2017 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予杰弗理·霍爾（Jeffrey C Hall）、邁克爾·羅斯巴希（Michael Rosbash）、邁克爾·楊（Michael W Young）。三位科學(xué)家的獲獎(jiǎng)理由是：因發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律的分子機(jī)制。相信作為醫(yī)學(xué)生，大家對生物鐘這個(gè)詞是不陌生的，中醫(yī)學(xué)也有很多關(guān)于時(shí)間醫(yī)學(xué)的描述，小編將帶領(lǐng)大家回顧生物鐘的機(jī)制研究簡史和中醫(yī)學(xué)的時(shí)間醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)。
一、生物鐘的研究簡史
晝夜節(jié)律
生物鐘是生物體內(nèi)周而復(fù)始的節(jié)律，如人們熟知的：動(dòng)物的晝行夜伏、植物的春華秋實(shí)。近 24 小時(shí)晝夜節(jié)律（circadian rhythm）是典型的生物鐘之一。
對自然界生物鐘的觀察有記載的可以上溯至公元 4 世紀(jì)，Androsthnenes 觀察到羅望子樹樹葉的運(yùn)動(dòng)有晝夜差別。意大利的 Santorio Santorio（1561-1636）前后 30 年記錄自己從早到晚的攝食量、排泄量和體重變化，發(fā)現(xiàn)有晝夜規(guī)律。但他們未能區(qū)分外界影響的節(jié)律與生物自主的節(jié)律。
1729 年，法國天文學(xué)家 Jacques Ortous de Mairan（1678-1771）用含羞草做材料，觀察其葉片和花的變化，將它放置在全暗處一段時(shí)間，葉片仍然有張有合，不依賴陽光，但他當(dāng)時(shí)沒有提出植物的晝夜節(jié)律是內(nèi)在的。
達(dá)爾文也研究過植物的節(jié)律，并提出晝夜節(jié)律的可遺傳性。常見的向日葵好像圍繞陽光的方向轉(zhuǎn)向，但通過紅外照相機(jī)可以看到向日葵朝向東方的行為早于日出，所以這也是內(nèi)在節(jié)律所驅(qū)動(dòng)。
Aschoff 和 Wever （1976）總結(jié)人的晝夜節(jié)律，讓德國大學(xué)生待在二戰(zhàn)留下的堡壘中，燈光恒定、食物恒定、溫度恒定、聲音控制。在外界環(huán)境線索缺乏的情況下，人們?nèi)匀槐３謺円构?jié)律，只是在十幾天后相位滯后。
晝夜節(jié)律的生物學(xué)意義目前仍不清楚。當(dāng)然在進(jìn)化過程中，生物活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)相匹配，也許可以節(jié)省能量、或提高效率。但如果沒節(jié)律又會(huì)怎么樣呢？藍(lán)綠藻有晝夜節(jié)律，把正常的藍(lán)綠藻與生物鐘周期異常的細(xì)菌在一起長期培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)最后生物鐘正常的細(xì)菌占了絕大多數(shù)，由此可見生物鐘對生物體是有利的。
遺傳學(xué)研究
在對生物鐘機(jī)制的研究歷程中，早期科學(xué)家用電生理研究生物鐘，插電極到細(xì)胞觀察電活動(dòng)，曾觀察到腦內(nèi)特定部位 SCN（視交叉上核，suprachiasmatic nucleus）的電活動(dòng)有晝夜周期。
如果用遺傳學(xué)研究生物現(xiàn)象，特別是用前饋遺傳學(xué)（forward genetics）——隨機(jī)篩選影響特定生物現(xiàn)象的突變——無需假設(shè)機(jī)理；這有別于通常采用的轉(zhuǎn)特定基因、敲除特定基因的反向遺傳學(xué)（reverse genetics）。這是遺傳篩選的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)時(shí)和現(xiàn)在都有人認(rèn)為遺傳篩選有很大的缺點(diǎn)：很多行為恐怕不是單個(gè)或幾個(gè)基因所決定的，復(fù)雜的行為需要有很多基因參與，用遺傳篩選對單個(gè)和少數(shù)基因有效，對更多基因參與的行為可能效果很差。
對于果蠅的行為，Jerry Hirsch 認(rèn)為不能用單基因解釋，也就不能通過遺傳篩選的方法研究行為，只能同時(shí)改變很多基因進(jìn)行代間選擇來推斷。而本哲（Seymour Benzer，1921-2007）則認(rèn)為果蠅的行為可以用突變單個(gè)基因的前饋遺傳學(xué)來進(jìn)行研究。
遺傳篩選的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是：建立檢測表型的方法，用致變劑誘導(dǎo)特定生物的不同基因發(fā)生突變，檢測不同突變種的表型。具體到果蠅的生物鐘，就應(yīng)該是建立檢測生物鐘的方法，用化學(xué)誘變劑誘導(dǎo)不同基因突變，然后一只一只檢測果蠅，以便發(fā)現(xiàn)改變了晝夜節(jié)律的突變種。
檢測果蠅晝夜節(jié)律的標(biāo)準(zhǔn)方法，是將單只果蠅放到透明的管中，管子只容一只果蠅來回走動(dòng)。一束光射過小管的中央，凡是果蠅走過管中央，計(jì)算機(jī)就記錄果蠅運(yùn)動(dòng)了一次。以此檢測果蠅活動(dòng)的變化，發(fā)現(xiàn)確實(shí)有晝夜規(guī)律。如檢測很多果蠅，工作量比較大。
Konopka 和 Benzer 用了兩個(gè)方法來加快速度。其一是果蠅遺傳學(xué)特有的 attached X，可以快速檢測 X 染色體的突變。其二是他們決定不篩選晝夜節(jié)律，而篩另一節(jié)律：果蠅羽化。果蠅受精卵成為胚胎，發(fā)育成為幼蟲，三次蛻皮后成為蛹，蛹經(jīng)過羽化成為成蟲。
Konopka 只篩選了不到兩百種品系的果蠅就得到第一個(gè)突變品系，繼續(xù)篩選不到兩千種品系的果蠅再得到兩個(gè)突變品系。
他們用羽化篩到突變品系后，更重要的是用標(biāo)準(zhǔn)檢測運(yùn)動(dòng)的晝夜節(jié)律之方法看個(gè)體的晝夜活動(dòng)是否變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)確實(shí)突變果蠅的運(yùn)動(dòng)晝夜節(jié)律異常。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)的三種品系的突變果蠅在表型上并不相同：一種沒有節(jié)律，一種節(jié)律周期長短加快到 19 小時(shí)，一種節(jié)律變慢到 28 小時(shí)。他們進(jìn)一步將突變種與已有的其他突變交配，確立三種突變在染色體圖譜的大概位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很近，他們進(jìn)一步把三種突變相互交配，進(jìn)行本哲發(fā)明的順反檢測，試圖確立它們是否同一基因，他們根據(jù)得到的結(jié)果推測三種突變可能是同一個(gè)基因的不同突變。他們把這個(gè)基因命名為period（簡寫per），無節(jié)律的為per0（per zero）、節(jié)律短的為pers（per short）、節(jié)律長的為perl（per long）。
基因的克隆和功能探索
找到了基因之后，有兩個(gè)團(tuán)隊(duì)競爭克隆果蠅的 per 基因：洛克菲勒大學(xué)的 Michael Young（楊邁克）；Brandeis 大學(xué)的 Jeffrey Hall（霍爾）與 Michael Rosbash（羅斯巴希）。楊邁克是研究果蠅出身，博士后的老師為克隆果蠅 DNA 的先驅(qū) David Hogness。
兩組科學(xué)家都確定了 per 基因在最初三種突變株的 DNA 變化：per0、pers、perl分別是提前終止、和兩個(gè)不同部位的堿基變化之后，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分別提出了per基因表達(dá)的是蛋白多糖、細(xì)胞交流的縫隙蛋白等假設(shè)，但后來都被證明是錯(cuò)誤的。
1988 年，霍爾—羅斯巴希組提出 per 表達(dá)的蛋白質(zhì)有晝夜變化（Siwicki et al., 1988），并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了果蠅頭部per基因表達(dá)的晝夜節(jié)律，并提出了 per 蛋白質(zhì)是基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的假說。以后有更多證據(jù)表明，per 參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，而且與多個(gè)基因有關(guān)。
更多的生物鐘基因
影響生物鐘不可能只有一個(gè)基因。
1971 年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)影響果蠅生物鐘的基因per。
1990 年，霍爾—羅斯巴希組發(fā)表“新”的果蠅晝夜節(jié)律基因“鐘”（Clock），不過他們于 1992 年發(fā)現(xiàn)這不是新的基因而僅為 per 基因的另一突變而已。
1991 年 Konopka 等發(fā)表第二個(gè)影響果蠅生物鐘的基因Andante。
1994 年，楊邁克實(shí)驗(yàn)室報(bào)道他們發(fā)現(xiàn)了timeless基因（“無時(shí)間”，簡稱Tim）。他們用了轉(zhuǎn)座子插入誘導(dǎo)突變，以利克隆基因，而最初的檢測也是羽化，其后用活動(dòng)節(jié)律核實(shí)確實(shí)影響了晝夜節(jié)律。她們還發(fā)現(xiàn)tim的突變也影響per的 RNA 晝夜變化，所以與per基因相關(guān)。
從模式生物到高等動(dòng)物
那么果蠅與哺乳類是否有類似的分子機(jī)理?
如果果蠅的per基因只是在果蠅和昆蟲起作用，那么意義就有限。如果找到高等動(dòng)物的Per并因此開啟研究高等動(dòng)物生物鐘的分子機(jī)理，那么意義就較大。所以果蠅的per基因在 1984 年被克隆后，長期有人試圖在高等動(dòng)物中找到Per基因，但無果。1997 年，美國華人科學(xué)家在研究其他問題的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因與per有序列相似性（Sun et al., 1997）。比較它們后知道，以前沒找到的原因是哺乳類的Per與果蠅的per基因在整個(gè)基因的相似性不很高，而局部很高。以前用整體去找很難找到，而用局部的困難在當(dāng)時(shí)并不知道哪段是保守的。
在細(xì)胞層面，目前認(rèn)為，動(dòng)物體內(nèi)絕大多數(shù)細(xì)胞（甚至所有細(xì)胞）都有生物鐘。果蠅的翅膀切下后依然可以觀察到其中的生物鐘影響，人的肝臟細(xì)胞體外培養(yǎng)也表現(xiàn)出代謝上的節(jié)律。現(xiàn)在認(rèn)為生物鐘分為中樞的主鐘和外周的鐘。外周鐘可以自行運(yùn)轉(zhuǎn)，但主鐘控制全身的外周鐘，特別是同步化外周鐘。
二、中醫(yī)學(xué)中的時(shí)間醫(yī)學(xué)
中醫(yī)時(shí)間醫(yī)學(xué)是指以中醫(yī)基礎(chǔ)理論作為指導(dǎo)，結(jié)合“天人合一”、整體觀理論，根據(jù)自然變化規(guī)律跟人體陰陽、 五行相生相克理論來指導(dǎo)養(yǎng)生與疾病的診治。 人體內(nèi)存在陰陽、 營衛(wèi)、臟腑、脈象等的變化，而自然中存在時(shí)辰、晝夜、月相、節(jié)氣、季節(jié)等變化，人體的各項(xiàng)生理機(jī)能受到自然環(huán)境的影響，因此，可以從人和自然的變化中找出疾病發(fā)生演變的規(guī)律，用于預(yù)防和治療。概括起來，主要有以下幾個(gè)方面：
人體生理隨時(shí)節(jié)而變化
自然中陰陽隨季節(jié)而變：“春夏則陽氣多而陰氣少，秋冬則陰氣盛而陽氣衰。”而“春夏養(yǎng)陽，秋冬養(yǎng)陰”，就是順應(yīng)季節(jié)的變化規(guī)律來養(yǎng)生。晝夜間陰陽亦是隨時(shí)辰變化的，如《素問 ·金匱真言論篇》 ：“陰中有陰，陽中有陽。平旦至日中，天之陽，陽中之陽也； 日中至黃昏，天之陽，陽中之陰也； 合夜至雞鳴，天之陰，陰中之陰也； 雞鳴至平旦，天之陰，陰中之陽也。 故人亦應(yīng)之?！?人體陽氣亦順應(yīng)自然界的陰陽存在變化規(guī)律變化的，《素問 · 生氣通天論》 ：“故陽氣者，一日而主外。平旦人氣生，日中而陽氣隆，日西而陽氣已虛，氣門乃閉。”陽氣從平旦始生，到日中最旺，午后開始減弱。白天陽盛，夜晚陰盛的變化為人的工作與休息創(chuàng)造了條件。
時(shí)節(jié)變化會(huì)導(dǎo)致不同疾病的發(fā)生
《素問 · 厥論》 ： “春夏則陽氣多而陰氣少，秋冬則陰氣盛而陽氣衰。 ” 《素問 · 宣明五氣篇》 曰 :“陽病發(fā)于冬 , 陰病發(fā)于夏”。夏季陽盛陰弱，陰虛疾病加重； 冬天陰盛陽衰，陽虛疾病加重?！端貑?· 陰陽應(yīng)象大論》：“冬傷于寒，春必溫??；春傷于風(fēng)，夏生飧泄； 夏傷于暑，秋必痎瘧；秋傷于濕，冬生咳嗽。” 每個(gè)季節(jié)都有相應(yīng)的特點(diǎn)，春季多風(fēng)，夏季多暑，秋冬之交多濕邪，冬季多寒，若在該季感受到的邪氣不即時(shí)發(fā)病，便會(huì)潛伏在人體內(nèi)，于下一季節(jié)發(fā)病，即“伏邪” 致病。
一日之內(nèi)病情亦會(huì)隨人體陰陽盛衰而變化?！鹅`樞 · 順氣一日分為四時(shí)》：“朝則人氣始生，病氣衰，故旦慧；日中人氣長，長則勝邪，故安；夕則人氣始衰，邪氣始生，故加；夜半人氣入藏，邪氣獨(dú)居于身，故甚也?！?當(dāng)人體陽氣漸盛，正強(qiáng)于邪，會(huì)遏制病情發(fā)展，則病情輕；當(dāng)夜晚陽氣減弱，邪氣漸盛，則病情加重，甚至危及生命。
時(shí)間醫(yī)學(xué)理論用于疾病的診斷
人體陰陽、 氣血隨十二時(shí)辰而變，根據(jù)十二經(jīng)脈循行規(guī)律，每一臟腑與一時(shí)辰相對應(yīng)，在臨證時(shí)亦需根據(jù)疾病在不同季節(jié)、時(shí)辰變化特點(diǎn)來辨證。對于病因不明的疾病，也可根據(jù)不同時(shí)間病情變化特點(diǎn)來輔助診斷。如慢性疲勞綜合癥患者，根據(jù)他們的體溫、心率、血壓的時(shí)間變化規(guī)律及晝輕夜重的特點(diǎn)可推斷出其為氣陰兩虛，病位在心脾。 研究發(fā)現(xiàn)對于證型不同的急性心梗患者的發(fā)病時(shí)間亦不同，氣滯血瘀癥、痰濁閉阻證、氣虛證分別在在午時(shí)、巳時(shí)、子時(shí)高發(fā)。
運(yùn)用時(shí)間醫(yī)學(xué)理論遣方用藥
《丹溪心法·痢》：“達(dá)者更能參以歲氣時(shí)令用藥，則萬舉萬全?！薄对⒁獠荨罚骸爸尾”乇舅臅r(shí)也?！?都強(qiáng)調(diào)了據(jù)時(shí)令辨證用藥的重要性。 在疾病治療過程中，不僅需要根據(jù)患者的癥狀整體辨證用藥，還需結(jié)合時(shí)令變化來用藥。亦有“冬春病溫，忌發(fā)散” 和“夏三月必佐胃藥”之說。
人體氣血也是會(huì)隨著月之盈虧發(fā)生變化的，《素問·八正神明論》提出了“月生無瀉，月滿無補(bǔ)”的治療原則，月亮漸生的時(shí)候，人體氣血精氣亦生，到了月滿的時(shí)候，也是人體氣血最旺盛的時(shí)候，此時(shí)無需加補(bǔ)；當(dāng)月廓漸空時(shí)，人體氣血亦始虛，衛(wèi)氣固攝作用減弱，此時(shí)不應(yīng)用瀉法，以免失治。
三、結(jié)語
相信通過上文的閱讀，讀者對生物鐘分子機(jī)制的研究簡史有了大略的了解，也對中醫(yī)時(shí)間醫(yī)學(xué)有了初步認(rèn)識(shí)，而生物鐘的研究重要問題并未完全解決。
前文提及遺傳篩查的缺點(diǎn)，而主鐘細(xì)胞內(nèi)的基因恐怕沒有窮盡，而是還有。
非 24 小時(shí)的其他節(jié)律的生物鐘，它們的機(jī)理是什么？
中醫(yī)的時(shí)間醫(yī)學(xué)理論如何更好地與臨床相結(jié)合？從子午流注在針灸臨床的應(yīng)用到三伏灸，目前的應(yīng)用已有一定成效，但如何取得更多的系統(tǒng)性的成果還需努力。
參考文獻(xiàn)：
[1]畢立苑.中醫(yī)時(shí)間醫(yī)學(xué)簡述[J].現(xiàn)代養(yǎng)生B,2016,(2):180-180.DOI:10.3969/j.issn.1671-0223(b).2016.02.162.
[2]http://daily.zhihu.com/story/9640308?utm_campaign=in_app_share&utm_medium=Android&utm_source=com.android.mms.ui.ComposeMessageActivity
編輯｜云青 張瀾
圖片｜凌玲
技術(shù)｜白穎
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