柏林夏里特大学医学中心（Charité – Universitätsmedizin Berlin）的一个研究团队开发了一种方法，仅需少量毛囊即可测定个体的生物钟。该研究成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），被视为昼夜节律医学领域的一项重大进展。 该研究领域致力于探索生物昼夜节律如何影响健康、疾病以及医疗治疗的效果。从长远来看，这项新检测方法有助于使药物、诊断和治疗更好地与人体的自然节律相协调，从而为实现更个性化的医疗铺平道路。

由生物节律学家阿希姆·克雷默（Achim Kramer）领导的研究团队认为，这项成果为解决生物节律学中的核心难题提供了解决方案。尽管多年来人们已知人体的几乎所有生物过程都遵循内在的时间表，但迄今为止，尚无简单、实用的方法能可靠地测定这种个体节律。 而这正是新开发的毛囊分析技术大显身手之处。

为何生物钟如此重要

大多数人只有在生物钟出现紊乱时才会意识到它的存在。无论是经历长途飞行、夏令时与标准时之间的转换，还是连续几晚睡眠不足，身体对时间变化的强烈反应都会变得显而易见。 疲劳、注意力不集中以及表现下降是典型的后果。但实际上，生物钟的重要性远不止于睡眠。

人体的几乎所有功能都遵循昼夜节律——一种大约24小时的生物周期。血压、体温、激素水平、代谢过程和免疫系统活动在一天中不断波动。甚至大脑功能、疼痛感知以及细胞的再生能力也受制于这一生物节律。 科学家现在认为，人体在一天的不同时段对压力、疾病和药物会产生不同的反应。因此，时间正日益被视为一个独立的生物因素，未来在医学领域可能需要给予更多关注。

这一点在激素方面尤为明显。当压力激素皮质醇在早晨达到峰值并促使身体准备醒来时，睡眠激素褪黑素的分泌则在傍晚增加，它向身体发出夜幕将至的信号。免疫系统也遵循着固定的节律运行。 研究表明，某些免疫反应和炎症过程的强度会因一天中的不同时段而有所变化。

此外，人体生物钟还影响着新陈代谢和心血管功能。因此，血压、心率以及身体处理糖分的能力在一天中都会发生波动。 因此，研究人员推测，不仅治疗方式，治疗时机也会影响疗效。目前，这一关联正在癌症医学、心血管研究和睡眠医学领域受到深入探讨。

控制中心位于大脑深处

近年来，研究还表明，昼夜节律的持续紊乱与多种健康问题相关。轮班工作、长期睡眠不足，或生物钟与社会时间之间的持续冲突，都与心血管疾病、代谢紊乱、抑郁症和肥胖等风险增加有关。 对许多科学家而言，人体的生物钟早已不仅仅是一个睡眠计时器——它被视为整个机体的中央控制系统。

大脑中一个名为视交叉上核的微小结构负责协调这些过程。这个仅有几毫米大小的神经中枢位于下丘脑，作为身体的主时钟发挥作用。它接收关于日照的信息，并利用这些信号来同步机体的生物节律。 长期以来，研究人员认为仅靠这个中央时钟就能控制昼夜节律系统。然而，我们现在知道，体内几乎每个细胞都拥有自己的分子时钟。这些所谓的“外周时钟”存在于肝脏、心脏、免疫系统，甚至毛囊等部位。 大脑中的主时钟确保所有这些分散的“计时器”尽可能同步运行。如果这个精密调校的系统出现失调，可能会产生深远的影响。如今，生物节律的长期紊乱已被证实与多种疾病有关，包括心血管疾病、糖尿病、肥胖症、抑郁症以及各种代谢紊乱。

诺贝尔奖研究奠定了基础

当今对生物钟的认知建立在数十年的基础研究之上。美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·杨取得了决定性的突破。他们成功破译了昼夜节律背后的遗传机制。凭借这项研究，他们荣获了2017年诺贝尔生理学或医学奖。

研究人员证实，人体细胞中的某些基因会以规律的节律被激活或抑制。这些所谓的“时钟基因”形成生物反馈回路，从而产生近乎精确的24小时周期。 如今，人们已普遍认为这些遗传过程构成了人类在细胞层面感知时间的基础。这一发现彻底改变了时间生物学，并为医学开辟了新的视野。因为如果基因和细胞遵循固定的时间表，那么疾病和治疗也必然遵循时间依赖性的进程，这合乎逻辑。

昼夜节律医学：基于生物钟的治疗

基于这一洞见，昼夜节律医学应运而生。这一研究领域致力于探索如何从时间维度优化治疗方案。其目标不仅在于根据诊断和剂量选择药物，更在于选择药物给药的生物学最佳时间。

如今已有证据表明，某些药物在一天中的特定时段比其他时段效果更好。部分降压药物在晚间似乎特别有效，因为它们能更好地控制夜间血压骤升。一天中的时间似乎在哮喘、过敏和慢性疼痛中也起着作用。许多疾病都遵循着独特的节律，并在特定时间更频繁地发生。

目前，癌症医学领域的研究尤为深入。科学家们正在探索，如果根据肿瘤细胞和免疫细胞的生物节律来给药，免疫疗法和化疗是否会更成功。初步研究提供了令人鼓舞的证据，尽管仍需进一步研究。尽管人们对时间医学的兴趣日益浓厚，但迄今为止，其实际应用仍面临困难。 原因在于，确定个体的生物钟需要付出相当大的努力。

所谓的“暗光-褪黑素起始法”被视为金标准。该方法是在受控光照条件下，对睡眠激素褪黑素的释放进行数小时的监测。 褪黑素水平上升的时间点能非常准确地反映个体的生物钟类型。然而，该方法成本高昂、耗时且只能在实验室条件下进行，因此几乎不适合在医生诊所或医疗机构中常规使用。

毛囊中的17个基因揭示人体生物钟

这正是柏林最新研究成果的切入点。研究人员仅需从受试者身上采集几根连根的头发。毛囊中的活细胞在此起着关键作用。这些细胞同样拥有运作正常的生物钟，并反映了人体的昼夜节律。 科学家们重点研究了17个基因，这些基因的活性在一天中会呈现出特征性的变化。其中一些基因主要在早晨活跃，另一些则在傍晚或夜间更为活跃。综合来看，这形成了一种生物模式，从而可以推断出人体的生物钟状态。

研究团队运用现代分子生物学技术和机器学习方法，开发出一种能够分析这种基因活性的算法。基于这些数据，该系统可以计算出个体生物钟的状态，据研究人员称，其准确度接近以往褪黑素测量的水平。 为验证该方法的可靠性，研究团队分析了来自4,000多名参与者的头发样本。研究表明，样本可通过邮寄方式轻松送达。许多参与者在家自行采集头发，随后将其寄送给研究人员。

研究结果证实了早期生物钟类型研究中的诸多发现。总体而言，年轻成年人的生物节律比老年人更晚。这在一定程度上解释了为何许多年轻成年人晚上能更晚入睡，而早晨起床却更为困难。 男女之间的差异也显而易见。有趣的是，这些差异远小于早期调查研究得出的结论。

生活方式对生物钟的影响比此前认为的更大

关于社会因素对生物节律影响的研究结果尤为耐人寻味。数据分析显示，拥有固定工作时间的人群，其生物钟平均比没有规律作息的人提前约30分钟。 乍看之下，这种差异似乎微不足道，但对生物节律学家而言却意义重大。即使只有几分钟的偏移，也会对睡眠模式、工作表现和健康产生长期影响。研究结果表明，社会环境对生物钟的影响远比长期以来的假设要大得多。 工作时间、上学时间、家庭责任以及社交习惯为许多人提供了固定的日常节奏，身体至少在一定程度上会适应这种节奏。尽管生物钟部分由基因决定，但它也会对外部影响作出反应，并在一生中发生变化。

在此背景下，科学家常提及所谓的“社会时差”。这指的是人体内部生物钟与日常社会生活需求之间长期存在的偏差。这种现象在那些工作日必须早起的人群中尤为明显，尽管他们的生物钟实际上设定的是更晚的睡眠和起床时间。 许多受此影响的人会在周末通过大幅延长睡眠时间来弥补这种睡眠缺失。对身体而言，这会造成一种类似于在不同时区之间不断转换的状态。

近年研究表明，社会时差现象十分普遍。青少年和年轻成年人受其影响尤为严重，因为他们的生物钟天生倾向于较晚的就寝时间。与此同时，学校、培训或工作往往在清晨就开始，这导致生物需求与社会现实之间长期存在错位。 专家推测，这种长期的失调不仅会导致疲劳和注意力不集中，还可能增加肥胖、代谢紊乱、抑郁症及心血管疾病的长期风险。

此外，现代生活方式正日益改变人体的自然生物钟。数千年来，人类机体主要受昼夜交替的规律所引导。然而，随着电灯的普及，这种自然节律已发生根本性改变。 如今，许多人白天大部分时间都在室内度过，同时在晚间接触的人造光也比前几代人多得多。智能手机、平板电脑、电脑屏幕和电视等电子设备在这方面起着尤为重要的作用。它们会发出大量蓝光，而大脑对蓝光的感知与日光相似。 这会抑制睡眠激素褪黑素的分泌——该激素通常在天黑后分泌增加，为身体做好入睡准备。结果，许多人晚上保持清醒的时间更长，疲倦感也来得更晚。

因此，多年来研究人员观察到许多工业化国家睡眠时间正逐渐推迟。过去人们通常在日落后不久便入睡，而如今对许多人而言，生物学的夜晚要到更晚才开始。当社会要求保持不变且仍需早起时，这种情况便会变得尤为棘手。 其结果是慢性睡眠不足，以及昼夜节律系统长期承受压力。现代生活方式的其他因素也会影响人体的生物钟。轮班工作被视为对自然日节律最严重的干扰之一。那些经常夜间工作、白天睡觉的人，迫使身体违背其生物节律运行。 大量研究表明，轮班工作者更容易患上睡眠障碍、代谢问题和心血管疾病。因此，世界卫生组织甚至将长期夜班工作列为潜在致癌风险因素。