数关于转录组对转录组节律性组织的挑战的反应的研究中，并没有考虑到这一点。在那些考虑到节律性的研究中，挑战通常是短暂的。描述在较长的挑战过程中转录组的24小时时序如何变化，可能为转录组时序编排的功能和适应性意义以及这种挑战的不良后果的潜在机制提供新的见解。

在欧洲航天局在图卢兹的MEDES太空诊所协调的一项研究中，作者募集了20名健康年轻男性参加研究——2周正常的基线期，60天持续卧床期、头部向下倾斜- 6度以模拟宇航员所经历的微重力影响；和2周恢复正常的恢复期、每24小时6次采血分析转录组数据，以研究人类血液转录组的 24 小时节律性和长期卧床挑战对血液转录组节律性的影响。这个基于地球的模型在健康参与者中模拟宇航员所经历的微重力的影响，这会影响多种生理过程和机制。例如，在正常重力下，当我们从仰卧姿势变为直立姿势时，通过激活自主神经系统，血压和大脑血液供应保持在正常范围内，但在微重力期间不存在这种循环挑战。结果显示，91%的基因表达受到影响，节律基因的数量、时间和幅度受到重大破坏，这些基因每24小时在mRNA中显示变化。基因表达中断与蛋白质翻译、免疫和炎症过程以及肌肉功能下降有关。在恢复期，肌肉功能恢复。

暴露在微重力环境下的宇航员会经历生理变化，包括免疫抑制、炎症增加、肌肉质量和骨密度减少。了解这些变化背后的分子机制的变化是很必要的。该研究的主要作者、萨里大学睡眠分子生物学教授Simon Archer说:“这项独特的研究代表了人类基因表达的时序的最大纵向数据集。人类基因表达在24小时内有节奏地变化，收集时序数据而不是仅仅从单个时间点收集数据，以全面了解暴露于模拟微重力时身体发生的情况，这一点很重要。这也提出了关于长期卧床休息对我们身体影响的问题，因为我们已经发现长期卧床对人类基因表达的时序有巨大影响。”

太空旅行曾经被认为是不可能实现的；然而，航天工业的发展意味着它现在是一个真正的可能性。微重力对身体的影响还有很多未知之处，在我们开始在太空“度假”之前，了解更多这方面的信息是很重要的。在我们发现的基础上，我们研究的第二部分将使用同一组男性，调查微重力对个人睡眠、昼夜节律和激素的影响。”——Derk-Jan Dijk，资深作者，睡眠与生理学教授，萨里睡眠研究中心主任

太空工程教授、萨里太空中心主任基思·赖登教授说:“随着太空旅游的发展，宇航员很快将通过美国宇航局的阿尔忒弥斯项目重返月球，人类太空飞行再次被提上日程。”此外，2025年英国宇航员将通过UKSA Axiom项目前往国际空间站的新计划也已制定。这项研究发表在《iScience》杂志上，并得到了BBSRC的资助。