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Nature :解读生物节律密码,有效抵抗衰老

抵抗衰老,延长健康寿命,一直是医学工作者的最高理想。衰老的本质是长年的损伤积累和机体修复功能的下降,临床表现为代谢病、肿瘤、心血管疾病和神经退行性疾病的高发。


如何才能更有效地抵抗衰老?
 
最近,Nature 子刊 Nature Communications 在线发表了一篇重磅文章,系统阐述了生物钟在抗衰老中的重要价值

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生物钟,又叫生物节律,它包括了饮食、睡眠、运动等一系列的周期性生命活动。2017年的诺贝尔生理学或医学奖,更是颁给了生物钟领域的三位科学家,将生物节律研究推向了前沿。

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图片来源:诺贝尔奖官网


饮食节律
 
固定的时间段进食,以及每日进食量的基本稳定是人类的两大特征。然而,随着全天候可获取食物的普及,目前有50%以上的人每天进食周期超过15小时。进食时间紊乱尤其是夜间进食,即使总热量不变,也更容易出现衰老相关的代谢疾病。
 
研究发现,进食时间的提前,例如醒后30分钟内进食,可以有效缓解衰老表型,使血糖和血压的昼夜波动幅度降低,氧自由基等活性氧簇减少,抗氧化酶活性增强。

并且,高热量食物摄入的时间前移,如早餐比晚餐更丰盛,可以更有效地改善糖耐量,降低下丘脑腹外侧核饥饿中枢的脑电活跃度,并增加食物热效应,减少热能的脂肪转化。

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营养素与生物钟的联系

对于进食的时间,研究显示下午3点后不再进食主餐,可以改善机体代谢水平,延缓衰老的发生。而下午4点后再吃晚餐,可能会对抗衰老不利,因为这对血糖血脂和血压的控制造成了影响。

每日进食总量的稳定同样重要。适度限制总热量可以改善多种健康指标,包括降低热能脂肪转化、降低心血管疾病和癌症的发病率、降低胰岛素-Akt-FOXO 信号通路活性等。对日本冲绳的百岁老人的研究发现,他们一生中的大部分时间都坚持了热量摄入限制,表明热量限制对长寿有益。

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限制热量摄入改善衰老相关疾病
 
热量摄入限制也可以增强几种衰老相关疾病的疗效。最近的一项临床试验发现,限制热量摄入可以增强肿瘤铂类化疗的敏感性,减少毒副作用;生酮饮食会增加慢波睡眠并减少快速眼动睡眠,从而改善睡眠节律;素食为主的饮食中发现,低甲硫氨酸含量通过增加 FGF-21的循环水平来改善代谢。
睡眠节律

睡眠/觉醒周期是很显而易见的生物节律。美国国家睡眠基金会建议,成年人(18~64岁)每天睡眠时间7~9小时,65岁以上的老年人每天睡眠时间7~8小时。但报告显示,有30%以上的成年人每天的睡眠时间不足6小时。

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推荐睡眠时间,https://www.sleepfoundation.org

而且,睡眠时间的紊乱,如夜班后补觉、倒时差等行为,如果很频繁的话,会明显加速衰老进程。睡眠节律紊乱会降低机体的葡萄糖代谢功能,使代谢疾病发病率大大增加。这是因为,完全或部分性睡眠剥夺后,交感神经系统活动增加,皮质醇和生长激素的昼夜节律混乱,瘦素的水平下降,这样会导致日能量摄入平均增加约 385 大卡。

睡眠紊乱还会导致大脑衰老,伴随着神经通路中断和脑萎缩,使得大脑启动和维持睡眠的能力降低,从而进入恶性循环。研究表明,睡眠脑电图中的低慢波反映了睡眠深度,在睡眠节律紊乱的年轻人中,这种低慢波更普遍,而这种波形的增加其实是老年人睡眠的特征。

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年轻人和老年人的睡眠节律。doi: 10.1016/j.neuron.2017.02.004

昼夜节律紊乱和血清素的改变也有关。血清素在睡眠调节中起着重要作用,人类大脑中血清素受体数量随着年龄的增长而减少,紊乱的睡眠会使这一进程加速。

运动节律

日出而作,日落而息,这是写入人类基因的健康活动规律。而现代人缺乏运动不仅会导致精神懒惰,更会加速机体的衰老。规律的有氧运动已被证明可以改善认知和记忆,并促进大脑的结构和功能的可塑性,一定程度上可以逆转衰老的大脑功能。 

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运动与生物钟的互相影响机制。doi: 10.1038/s41574-018-0150-x

就老年人而言,适度的运动仍然是有益的,因为这可以增强认知功能。研究已经证明,在一年的规律步行训练后,老年人常见的海马体积损失可以部分恢复,这对改善记忆尤为重要。

运动的最佳时间取决于肌肉生理的昼夜波动。与清晨相比,下午肌肉的力量、爆发力和耐力会增加。其中,影响一天中特定时间运动表现的一个关键因素是体温。与上午相比,下午机体散发核心体温的能力明显增强。这种散热能力的增强可能是下午运动表现普遍提高的一个原因。

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人体骨骼肌生理状态的昼夜波动。doi: 10.1038/s41574-018-0150-x

运动的昼夜节律紊乱会对身体产生负面影响。因此,保持规律的锻炼,维持白天尤其是下午运动的节律性,对延缓衰老大有裨益。

预测个体的生物节律

生物节律是因人而异的,因此不可以要求所有人按照统一的生物钟作息。为此,开发预测个体生物节律的方法具有很大的临床价值。

TimeSignature是美国开发的昼夜节律预测模型。这是一种基于机器学习的算法,使用约40个基因作为标志物,可以从血液样本准确预测个体内部的节律波动,误差小于2小时。

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TimeSignature预测模型的准确性。doi: 10.1073/pnas.1800314115

BodyTime是由德国科学家开发的预测模型,他们使用12个人的血液样本进行了转录组学分析,结合机器学习方法,确定了可预测生物节律的一系列生物标志物。这个模型通过简单的血液分析,就可以得出每个人的最适睡眠规律。对指导睡眠以及临床用药都有很大的应用前景。

生物节律和衰老都是自然赋予生命的法则,两者的研究正方兴未艾。也许当我们破译了生物节律的密码时,我们就离实现人均百岁的梦想不远了。


文章来源:梅斯医学

论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22922-6


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