为什么人类在白天比在夜晚更活跃？生活节奏之谜的终结：支持人类昼行性的“坚固细胞时钟”

为什么人类在白天比在夜晚更活跃？生活节奏之谜的终结：支持人类昼行性的“坚固细胞时钟”

我们如果持续“熬夜”，就容易损害健康。相反，沐浴在晨光中活动会让身体状态更好——这种感觉可能是许多人共同的体验。然而，人类为何在白天醒来、夜晚入睡，即“昼行性”的原因是什么呢？追溯进化历史，早期哺乳动物为了避开白天横行的恐龙，主要在夜间活动。然而，包括人类在内的一些谱系，却多次独立地实现了“回归白昼”的转变。针对这一长期谜题，研究表明答案在于“细胞”而非“脑”——这一结论得到了强有力的研究支持。


“昼型・夜型的差异”无法仅用脑的连接来解释

在昼夜节律（昼夜节律）中，脑内的“主钟”是核心。然而，在夜行性和昼行性动物中，这个主钟的基本运作并没有显著差异。因此，“如何转变为昼行性”一直是个难题。此次研究表明，决定性差异不在于脑的回路，而在于包括末梢在内的“个体细胞”如何对日内波动的体内环境信号作出反应。


体内的“小波动”推动细胞的钟

在我们体内，温度、体液平衡（渗透压）、营养状态等在24小时内会略有波动。研究团队认为，这些物理和化学的“微小日周变动”影响细胞内的化学反应和蛋白质的合成与修饰，进而成为细胞判断“现在是白天/夜晚”的线索。


有趣的是，即使给予相同的“温度日周循环”，来源于昼行性动物的细胞和来源于夜行性动物的细胞，其昼夜钟的偏移方向（相位移）可能相反。也就是说，从外部看来相同的刺激，细胞接收到的“意义”在昼型和夜型中是不同的。


主角是mTOR和WNK——“代谢指挥塔”与时间偏好的联系

研究指出，产生差异的核心是两条信号通路。其一是mTOR（雷帕霉素的机械靶点），它是根据营养和能量状态统筹蛋白质合成等的细胞“代谢指挥塔”。另一条是WNK（无赖氨酸），被认为是调节离子和渗透压等体液平衡的网络。观察到在人类细胞和小鼠细胞对温度变化的反应中，蛋白质合成和酶活性“不同/有时相反”地变化，暗示了mTOR和WNK敏感性的差异。


关键在于，仅观察“昼夜钟”容易忽视的事实。昼型和夜型的钟齿轮本身并非不同，而是输入到齿轮中的“代谢和体液传感系统”的反应方式不同。结果是，即使面对同样的日周变动，也会分化出在白天活动有利的个体和在夜间活动有利的个体——这样的图景浮现出来。


昼行性细胞“对温度波动更强韧”＝坚固的细胞钟

论文的要点还报告称，昼行性细胞对温度变化，蛋白质合成、磷酸化、昼夜钟的时机“受影响较小（稳健）”。换句话说，昼型的细胞钟可能设计成不易受温度或渗透压波动影响。


这种“稳健性”在转变为昼行性时是合理的。白天外界温度和活动量容易波动，进食、运动、压力反应等也容易发生。在这样噪音多的时间段活动，细胞的基本功能不被波动干扰的机制更有利。


基因进化的痕迹：mTOR及相关网络“快速变化”

研究团队还进行了比较基因组分析，报告称在昼行性哺乳动物中，mTOR和WNK等网络中的基因群显示出“比通常更快的进化”。昼行性的转变不仅是行为偏好的改变，还需要在基因层面对细胞的基本生理进行“调律”——这一解释得以成立。


最后的决定性实验：抑制夜行性小鼠的mTOR使其更趋向“昼型”

到此为止已经足够引人注目，但还有更深入的实验。通过抑制夜行性小鼠的mTOR活性，细胞、组织和行为向昼行性方向转变。文章介绍说，通过基于饮食的处理降低mTOR功能，活动时间转向白天。


当然，简单地认为“将小鼠完全变为昼行性”是危险的。行为涉及光、捕食者、社会性、能量效率等多个因素。即便如此，实验表明，细胞内代谢信号的调节可能影响动物的“活动时间偏好”，这一意义重大。


对医疗的启示：推动“昼夜医疗”的时间优势

该研究受到热切关注的原因之一是其与医疗的关联。药物的效果和副作用可能因时间而异，优化治疗的“何时”成为昼夜医疗（时间医学）的关注点。mTOR在药物开发、癌症研究、代谢研究中是重要的目标，可能成为连接时间生物学与临床的桥梁。MRC的解释中也明确指出，治疗时机对效果影响的领域的启示。


另一方面，也有注意事项。mTOR功能多样，简单地“抑制即健康”并不成立。干预对其他生理功能的影响及长期安全性是另一个问题。研究的价值在于，不是轻率地提出健康法，而是具体化了“细胞的基本路径与时间行为的联系”的机制。


与气候变化的意外联系：“活动时间的转变”动摇生态系统

文章和UKRI的发布中，气候变化作为另一含义被提出。温度变化可能改变细胞接收的日周信号。如果食物（饵料）的获取可能性与外界环境的对应关系被打破，哺乳动物可能会改变活动时间。如果许多物种的活动时间改变，捕食与被捕食、授粉、竞争等关系将连锁变化，影响生态系统的平衡——这种担忧被提出。


社交媒体的反应：专家社区中被称为“教科书级”“对昼夜医疗有益”

那么，这个话题在社交媒体上是如何被接受的呢？与其说是大规模的热议，不如说首先在研究者和相关领域的社区中引起了反响。


例如，一位作者在LinkedIn上介绍了研究，并以“昼夜的差异刻在了个体细胞层面”“跨物种研究的外推需谨慎”为主题进行了发布。此外，还提到下一步计划使用微流体技术精确控制细胞环境的时间，带入更接近现实的日周变动实验。


评论区中有声音指出，①“药效因时间而异的讨论正在升温，因此很重要”，②“真的可能载入教科书”，③“是否能影响失眠或觉醒的干预？”等方向的声音。这些都表明，关注点不仅仅是杂学，而是昼夜医疗、翻译研究（从动物到人类的知识转移难度）、干预可能性。


“夜型的自己”能改变吗？——读者应关注的要点

许多读者在阅读本文后首先想到的是，“那么夜型体质能通过mTOR改变吗？”然而，研究并不能立即提供“生活技巧”。此次的主张在于，决定昼型和夜型的因素不仅仅是光刺激或脑的钟，还深深根植于细胞的代谢和体液传感器的设计——这是一种世界观的更新。


换句话说，人类的节律并非仅靠“意志”或“睡眠时间”就能解决。体温、营养、渗透压、蛋白质合成——这些“虽不起眼但根本的细胞活动”最终勾勒出“何时活动”的行为轮廓。随着进化的选择积累，我们成为了昼行性生物。


如今，我们进入了环境快速变化的时代。如果气温和食物的季节性改变，细胞读取的日周前提也会动摇。了解昼夜开关的机制，不仅对人类健康有帮助，也可能成为思考生态系统未来的线索。——“白天起床”这一看似理所当然的事情，其实是建立在非常精密且对环境敏感的机制之上的。这一事实本身，可能是此次研究的最大收获。


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