《Cell Metabolism》：Natural daylight during office hours improves glucose control and whole-body substrate metabolism
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为解决室内人工光环境对2型糖尿病（T2D）患者代谢健康的不利影响，研究人员开展了一项随机交叉对照研究。结果显示，与恒定人工光相比，办公时间接触自然光能显著增加血糖正常范围（4.4-7.2 mmol/L）时间，并促进全身脂肪氧化。该研究揭示了自然光作为改善T2D患者代谢健康的重要环境因素，为建筑环境设计提供了新思路。
在当今社会，人们大约80%至90%的时间是在室内度过的。这种生活方式意味着我们长期暴露在恒定、低照度的人工光源下，而严重缺乏自然日光。光，作为调节我们身体中央生物钟（位于下丘脑视交叉上核，SCN）的主要“授时因子”（zeitgeber），其重要性不言而喻。当昼夜节律系统与外界环境不同步时，就会引发一系列代谢紊乱。例如，流行病学研究发现，轮班工作与2型糖尿病（T2D）风险增加密切相关。然而，以往的研究多聚焦于人工光源的调控，而忽略了最原始、最强大的授时因子——自然日光。在真实的办公环境中，自然光与人工光究竟对T2D患者的代谢健康有何不同影响？这仍是一个悬而未决的问题。
为了回答这个问题，来自荷兰马斯特里赫特大学、瑞士日内瓦大学等机构的Jan-Frieder Harmsen、Ivo Habets、Charna Dibner和Joris Hoeks等研究人员在《Cell Metabolism》杂志上发表了一项题为“Natural daylight during office hours improves glucose control and whole-body substrate metabolism”的研究。他们通过一项精心设计的随机交叉对照试验，首次在受控条件下比较了办公时间接触自然光与典型人工光对T2D患者代谢的全面影响。
关键技术方法
本研究采用随机交叉设计，招募了13名2型糖尿病患者，在4.5天的研究期内分别接受自然光（通过窗户）和人工光（恒定300 lux）干预。研究团队运用了连续血糖监测（CGM）评估血糖控制，通过间接测热法（呼吸室和通风头罩）分析全身能量消耗和底物氧化。此外，研究还结合了多组学分析，包括血清代谢组学/脂质组学、血液单核细胞转录组学（RNA-seq），并通过对骨骼肌活检样本进行原代肌管培养和BMAL1-luc生物发光报告基因检测，深入探究了外周生物钟的功能。
研究结果
1. 自然光改善血糖控制并降低24小时血糖波动幅度
连续血糖监测（CGM）数据显示，虽然两种光环境下的平均血糖水平没有显著差异，但自然光组患者在正常血糖范围（4.4-7.2 mmol/L）内的时间显著更长。研究人员进一步通过计算模型分析发现，自然光显著降低了基础血糖水平的24小时波动幅度，而这种较低的波动幅度与更长的正常血糖时间呈负相关，表明自然光有助于稳定血糖水平。
2. 自然光促进全身脂肪氧化
在干预第4天进行的间接测热法测量显示，自然光组在日间清醒期的呼吸交换比（RER）显著低于人工光组。这表明在自然光下，身体更多地依赖脂肪作为能量来源。具体而言，自然光组在13:00时的脂肪氧化水平显著高于人工光组。在混合膳食耐受试验（MMTT）中，也观察到了类似的趋势，自然光组的RER更低，脂肪氧化水平有更高的趋势。
3. 自然光提升晚间褪黑素水平并影响骨骼肌生物钟
尽管两种光环境下的暗光褪黑素起始时间（DLMO）没有差异，但自然光组在21:00至23:00时的褪黑素曲线下面积（AUC）显著更高，表明自然光促进了晚间褪黑素的释放。更重要的是，研究人员在骨骼肌活检样本中发现，自然光组核心时钟基因Per1和Cry1的mRNA水平显著升高。为了进一步探究这种影响，他们将从活检样本中培养的原代肌管进行了体外同步化处理，并利用BMAL1-luc报告基因进行实时生物发光记录。结果显示，自然光组肌管的生物发光节律相位显著提前，表明自然光对骨骼肌的生物钟产生了持久性的影响。
4. 多组学分析揭示自然光诱导的独特代谢特征
研究人员对第4天08:00和16:00采集的血清和单核细胞样本进行了多组学分析。代谢组学分析发现，自然光组与牛磺酸、胆碱酸、尿嘧啶等代谢物水平升高相关。脂质组学分析则显示，自然光组与醚连接的磷脂酰乙醇胺（PE-O）水平升高，而神经酰胺（Cer）和胆固醇酯（CE）水平降低相关。转录组学分析进一步揭示了自然光对单核细胞基因表达的影响，其中REM2和NMB等基因的表达水平显著降低。这些多组学特征共同指向自然光诱导了一种更健康的代谢状态。
结论与意义
这项研究首次在受控条件下证明，与典型的办公室人工光相比，办公时间接触自然光对2型糖尿病患者具有显著的代谢益处。这些益处包括改善血糖控制、促进脂肪氧化、提升晚间褪黑素水平，以及对骨骼肌生物钟的积极调节。研究通过多组学分析揭示了自然光诱导的独特代谢特征，为理解其作用机制提供了分子层面的证据。
该研究的意义在于，它将建筑环境（如办公室的采光设计）与人类代谢健康直接联系起来。研究结果强调了在建筑设计中增加自然光获取的重要性，这不仅是为了节能和视觉舒适，更是为了促进居住者的代谢健康。对于2型糖尿病患者而言，增加日间自然光暴露可能成为一种简单、无创的辅助治疗策略。这项研究为未来探索光环境与代谢疾病关系的临床研究奠定了坚实的基础，并提醒我们，我们身处的“建筑环境”正悄然影响着我们的健康。
