感冒時是否經常在早上起床時最不舒服?免疫系統也會按時"打卡"嗎?

生物都擁有自己的「生理時鐘」,它的存在可以讓每個器官因應能量分配而提高工作效率。在哺乳動物身上,大約有 10% 的基因都受到生理時鐘調控。

過去 15 年間已有證據指出「免疫系統內的調節有一套規律,會影響疾病發病和治療」,這套「節律」讓免疫細胞搭配生理時鐘規律地運作。

Mundschutz
photo credit: Gerolf Nikolay @flickr

對人類來說,我們天生的生理時鐘是以 24 小時為單位在運轉,但為了配合地球運轉時並非”那麼準確”的 24 小時,大腦除了間接透過我們進食的時間來調整,主要會透過接受到的「光」來校正

光從眼睛進入後,看到的訊息會透過視神經傳到下視丘下視丘的視交叉上核 (suprachiasmatic nucleus, SCN) 是身體的「中央標準時鐘」,器官們會按照這個標準時間來運作。

腦中的這顆「標準時鐘」有數種能夠調控基因自動表現的機制,稱為「自我調節轉錄-轉譯回饋迴圈 (TTFLs)」。簡單來說,只要啟動其中一個基因的表現,就會自動化地讓整個時鐘運轉起來。而且由於是多個基因在調控,時鐘會變得很穩定,不容易因為其中一個環節變動就整個亂掉。

中央時鐘是老大,他會命令存在於每個細胞內的時鐘小弟們要同步運轉。而這些小弟們會引導一些和免疫相關的、存在於淋巴球和巨噬細胞內的分子們聚集。

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photo credit: Jamison Young @flickr

這些時鐘們同步運轉的過程主要由賀爾蒙和自主神經來調控。其中腎上腺素和甲腎上腺素就是很重要的兩個調控賀爾蒙。 腎上腺素會抑制促發炎因子 (pro-inflammatory factors) 並增進抗發炎中介因子 (anti-inflammatory mediators) 的表現;去甲腎上腺素則會增加血液中某些免疫細胞的數量,提高免疫力。 在人體中,造血幹細胞和成熟的白血球的數量會在夜晚 (休息時間) 達到高峰而腎上腺素、去甲腎上腺素和一些促發炎因子則在白天 (活動時間) 最多

Human blood with red blood cells, T cells (orange) and platelets (green)
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生理時鐘和疾病的關聯

研究發現,若讓老鼠在牠們活動時間的開始 (也就是傍晚) 時暴露在各種病原體下,其存活率會大幅降低。雖然這現象我們還不是那麼清楚,但仍顯示了動物的日夜周期和對抗病原體兩者的關聯性。

在動物的活動期間,白血球吞噬病原體的能力較強,但這現象是否是受身體內的”時鐘”操控仍是未知的。有趣的是,這種對於急性發炎反應的規律循環現象,除了在哺乳動物體內會有外,也同時出現在果蠅或是植物上,顯示了生物體的器官皆有受日夜規律循環的影響。

Flower Fly
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統計顯示,包括類風濕性關節炎、中風、心肌梗塞等疾病皆有和日夜循環有關的發作現象(例如類風濕性關節炎在清晨常出現關節僵硬的症狀)。 在藥理學上,許多藥物在特定時間的藥效會較佳;實驗室也發現,在培養人類的血液或其他活體組織樣本時,日夜週期也可能造成影響。

Sick
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許多研究已顯示生理時鐘和免疫系統間有著強烈的連結,雖然仍有很多部分值得進一步研究,但可以預見的是,生理時鐘對於臨床照護上的影響甚至可比擬新藥的開發。

§ 參考資料:

Scheiermann C., et al. (2013) Circadian control of the immune system. Nat Rev Immunol. Mar; 13(3): 190–198.

§ 延伸閱讀:

Case 讀報-【生理科學】生理時鐘沒調好,發炎發到老

熊冬眠時生理時鐘還會運轉嗎?

 

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