生物學(xué)這門(mén)交叉學(xué)科是上世紀50年代Franz Halberg教授創(chuàng )立的，主要研究生物節律的產(chǎn)生機制和應用。1972年美國科學(xué)家在下丘腦發(fā)現了一個(gè)新的神經(jīng)核團——視交叉上核（SCN），并確定這是人類(lèi)及哺乳動(dòng)物生物鐘所在地。這一發(fā)現極大地推進(jìn)了時(shí)間生物學(xué)的研究。同年，美國科學(xué)家還發(fā)現了一個(gè)新的神經(jīng)通路，從視網(wǎng)膜直接投射到視交叉上核，稱(chēng)為視網(wǎng)膜—下丘腦束（RHT）。有意思的是RHT不同于其他光感細胞，是一條特殊的神經(jīng)通道，起源于視網(wǎng)膜的神經(jīng)節細胞，將光刺激信號直接傳給SCN。因此，即使是先天性視網(wǎng)膜退化毫無(wú)光感的盲人，其生物節律也受光照調節。
生物鐘是如何參與疾病治療？在長(cháng)期的生物進(jìn)化過(guò)程中，為適應地球每24小時(shí)自轉一周，生物機體內發(fā)育分化出一個(gè)特殊的器官——生物鐘，來(lái)協(xié)調各種不同組織和器官24小時(shí)的晝夜節律。生物鐘不但影響人的身心健康，還在疾病治療中發(fā)揮重要的作用。
生物鐘不但存在于大腦中，而且存在于不同組織器官內，并因器官功能的不同，呈現各自的生物節律，但這些節律都受生物鐘“最高司令部”SCN發(fā)出的脈沖調節控制。
近年來(lái)，生物鐘與疾病的預防、診斷和治療的關(guān)系引起了生物醫學(xué)界極大的研究熱情。在健康生理狀態(tài)下，人體的每一生理功能都表現出高度精密和穩定的晝夜節律。體溫、心率和血壓下午最高，聽(tīng)覺(jué)和痛覺(jué)傍晚最敏感，某些激素如可的松和睪酮早晨起床最高，胃泌素、胰島素和腎素水平下午和傍晚最高，褪黑素、催乳素在睡眠時(shí)達到高峰。生長(cháng)素高峰在熟睡時(shí)，因此充足的睡眠是兒童生長(cháng)的重要保障。
生物鐘“失靈”了，人就會(huì )生??；人一旦生病，生物鐘也會(huì )“失靈”。生物鐘“失靈”后，生物節律波動(dòng)幅度增高或降低，發(fā)生不同時(shí)相、不同參數比例的變化。例如健康人體血液中的淋巴細胞計數上午最低，夜間達到高峰，而艾滋病病毒感染者的這種節律消失。血清LgE是一種炎癥標志，24小時(shí)處于恒定水平，但哮喘等過(guò)敏反應患者的LgE節律在下午達到高峰，夜間處于低谷，致使多數患者在黃昏后發(fā)病。心血管疾病發(fā)作也表現出明顯的晝夜節律，據統計，午夜零時(shí)至清晨6時(shí)，心血管意外風(fēng)險性增加40％，腦卒中風(fēng)險性增加49％。一些心源性猝死多發(fā)生于深夜，可能與后半夜動(dòng)眼睡眠時(shí)程增加，血壓和心率不穩有關(guān)。血壓晝夜節律波動(dòng)幅度加大，會(huì )增加腦缺氧性卒中的危險性。
據專(zhuān)家介紹，與生物鐘相關(guān)的基因很多，已有10余個(gè)生物鐘基因被發(fā)現，使科學(xué)家對生物鐘的分子生物學(xué)基礎有了新認識。目前，時(shí)間生物學(xué)研究已經(jīng)成為生命科學(xué)中最有發(fā)展勢頭的學(xué)科之一。國際上利用生物節律治療疾病和開(kāi)發(fā)新藥的研究十分活躍，獲得很多重要進(jìn)展。例如，洋地黃是治療充血性心衰的常用藥，但其毒性與血鉀水平密切相關(guān)，如果開(kāi)發(fā)研制短半衰期的洋地黃類(lèi)藥物，使體內洋地黃濃度與血鉀水平一致就可以取得更好的療效，并最大限度降低毒性。生物節律還可以用于指導腫瘤治療，直腸癌細胞的有絲分裂活動(dòng)高峰期在夜間，此時(shí)正常的胃腸細胞大多處于靜止期，如果夜間使用化療藥物，可以加強療效，同時(shí)降低副作用。
最近研究發(fā)現，生物鐘基因per2基因的超表達可以促進(jìn)腫瘤細胞的凋亡，促使實(shí)驗動(dòng)物體內的腫瘤縮小，其超表達還可以對細胞的放射性損傷起到修復作用。
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