Science、Cell Stem Cell两篇最新论文：中央生物钟和组织生物钟之间的同步保持了它们的功能，防止了衰老

来自UPF和巴塞罗那IRB的一组科学家同时在《科学》和《细胞干细胞》杂志上发表了两篇互补的研究文章，揭示了中枢和外围生物钟协调调节皮肤和肌肉的日常活动。两个时钟(中央和外周)之间的协调保证了50%的组织昼夜节律功能，包括细胞周期、DNA修复、线粒体活性和代谢等重要过程。大脑中央时钟和外围时钟之间的同步可以防止肌肉过早老化并改善肌肉功能，这表明通过昼夜节律调节来解决与年龄相关的衰退的新策略。

　　

生物钟于20世纪70年代被发现，对人体大多数细胞的生物时间调节至关重要。这些内部机制将生物过程调整为24小时周期，使细胞功能与环境中的日常变化同步。昼夜节律由大脑中的一个中央时钟协调，并与不同外围组织的时钟沟通，影响着从我们的睡眠模式到我们代谢食物的能力等许多功能。

由巴塞罗那IRB的ICREA研究员Salvador Aznar Benitah博士和庞培法布拉大学(UPF)医学和生命科学系的ICREA研究员Pura博士Pura Muñoz-Cánoves领导的一个团队描述了中央生物钟和肌肉和皮肤中外周生物钟之间的同步，如何在确保这些组织的正确功能，以及在防止与衰老相关的退化过程中发挥关键作用。

这项工作的结果已经在高影响力期刊上发表了两篇文章。其中关于中央时钟和肌肉外周时钟同步的研究出现在Science上，而关于中央时钟和皮肤外周时钟协调的工作发表在Cell Stem Cell上。两项研究都揭示了共同的机制，强调了这种协调对维持肌肉和皮肤的最佳功能的重要性。

这项工作还描述了外围时钟的非凡自治程度，它可以在没有中央时钟的情况下维持24小时周期并管理大约15%的昼夜节律功能。

巴塞罗那IRB干细胞和癌症实验室负责人Aznar Benitah博士说:“看到大脑和外围生物钟之间的同步如何在皮肤和肌肉健康中发挥关键作用是很有趣的，而外围生物钟在执行最基本的组织功能方面是自主的。”

“我们的研究表明，只需要两个组织时钟(一个是中心时钟，另一个是外围时钟)之间的最小相互作用，就能保持肌肉和皮肤等组织的最佳功能，避免它们的退化和衰老。现在，下一步是确定参与这种相互作用的信号因子，并考虑到潜在的治疗应用，”Muñoz-Cánoves博士解释说。 

与肌肉外周时钟协调，维持肌肉功能，防止过早衰老

发表在《科学》杂志上的这篇关于大脑和肌肉之间交流的研究证实，中枢和外围生物钟之间的协调对于维持日常肌肉功能和防止肌肉组织过早衰老至关重要。在实验小鼠模型中，恢复昼夜节律可以减少肌肉质量和力量的损失，从而改善恶化的运动功能。

研究结果还表明，限时进食(TRF)，即只在一天的活跃阶段进食，可以部分取代中央时钟，增强肌肉时钟的自主性。更重要的是，通过TRF恢复昼夜节律可以减轻老年小鼠的肌肉损失、代谢和运动功能的恶化以及肌肉力量的丧失。

这些发现对肌肉老化疗法的发展和老年人身体机能的增强具有重要意义。 

皮肤的外周生物钟整合并调节大脑信号

在《细胞干细胞》杂志上发表的这项研究中，研究小组已经证明，皮肤生物钟在协调皮肤组织的日常生理机能方面起着关键作用。通过整合大脑信号，有时通过修改它们，这种协调确保了皮肤的正常运作。

一个令人惊讶的发现是，在没有外周生物钟的情况下，中央生物钟会维持皮肤的昼夜节律，但它的工作方式与通常情况相反(也就是说，时间安排相反)。例如，研究人员观察到，如果只受中央时钟的调节，DNA复制将发生在白天，当皮肤暴露在紫外线下时，这将增加积累突变的风险。这一现象凸显了外周时钟的重要性，它不仅接收来自协调整个生物体节律的中心时钟的信号，而且还根据所在组织的特定需要调整这些信号(以皮肤干细胞为例，DNA复制在白天暴露在紫外线下后达到峰值)。

该项目得到了欧洲研究理事会、欧盟H2020计划、科学、创新和大学部、加泰罗尼亚政府、Lilliane Bettencourt基金会、“la Caixa”基金会、Marató de TV3基金会、BBVA基金会和诺和诺德基金会的资助。