生物钟的传导路和基因调节
【文献标识码】 B 【文章编号】 1606-8106(2004)08-0700-01
包括人类在内的哺乳动物都存在生物钟。生物钟使动物自身的变化适应于自然的变化。如:体温的昼夜变化、激素的水平的升降、一些动物的生殖规律等都属于生物钟现象。近年来，随着遗传学、分子生物学、生物化学的发展，人类已经对生物钟的组成有了深入的了解。
1 微观水平自1994年发现第一个生物钟基因Clock以来，人类已经发现了mPer、mCry等生物钟基因。
1.1 Clock基因 人们通过研究突变的失去正常昼夜节律的小鼠找到了Clock基因 [1] 。将一系列DNA序列插入到这些缺陷小鼠的胚胎的DNA中，结果这些小鼠不仅恢复了正常的昼夜节律，而且将转入的基因整合到了自己的DNA中。研究人员又将正常小鼠的Clock基因中的一个碱基A换成T，这一改变导致相应蛋白缺少了关键的51个氨基酸，结果小鼠的昼夜节律消失[2] 。
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Clock基因大约含有100，000bp，由24个区域编码相应蛋白CLOCK。研究发现CLOCK蛋白作为一种转录因子在24h波动，由此推测Clock基因每天启动与关闭1次。另外该基因在脑、肝、心、肾都有高表达，提示几处也存在昼夜节律。
1.2 反馈调节 目前认为生物钟基因的开闭由反馈机制调节。Clock基因与mPer基因mCryj基因上游的一端保守E盒序列相结合，再与其他转录因子一起活化启动子，诱导mPer、mCry等基因表达相应的蛋白，再发挥相应的生物钟作用。而mPER、mCRY蛋白对生物钟的具体作用还不完全清楚。逐渐增多的mPER蛋白和mCRY蛋白则反过来发挥负调作用，这些蛋白独立或形成复合物与CLOCK蛋白或E盒特异结合，干扰CLOCK蛋白与受控基因E盒的正常结合，抑制转录活化，导致相应蛋白水平下降，负反馈随之减弱，而后又开始新的一轮基因表达。如此形成一个具有周 期性的反馈环。其所翻译的多种蛋白发挥相应的生物节律作用 [3] 。
1.3 生物钟的调节 研究证明上述所翻译的一些生物钟蛋白如mPER、mCRY具有感光能力，光可以诱导或抑制生物钟蛋白相应的mRNA水平，这也就解释了为什么生物钟DNA的表达会与自然界的昼夜变化相一致的问题。
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2 宏观水平视交叉上核(SCN)为近日节律的中枢或起动者。视网膜感受外界光线所形成的神经冲动经视神经、视交叉后离开主视索到达SCN，再到达下丘脑，由下丘脑发出冲动到其它器官，从而形成如体温节律、激素水平等的变化。视网膜—下丘脑束在其中起主要作用:(1)能使近日节律中止的唯一方法是使视网膜—下丘脑束破坏。(2)破坏角膜、瞳孔，但保留视网膜—
下丘脑束，近日节律不变。
褪黑激素的分泌可以说是上述通路的代表。光刺激经视网膜—下丘脑束，经下丘脑外侧部的内侧前脑束到达中脑被盖，然后由被盖脊髓系统到达脊髓的上胸部，节前神经纤维终止于双侧颈上神经节，由神经节发出节后纤维，沿血管进入松果体，调节褪黑激素的分泌节律。
综上所述，生物钟的研究，从宏观的神经传导到微观的基因调节，都已具备大体框架。下一步就是使之进一步系统化、细节化、完整化。相信生物钟的研究前景一定是十分广阔的。
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参考文献
1 Scean henahan first manmal clock gene issue of jurnal cell1997，16.
2 Vitaterna MH，King DP，Chang AM，et al.Mutagennesis and mapping of a mouse gene Clock essential For circadian behavior.Science，1994，246，719-725.
3 Reiter RJ.The melation rhythm，both a clock and a calendar Experientiˉa，1993，49:654.
作者单位:110001辽宁沈阳中国医科大学86期1班
(编辑海 涛), 百拇医药
包括人类在内的哺乳动物都存在生物钟。生物钟使动物自身的变化适应于自然的变化。如:体温的昼夜变化、激素的水平的升降、一些动物的生殖规律等都属于生物钟现象。近年来，随着遗传学、分子生物学、生物化学的发展，人类已经对生物钟的组成有了深入的了解。
1 微观水平自1994年发现第一个生物钟基因Clock以来，人类已经发现了mPer、mCry等生物钟基因。
1.1 Clock基因 人们通过研究突变的失去正常昼夜节律的小鼠找到了Clock基因 [1] 。将一系列DNA序列插入到这些缺陷小鼠的胚胎的DNA中，结果这些小鼠不仅恢复了正常的昼夜节律，而且将转入的基因整合到了自己的DNA中。研究人员又将正常小鼠的Clock基因中的一个碱基A换成T，这一改变导致相应蛋白缺少了关键的51个氨基酸，结果小鼠的昼夜节律消失[2] 。
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Clock基因大约含有100，000bp，由24个区域编码相应蛋白CLOCK。研究发现CLOCK蛋白作为一种转录因子在24h波动，由此推测Clock基因每天启动与关闭1次。另外该基因在脑、肝、心、肾都有高表达，提示几处也存在昼夜节律。
1.2 反馈调节 目前认为生物钟基因的开闭由反馈机制调节。Clock基因与mPer基因mCryj基因上游的一端保守E盒序列相结合，再与其他转录因子一起活化启动子，诱导mPer、mCry等基因表达相应的蛋白，再发挥相应的生物钟作用。而mPER、mCRY蛋白对生物钟的具体作用还不完全清楚。逐渐增多的mPER蛋白和mCRY蛋白则反过来发挥负调作用，这些蛋白独立或形成复合物与CLOCK蛋白或E盒特异结合，干扰CLOCK蛋白与受控基因E盒的正常结合，抑制转录活化，导致相应蛋白水平下降，负反馈随之减弱，而后又开始新的一轮基因表达。如此形成一个具有周 期性的反馈环。其所翻译的多种蛋白发挥相应的生物节律作用 [3] 。
1.3 生物钟的调节 研究证明上述所翻译的一些生物钟蛋白如mPER、mCRY具有感光能力，光可以诱导或抑制生物钟蛋白相应的mRNA水平，这也就解释了为什么生物钟DNA的表达会与自然界的昼夜变化相一致的问题。
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2 宏观水平视交叉上核(SCN)为近日节律的中枢或起动者。视网膜感受外界光线所形成的神经冲动经视神经、视交叉后离开主视索到达SCN，再到达下丘脑，由下丘脑发出冲动到其它器官，从而形成如体温节律、激素水平等的变化。视网膜—下丘脑束在其中起主要作用:(1)能使近日节律中止的唯一方法是使视网膜—下丘脑束破坏。(2)破坏角膜、瞳孔，但保留视网膜—
下丘脑束，近日节律不变。
褪黑激素的分泌可以说是上述通路的代表。光刺激经视网膜—下丘脑束，经下丘脑外侧部的内侧前脑束到达中脑被盖，然后由被盖脊髓系统到达脊髓的上胸部，节前神经纤维终止于双侧颈上神经节，由神经节发出节后纤维，沿血管进入松果体，调节褪黑激素的分泌节律。
综上所述，生物钟的研究，从宏观的神经传导到微观的基因调节，都已具备大体框架。下一步就是使之进一步系统化、细节化、完整化。相信生物钟的研究前景一定是十分广阔的。
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参考文献
1 Scean henahan first manmal clock gene issue of jurnal cell1997，16.
2 Vitaterna MH，King DP，Chang AM，et al.Mutagennesis and mapping of a mouse gene Clock essential For circadian behavior.Science，1994，246，719-725.
3 Reiter RJ.The melation rhythm，both a clock and a calendar Experientiˉa，1993，49:654.
作者单位:110001辽宁沈阳中国医科大学86期1班
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