衰老会削弱昼夜节律,但各组织方式不同
最清晰的证据来自一项研究,该研究分析了年轻、中年和老年小鼠六个组织——下丘脑、肺、心脏、肾脏、骨骼肌和肾上腺——的基因表达节律。总体而言,衰老减少了节律性表达基因的数量,也就是说,遵循每日周期变化的基因变少了。这是昼夜节律控制减弱的迹象[2]。但具体细节因组织而异:老年小鼠的下丘脑和骨骼肌中,仅在一天中某一个相位达到峰值的基因大幅减少,提示这些组织内部失去了时序多样性[2]。
这对本问题很重要,因为它意味着对于衰老中的“生物钟”并不存在单一答案。像下丘脑这样的组织可能失去节律振幅或改变峰值时间,而另一个组织可能保留更多节律,但发生周期变化的基因种类改变了。该研究还发现了一些基因簇,它们会随年龄在一天中的特定时间发生变化,但并不具有节律性——因此有些衰老效应是时间相关的,但严格来说并不属于昼夜节律[2]。
多胺至少能影响下丘脑的生物钟基因
多胺——腐胺、亚精胺和精胺——是参与细胞生长和应激反应的小分子。在下丘脑来源的细胞系(GT1-7细胞)中,用腐胺处理细胞会以时间依赖的方式增加核心昼夜节律基因和GnRH(控制生殖的激素)的表达,在6小时间隔时出现显著变化[1]。同一项研究发现,在腐胺处理下,昼夜节律基因mRNA与GnRH mRNA呈强正相关,而在活体动物中破坏下丘脑的昼夜节律性,会消除多胺和GnRH的正常节律性[1]。
这些发现提示,多胺与生物钟在下丘脑中存在联系,多胺可能有助于维持或调节那里的生物钟基因活性。该研究还报告,昼夜节律基因mRNA水平在成年下丘脑中升高,但随衰老显著下降[1]。这与“年龄相关的多胺下降可能促成下丘脑生物钟功能减弱”的想法一致——但该研究并未直接检验多胺丢失是否导致生物钟衰退,因此这仍是一个假说,而非已证实的机制。
衰老使代谢节律在组织间失去协调
另一项小鼠研究检查了年轻和老年动物多个组织中的昼夜节律代谢组——即小分子的每日节律。研究发现,衰老对多胺通路的影响具有显著的组织特异性,并在大脑中采样了视交叉上核(SCN),即身体的中央生物钟[4]。摘要报告称,衰老过程中跨组织的昼夜节律代谢组失去了时间协调性,意味着组织间代谢过程的每日时序变得不那么同步[4]。
这之所以相关,是因为多胺是代谢组的一部分。如果多胺通路在不同组织中随年龄受到不同影响,那可能促成生物钟时序或强度的组织特异性变化。然而,该研究并未将多胺单独确定为原因,其摘要也未提供多胺节律本身是否丢失或偏移的细节。因此,证据支持衰老、多胺代谢与代谢时序紊乱之间存在联系,但并未建立具体的因果链。
为什么不同组织的时序和强度变化不同
细胞外基质(ECM)——细胞周围非细胞性的支架——受昼夜节律控制,而衰老会改变其生化和力学特性。一篇综述提出,这些与年龄相关的ECM变化可能反过来使生物钟失调,而生物钟随年龄减弱又可能损害富含基质组织中的每日ECM维护[3]。这为为什么有些组织表现出更大的生物钟变化提供了一种可能解释:ECM较多的组织,如骨骼肌或心脏,可能更容易受这一反馈回路影响。
该综述还指出,许多衰老标志都是昼夜节律计时的调节因素,提示衰老可能通过多种途径改变生物钟[3]。多胺可能是其中一条途径,但该综述并未专门讨论多胺。综合来看,证据支持这样一个模型:衰老通过多种组织特异性机制削弱昼夜节律,其中多胺下降在下丘脑以及可能其他组织中是一个合理的促成因素,但尚未被确立为普遍原因。
本文引用的文献
多胺相关的昼夜节律基因表达变化及其与GnRH-I表达的关系
在下丘脑细胞中,腐胺处理以时间依赖的方式增加核心昼夜节律基因和GnRH的表达,而下丘脑中的昼夜节律基因mRNA水平随衰老下降。
组织生物钟功能随年龄下降
衰老以组织特异性的模式减少了六种小鼠组织中节律性表达基因的数量,其中下丘脑和骨骼肌中仅在一天中一个相位达到峰值的基因大幅减少。
衰老及年龄相关疾病中的生物钟与细胞外基质稳态
一篇综述提出,细胞外基质中与年龄相关的变化可能使生物钟失调,而生物钟随年龄减弱可能损害富含基质组织中的每日ECM稳态。
小鼠衰老过程中多个组织昼夜节律代谢组失去时间协调性
在老年小鼠中,昼夜节律代谢组在组织间失去时间协调性,衰老对多胺通路的影响具有显著的组织特异性。
衰老与生物钟
衰老与节律性表达基因数量减少和昼夜节律控制减弱相关,这对预防措施和治疗的时机具有意义。
