38、昼夜节律：宿主与微生物组的相互作用

昼夜节律：宿主与微生物组的相互作用

1. 昼夜节律基础

许多生物都拥有由内源性振荡器驱动的生理和行为周期，周期约为 24 小时。这种昼夜稳态机制的进化，使生物能够适应有节奏的环境挑战，从而获得竞争生存优势。从动物到细菌、真菌和植物，大多数生物都表现出不同复杂程度的昼夜节律。

过去，昼夜节律钟常被认为是转录和翻译的反馈循环。但近年来的研究发现了大量翻译后昼夜振荡器。而且，许多生物的昼夜节律系统是动态且高度适应的，与传统时钟不同。即便在没有光照和温度等环境信号的情况下，某些生物节律依然存在。

哺乳动物的 24 小时周期通常包括一个活跃进食阶段和一个休息禁食阶段。在人类中，白天是活跃阶段；而在生物医学研究中常用的小鼠模型里，夜间才是活跃阶段。越来越多的证据表明，宿主的昼夜节律、饮食和共生微生物群之间存在着密切的联系。

1.1 哺乳动物的昼夜节律机制

在哺乳动物中，位于下丘脑视交叉上核（SCN）的中央振荡器产生昼夜节律，并使外周组织同步。SCN 通常通过视网膜中固有感光视网膜神经节细胞的传入信号与太阳时间同步。外周组织则利用基于时钟蛋白的电路产生振荡，这些时钟蛋白可以在细胞自主的情况下产生转录节律。在小鼠中，多达 45% 的转录组遵循约 24 小时的振荡模式。

哺乳动物神经元和外周细胞的潜在机制是一个转录 - 翻译反馈回路，其周期为 24 小时。该回路包括 CLOCK 和 BMAL1 蛋白，它们激活编码阻遏物 PERIOD（PER）和 CRYPTOCHROME（CRY）的基因转录。这些基因的产物可以形成 PER/CRY 阻遏复合物，该复合物可以转移到细胞核中，抑制 CLOCK/BMAL1 的转录活性，从而导致 PER 和 C