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北京时间2017年10月2日17时35分，年度诺贝尔生理学或医学奖获奖者揭晓。在实验室里戴着耳机偷听获奖直播，我用颤抖的手在微信群里打出了四个字：生物节律！

五分钟之内，我的订阅页面就被这个话题淹没了。群里的朋友知道我要写这篇文章，立即发来贺电——，“听说昼夜节律得了诺贝尔奖，你却还在通宵达旦地工作！”

虽然笔者的博士研究课题不是生物节律，但作为科学界规模最大、影响力最大的“八卦”事件，诺贝尔奖还是非常值得熬夜的。话不多说，请看一下今年的生理学或医学奖获奖者：

2017 年诺贝尔生理学或医学奖授予Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young，以表彰他们在昼夜节律分子机制方面的发现。 （www.nobelprize.org）

为了避免混淆，这里不再翻译人物的名字。好在三位老师的名字并不难记。以下是我们的获奖者：

杰弗里·霍尔

（图片来自PNAS。102: 1654716549。PMC 1283854）

杰弗里·C·霍尔（Jeffrey C. Hall），美国遗传学家和时间生物学家。布兰代斯大学教授，主要研究果蝇的行为和神经学。

霍尔1945年出生于美国纽约布鲁克林。高中时，他原本想成为一名医生。然而，在本科学习期间，他发现了对生物学的浓厚兴趣，并立即放弃了医生这一地位高、收入高的理想职业。

1971年，霍尔在华盛顿大学获得遗传学博士学位。毕业后，他在加州理工学院担任博士后，师从Seymour Benzer（昼夜节律领域的另一位伟人，已故）。

三年后，他获得布兰迪斯大学的助教职位。从读本科直到退休，霍尔研究了果蝇求偶和行为节律的神经机制，揭示了生物钟的关键机制和神经系统性别分化的基础。

2003年，霍尔获得美国遗传学会奖章，并于同年当选为美国国家科学院院士。

霍尔教授的上一篇综述文章发表于2008年，现已退休。相信这次诺贝尔奖的颁发，会让老人的生活变得更加烦恼。

迈克尔·罗斯巴什

（照片/Mike Lovett，来自www.brandeis.edu）

迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash），美国遗传学家、时间生物学家，霍华德·休斯医学研究所研究员，布兰迪斯大学教授，霍尔的同事。

罗斯巴什1944年出生于密苏里州堪萨斯城。本科时他对数学很感兴趣，但因为加州理工学院的生物学课程而痴迷于生物学研究。

1965 年获得加州理工学院化学学位后，罗斯巴什于1970 年获得麻省理工学院生物物理学博士学位。

罗斯巴什还于1974 年在布兰代斯大学获得了教职，并于2003 年当选为美国国家科学院院士。

Rosbash教授的主要贡献在于克隆了果蝇周期基因（PER）并鉴定了多个其他节律相关基因，并提出了生物钟“转录和翻译负反馈调节”理论。

迈克尔·W·杨

（来自www.rockefeller.edu）

迈克尔·W·杨（Michael W. Young），美国遗传学家、洛克菲勒大学教授。

杨1949年出生于美国佛罗里达州迈阿密，父母均不从事科学，但非常支持孩子对科学的兴趣。

1975年，杨在德克萨斯大学奥斯汀分校获得博士学位。在攻读博士学位期间，他对果蝇产生了兴趣，而另外两位科学家Ron Konopka 和Seymour Benzer 对昼夜节律突变体果蝇的研究，直接引导他从事克隆周期基因的研究。

在斯坦福大学医学院进行两年博士后研究后，杨于1978年成为洛克菲勒大学助理教授，并于1988年获得教授职位。

2007年，杨教授当选为美国国家科学院院士。杨教授的主要贡献是阐明了周期基因的功能及其在果蝇睡眠周期中的作用。此外，他还发现了“timeless”和“doubletime”两个基因，其编码的蛋白质也在昼夜节律中发挥着重要作用。

以上是三位诺贝尔奖获得者的经历。你是否感受过一位伟大科学家一路作弊的人生轨迹？

没关系，虽然我们不能获得诺贝尔奖，但我们至少可以学习获奖的研究内容。想要超越局外人的层面，抢先一睹行业风采吗？下面我们看一下——的分解。

什么是昼夜节律？如果只能用一个例子来说明什么是昼夜节律，那就是“时差反应”。

在中国，我们（基本上）遵循日出而作、日落而息的规则。但当我们乘坐13个小时的飞行，降落在地球的另一边时，我们会发现，虽然这里的日出和日落与国内相差12个小时左右，但我们的清醒和困倦却在一段时间内发生了变化。降落。还是按照国内的日程安排。午后阳光明媚的时候你的眼皮会充满铅，半夜连手指都看不见的时候你的眼睛会刺眼。

为什么早睡早起的承诺变成了整天熬夜？

事实上，这是因为你身体的生物钟遵循自己的节奏，暂时背叛了阳光。调节你体内生物钟的机制就是这个诺贝尔奖的研究成果，昼夜节律。

获奖者发现了什么？简而言之，三位科学家发现了细胞如何精确调节大约24 小时的昼夜节律。

研究始于20 世纪70 年代。我们上面提到但没有详细介绍的两位科学家，西摩·本泽（Seymour Benzer）和他的学生罗纳德·科诺普卡（Ronald Konopka）发现，未知基因的突变体可能导致果蝇失去昼夜节律。他们将这个基因命名为Period Gene（周期基因）。

在今年的三位获奖者手中，周期性基因的序列已经从未知变为已知。

但它是如何调节节奏的呢？

Jeffrey C. Hall 和Michael Rosbash 教授发现，周期性基因产生的一种名为PER 的蛋白质在夜间在细胞核中积聚，并在白天降解。

这样一个积累-降解周期大约是24小时，正好是一天。细胞核中PER 蛋白的积累会阻止细胞继续自我制造，直到夜晚结束，此时积累的PER 蛋白会被降解并重新开始生产。这种蛋白质负向调节其自身产生的机制称为“转录和翻译负反馈调节”。

（图片来自www.nobelprize.org，可能会有更改）

在高中生物课上，我们了解到蛋白质是在细胞质中产生的。该指南也适用于PER 蛋白。

然而，PER蛋白如何在细胞核中积累呢？

这时，轮到迈克尔·W·杨教授了。他发现了另一种基因，名为“永恒”（timeless）。它产生的蛋白质TIM帮助PER蛋白从细胞质转移到细胞核。准确的说，TIM和PER相辅相成，同核心，缺一不可。

（图片来自www.nobelprize.org，可能会有更改）

此外，TIM蛋白还有一个非常重要的能力，那就是根据光重置生物钟的功能。

Young教授等研究人员共同发现，TIM蛋白在光照下迅速分解，从而调节PER蛋白进入细胞核并积累，重置生物钟。也就是说，如果你飞到地球的另一边，过一段时间你就会自然适应当地的日出和日落，这要归功于你体内具有TIM功能的蛋白质。

好的，昼夜循环问题解决了，但是细胞如何控制它们的频率呢？

我们上面提到的杨教授发现的另一个基因“doubletime”就是这个问题的关键。

简单地说，这个基因可以产生一种叫做DBT的蛋白质，它作为激酶，可以将磷酸基团附着在未与TIM结合的PER蛋白质上，从而促进单独的PER蛋白质的降解。 PER蛋白的降解速度精确调节昼夜节律的频率。

这个诺贝尔奖级别的发现有什么用呢？尽管这项研究是在果蝇中进行的，但生物节律是从植物到人类普遍存在的现象。生物体从单细胞到复杂哺乳动物的进化过程中，有些基因或多或少地保留了自己的外观，使得有共同祖先的生物体共享一些基因序列，至少是具有相似功能的蛋白质，即同源基因或蛋白质。

虽然人类和果蝇有很大不同，但它们还是有很多同源基因，比如这次的周期基因和双倍基因。

人类有一种遗传性疾病，称为“高级睡眠阶段障碍（ASPD）”。患者的睡眠时间会比常人提前。他们在下午6 点到8 点左右入睡。凌晨3点入睡，点击唤醒。 2001年的一项研究发现，ASPD的发病机制是患者的hPer2（period基因的同源物）发生突变，导致人体内的PER蛋白无法被DBT蛋白正常修饰和降解。一旦了解了致病机制，疾病治疗方法的开发就指日可待。

昼夜节律不仅控制着睡眠，还控制着人类的饮食方式、激素分泌、血压、体温等。这些过程，由我们的身体默默而精确地调节，还有待人类进一步了解。基于理解，这些发现最终将造福人类生活。

（图片来自www.nobelprize.org，可能会有更改）

最后，让我们深深记住今年诺贝尔生理学医学奖的主题：

（请以宣读结婚誓词的庄严心情重读这句话，你会发现这两句话带来的不仅仅是一个新闻标题，而是这三位科学家和他们背后的众多科学工作者几十年的遗产。投资：）

2017 年诺贝尔生理学或医学奖授予Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young，以表彰他们在昼夜节律分子机制方面的发现。

参考文献：1. https://en.wikipedia.org/wiki/Jeffrey_C._Hall

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Rosbash

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_W._Young

4. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

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