Nature揭示人体必需微量元素的意外作用

　　

生物通报道  科学家们发现，我们膳食中一种必需的矿物质发挥了一种意外的作用：帮助了生物体适应昼夜节律。

发表在《自然》（Nature）杂志上的这项研究证实，镁，一种存在于许多食物中的营养物质，帮助控制了细胞如何守住自己的时间形式，以应对自然环境的昼夜更替。

这一细胞中的研究发现预计与身体的生物钟有关联，生物钟影响了人体睡眠和觉醒、激素释放及体温的昼夜节律，以及其他一些重要身体机能。

这一惊人的研究发现或许可以帮助开发时间疗法（chronotherapy，根据时间来安排治疗），培育提高产量或是可调节收获季节的新农作物品种。

针对三种主要的生物机体——人类细胞、藻类和真菌开展实验，研究人员发现在每种情况下细胞中镁的水平都按日周期节律升高和降低。

科学家们发现，这种振荡对于维持细胞中的24小时生物钟至关重要。他们惊讶地发现，它还对一天中细胞内的代谢——细胞以多快的速度将营养物质转变为能量——产生了巨大的影响。

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爱丁堡大学和MRC分子生物学实验室的研究人员利用分子分析，发现了在所有细胞类型中镁的浓度按24小时周期升降，这影响了细胞的生物钟。

进一步的测试表明，镁的水平与细胞燃烧能源的能力有关。大家都已经知道，镁在帮助生物转化食物为燃料中发挥了至关重要的作用，但科学家们惊讶地发现，它还控制了这一生物功能发生的时间以及效率。

该研究的领导者、爱丁堡大学生物科学学院的Gerben van Ooijen博士说：“生物钟对于所有生物都至关重要。它们影响了我们自身机体健康和疾病的许多方面，也同样影响了农作物和微生物。现在有必要去弄清楚这些全新的观察发现如何转化至整个组织或生物体，使得我们能够更有针对性地在复杂生物体中影响它们，在未来达到某些医学和农业目的。”

该研究的另一位资深作者、MRC分子生物学实验室的John O'Neill博士说：“尽管镁在各种组织中的临床意义才刚刚开始获得更多的关注，以往却从未有人考虑过镁调控我们机体生物钟和代谢的机制。新研究发现有可能促成从人类健康到农业生产广泛的利益。”

镁是人体不可缺少的矿物质元素之一，几乎参与人体所有的新陈代谢过程。近年大量的研究证实了镁对于人体健康的影响。

2008年美国研究人员发表的一份研究报告认为，镁缺乏会加速人体细胞的老化，这或许阐明了长期镁缺乏与患老年病风险加大之间的关系（美研究发现镁缺乏加速人体老化）。

2011年，来自清华大学医学院、多伦多大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在合作研究项目中证实提高大脑内镁离子水平不仅能够增强大脑正常的学习与记忆能力，还有助于消除恐惧记忆。这一研究成果发表在神经科学主流期刊Journal of Neuroscience上（清华大学《Journal of Neuroscience》发表新成果）。

一个国际研究小组公布的分析结果显示，多吃绿叶菜、坚果、豆类等富含矿物质镁的食品，可能会降低中风风险。但研究人员并不建议每日服用镁补充剂。这项研究成果发表在2012年的《美国临床营养学期刊》上（多吃富含镁食品可降低中风风险 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance

Circadian clocks are fundamental to the biology of most eukaryotes, coordinating behaviour and physiology to resonate with the environmental cycle of day and night through complex networks of clock-controlled genes1, 2, 3. A fundamental knowledge gap exists, however, between circadian gene expression cycles and the biochemical mechanisms that ultimately facilitate circadian regulation of cell biology4, 5. Here we report circadian rhythms in the intracellular concentration of magnesium ions, [Mg2+]i, which act as a cell-autonomous timekeeping component to determine key clock properties both in a human cell line and in a unicellular alga that diverged from each other more than 1 billion years ago6. Given the essential role of Mg2+ as a cofactor for ATP, a functional consequence of [Mg2+]i oscillations is dynamic regulation of cellular energy expenditure over the daily cycle. Mechanistically, we find that these rhythms provide bilateral feedback linking rhythmic metabolism to clock-controlled gene expression. The global regulation of nucleotide triphosphate turnover by intracellular Mg2+ availability has potential to impact upon many of the cell’s more than 600 MgATP-dependent enzymes7 and every cellular system where MgNTP hydrolysis becomes rate limiting. Indeed, we find that circadian control of translation by mTOR8 is regulated through [Mg2+]i oscillations. It will now be important to identify which additional biological processes are subject to this form of regulation in tissues of multicellular organisms such as plants and humans, in the context of health and disease.