2009年10月15日
加利福尼亚州拉霍亚——我们身体的活动水平随着内部节拍的起伏而变化——24小时周期支配着从睡眠和进食模式到细胞可用能量等基本生理功能。大脑中的主钟由光线设定，而外周器官中的起搏器则由食物供应设定。其潜在的分子机制尚不清楚。.
现在，索尔克生物研究所的研究人员揭示了长期缺失的联系：一个代谢主开关，当被触发时，可以让营养物质直接改变外周时钟的节律。.
由于人体的昼夜节律及其新陈代谢紧密相连，当它们不同步时，代谢性疾病的风险就会飙升。霍华德休斯医学研究所的研究员说：“轮班工作者的肥胖风险及其后果，如高血压、胰岛素抵抗和心脏病发作风险增加，会增加一倍。” 罗纳德·M·埃文斯, 博士，Salk研究所基因表达实验室教授。.
研究人员的研究结果发表在2009年10月16日的 科学, 可能产生深远的影响，从更好地理解营养与基因表达的联系，到创造治疗肥胖、糖尿病及其他相关疾病的新方法。埃文斯表示：“据估计，我们多达15%的基因活动受到生物钟的直接控制。我们的工作提供了一种概念上的方法，将营养和能量调节与基因组联系起来。”
时钟本身通过昼夜节律基因表达的大致24小时的周期性升高和降低来计时，这种节律可以预测环境变化，并将身体的许多生理功能调整到一天中的合适时间。最明显的睡眠-觉醒节律与昼夜循环密切相关。体力活动和新陈代谢也是如此。.
“当我们早上起床时，我们‘打破禁食’，”埃文斯说。虽然打开冰箱不需要很多体力活动，但野生动物的情况却大不相同。“如果你是捕食性动物，你会奔跑去捕猎。如果你是猎物，你就会奔跑以逃脱。”
但周围组织（如肝脏和肌肉）中的起搏器如何知道是时候匆忙补充能量储备，这仍然是一个悬而未决的问题。当博士后研究员兼第一作者 Katja Lamia 博士开始探究新陈代谢和昼夜节律之间的关系时，她发现在 CRY1（加密色素 1 的缩写）中存在一个高度保守的磷酸化位点。加密色素最初是在植物中作为蓝光感光体进化而来的，尽管它们不再对光敏感，但现在是脊椎动物中生物钟不可或缺的一部分。.
该磷酸化位点是AMPK特异性的，AMPK的作用就像一个油量计，能够感知细胞有多少能量。当细胞能量充足时，AMPK保持不活跃状态，细胞会进行正常的生理活动。她的实验表明，如果细胞能量耗尽，AMPK会被激活，并将一个磷酸分子连接到CRY1上，从而引发CRY1的降解。结果，昼夜节律会加速，然后时钟会被重置。.
“AMPK 磷酸化位点的引入将一个光传感器转变成了能量传感器，这使得营养物质能够为昼夜节律提供代谢输入，”Lamia 解释道。“在一个现有的信号通路中插入一个新颖的传感器，是解决一个相当复杂问题的绝妙方法。”
小鼠中AMPK的基因失活阻断了这些效应，稳定了CRY1并严重扰乱了外周生物钟。相比之下，用直接激活AMPK的合成药物AICAR治疗小鼠，在体外培养的细胞以及动物身上都重置了生物钟，证实了隐色素充当能量传感器，从而影响昼夜节律。.
参与这项研究的还有来自宾夕法尼亚大学医学院Abramson家庭癌症研究所的Uma M. Sachdeva和Craig B. Thompson，以及位于加利福尼亚州拉霍亚的索尔克生物学研究所分子与细胞生物学实验室的Daniel F. Egan、Debbie S. Vasquez和Reuben Shaw，基因表达实验室的Elliot C. Williams和Henry Juguilon，以及调控生物学实验室的Luciano DiTacchio和Satchidananda Panda。.
这项工作部分得到了美国国立卫生研究院、皮尤慈善信托基金会和生命科学研究基金会的资助。.
关于索尔克生物研究所：
索尔克生物研究所是世界上最杰出的基础研究机构之一，其国际知名的教职人员在独特、协作和富有创造性的环境中探索生命科学的基本问题。索尔克科学家专注于发现和指导未来几代研究人员，通过研究神经科学、遗传学、细胞生物学和植物生物学以及相关学科，在癌症、衰老、阿尔茨海默病、糖尿病和心血管疾病的认识方面做出了开创性的贡献。.
学院取得了许多成就，获得了包括诺贝尔奖和美国国家科学院院士在内的无数荣誉。该研究所由脊髓灰质炎疫苗先驱 Jonas Salk 博士于 1960 年创立，是一家独立的非营利组织和建筑地标。.
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