生理时钟（circadian clock，又称昼夜节律）普遍存在身体各式细胞里，并能预测行为和营养状态的节律变化，以及在精确时程内，进行不相容的代谢途径来调节体内平衡。大脑中枢控制人体许多生理时钟，但过去几年，科学家陆续发现肝脏、胰脏及其他器官或组织的细胞也能调控生理时钟。
近日，德国糖尿病研究中心和德国健康与环境研究中心的研究团队发现肌肉代谢的生理时钟调控机制，更发现不是由大脑控制，而是由肌肉细胞控制，该研究刊登于《PLOS Biology》。
为了厘清肌肉代谢作用的生理时钟机制，研究团队建立且整合了多个活体内（in vivo）高通量体学（omics）数据集。接着，他们挑选成人小鼠骨骼肌中的脑与肌肉 ARNT 相似蛋白-1（brain and muscle ARNT-like protein 1，BMAL1）和 REV-ERBα 等两种节律调节转录因子，进行基因体图谱分析。
他们进一步发现，BMAL1 和 REV-ERBα 蛋白活化，然后诱导其他基因的表现，进而调控脂肪储存、葡萄糖代谢、胰岛素敏感性及控制脂质氧化和蛋白质分解代谢等。其中，BMAL1 会诱导 Dgat2 表现，进而促进三酸甘油脂（triglyceride）储存的昼夜循环。REV-ERBα 则能够标靶 MuRF-1、Atrogin-1 基因，然后抑制脂质和蛋白质代谢调节讯息网络，进而缓和脂质氧化和生理蛋白质转变的昼夜节律。这些调控模式在人体从睡眠苏醒前几个小时更明显，被认为是为一天的肌肉活动做准备。
此外，当他们也发现 BMAL1 基因和其标靶基因（包含 REV-ERBα）缺失时，导致中性脂质储存受损、脂质分解代谢和氧化增加、肌肉蛋白质转换合成增加，轻微粒线体解偶联，和能量消耗增加等代谢无效状态。接着，他们也发现缺乏这两种生理时钟调节基因的小鼠，更瘦、脂肪更少、肌肉更多。
该研究作者 Henriette Uhlenhaut 教授，如果人体的内部生理时钟不同步，会对身体的新陈代谢造成严重后果。例如，轮班工作人员特别容易患糖尿病等代谢性疾病。透过该研究结果，未来可望为他们研发特定的预防或治疗方法。
- Transcriptional programming of lipid and amino acid metabolism by the skeletal muscle circadian clock（PLOS Biology, 2018; 16 (8): e2005886 DOI: 10.1371/journal.pbio.2005886）
- How do muscles know what time it is?
（本文由 GeneOnline 授权转载；首图为肌纤维横切面，来源：德国糖尿病研究中心）
