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約日節律

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約日節律

生理暨藥理學科 黃榮棋副教授

  「約日節律」是什麼?這個我們身體每天都要表現一次的現象,知道的人恐怕不會太多。也因為這樣,當我有機會接受兩位故友邀約,到他們學校為同學介紹「約日節律」的時候,便拼命上網尋找有關「約日節律」的圖片,希望能一開始就吸引聽眾的注意力。無意間發現到一個網頁,一則2003年澳洲國家大學屬名 Edward O'Daly 所做的報導,文章描述一位當地頗有名氣的該校音樂教授,為舞者創作了「Dancing to a circadian thythm ( 舞動約日節律 ) 」,觀者爆滿。於是我終於有了可以放在第一張投影片上的漂亮圖片:三位舞者,一前二後,手姿狀如時針與分針 (  我的詮釋 )。但同時我心裡難免嘀咕,擔心同學尚不知「約日節律」為何物?而澳洲大學師生與當地居民卻已能欣賞「約日節律」。

  雖然同學們可能還是不知道「約日節律」是什麼?但坐飛機到美國的人都經驗過「時差」,這是種「約日節律」的睡眠障礙:你的身體各個器官正以不同速率調整到新時區,這段人體各器官尚未完全調整成當地時間,所產生的不協調 ( 不同步 ) 現象。換句話說,當你坐飛機到了美國,當地的光照訊息透過眼睛視網膜 ( 與視覺無關的特殊感光細胞 ) ,經由視神經傳到你腦子下視丘第三腦室旁的兩個小小腦核 ( 視叉上核;人體的「約日時鐘」,負責協調身體各器官的總司令 ) 時,你的「約日時鐘」立即進入狀況,只是總司令下達的協調命令,並沒有馬上讓身體各個器官跟著動起來,有的配合得快,有的配合得慢,其中尤以肝臟最慢,需時兩個星期。這個可由鼠類身上做出來的實驗結果,證實倒蠻符合我們的時差經驗。

  人體有究竟多少種約日節律?起碼百種以上,包括醒睡、體溫、賀爾蒙等等。光是小鼠的肝臟組織,就有數百種基因呈現約日週期性的變化。這些基因有許多是與代謝有關的。畢竟,我們的寵物鼠不是在睡覺,就是醒著吃東西。也有證據顯示,造成約日節律的幾個所謂的時鐘基因,顯然也在細胞週期扮演著重要角色,這多少又會撩起有些爭議的「時間療法」,像是最佳的化療時機?

  這個位在下視丘視叉上核的「約日時鐘」,研究人員花了許久時間,好不容易才找到。因為,這對腦核的神經元數目不過兩萬個,還不到數以億計的腦細胞總數的萬分之一,所以想要亂槍打鳥,萬一沒打到也是很合理的事情。

  這麼少的神經元,如何能協調這麼多的器官與這麼多的其他細胞?不難想像,總司令不可能直接指揮班兵作戰,總是透過轄下的軍團司令、師長等分層逐級下達命令。最近研究指出,後下視丘與前下視丘扮演著這樣的角色。想要完全了解這麼多節律如何受這個「約日時鐘」的調控,非得找出這些不同節律的不同溝通管道不可。

  「約日時鐘」是與生俱來的,我們可以把視叉上核挖出來做實驗。在離體狀況下,視叉上核的基因表現與電活性等,都有約24小時左右 ( 約日 ) 的週期性變化。視叉上核就是透過電活性的「約日節律」,週期性釋出神經傳導物質或賀爾蒙,來調控其他組織器官。因此,若讓小鼠在無光照 ( 全暗 ) 的狀況下跑輪子,表現出的活動週期也就會是大約24小時左右,而非24小時整。這正是約日 ( circadian:circa,「約」也;dian,「日」也 ) 名稱的來源。

  最後總難免要問到,「約日節律」是怎麼演化出來的?想想看,你是個單細胞的藍綠菌,身體裡空蕩蕩地沒有任何胞器可以用來隔間。你必須趁白天有陽光的時候行使光合作用,卻又必須找時間行固氮作用,還要分裂繁殖。可是固氮酵素怕氧,而光合作用會製造氧,兩者勢必無法同時進行;同樣地,細胞分裂時的 DNA 複製也怕陽光裡的紫外線,因此,最好也不要在大白天複製。所以囉,光合作用可以在大白天堂而皇之進行,固氮與分裂就只好躲在傍晚或夜裡,沒人看見的時刻偷偷進行了。

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