新研究发现了软骨与生物钟的关系

这项发表在《Nature Communications》，使用了小鼠模型，但科学家们认为，人体与小鼠软骨和椎间盘具有非常相似的生理特性，很可能会以类似的方式做出反应。

300年前北安普敦郡艾尼霍教区的牧师瓦斯先生(Reverend Mr. Wasse)对米德博士(Dr. Mead)提出的关于人体早晚高度差异的观察：我们在睡了一晚好觉后会高出半英寸多。

哺乳动物行为和生理的日常节律是由昼夜节律系统产生的，该系统根据光线和摄食等环境线索进行调节。

科学家们早就知道，大脑的中央生物钟与其他有自己生物钟的器官之间的失调会增加患病理和糖尿病、心血管疾病等疾病的风险。

然而，到目前为止，人们对关节软骨(没有神经或血液供应)中的时钟与大脑之间的关系知之甚少。

来自曼彻斯特大学的通讯作者和生物钟专家Qing-Jun Meng教授说:“我们不仅发现了软骨和椎间盘时钟与我们大脑中的中央时钟之间的不一致可能通过在不适当的时间锻炼而发生，我们还发现了这种情况发生的机制，骨骼时钟可以与日常身体活动模式重新同步。我们早期的工作发现，椎间盘和软骨中的内部生物钟会随着年龄的增长而减弱。重要的是，健康的软骨和椎间盘没有神经，也没有血液供应，所以直到现在我们还不清楚它们的内部时钟是如何与大脑同步的。”

另一位通讯作者、曼彻斯特大学脊柱/椎间盘专家Judith Hoyland教授说:“在许多健康挑战中，与年龄相关的肌肉骨骼衰退及其不良后果是个人的主要负担。

骨密度下降、关节软骨退化和椎间盘退变是骨骼老化的主要特征，所有这些都可能导致疼痛和活动能力丧失。

“重要的是，我们已经确定了骨骼衰老背后的一种新的时钟机制，这可能对理解虚弱和设计更有效的运动和物理治疗治疗时间产生深远影响，以保持良好的骨骼健康和活动能力。”来自曼彻斯特大学的首席作者Michal Dudek博士说:“当我们在白天站立和走动时，我们脊柱的椎间盘以及臀部和膝盖的软骨被压出，使我们在一天结束时稍微变矮——就像300年前瓦斯牧师先生发现的那样。但他不知道的是，这会导致组织渗透压增加，因为同样数量的矿物质现在在更少的水中溶解，所以实际浓度增加。细胞感知到渗透压的变化，并在这些骨骼组织内同步时钟。”

当我们在晚上休息时，水又回来了，渗透压降低，尽管这种方向的变化对时钟没有影响。

科学家们观察了那些在休息时间每天在跑步机上运动的小鼠，以观察软骨、椎间盘和大脑中的时钟发生了什么变化。

他们通过在实验室中压缩小鼠椎间盘或软骨外植体，或将其暴露在正常生理范围内的高渗透压培养基中，证实了这一发现。两者都产生了类似的时钟同步效应。

Meng教授说:“我们实际上已经确定了一种新的机制来理解我们的生物钟如何与外部环境保持一致。生物钟的进化是为了让你为环境中可预测的节奏变化做好准备。我们的研究结果表明，早晨的身体活动与每天的睡眠/觉醒周期模式有关，将大脑中光敏的中央时钟的时间信息传递给承重的骨骼组织。实际上，它是在告诉你的骨骼系统是时候醒来了。但当这种排列与大脑分离时，就像其他器官和组织一样，它会对你的身体健康产生不利影响。如果你经常改变锻炼的时间，你可能更容易出现这种不同步。然而，如果你在锻炼时发生了变化，但之后保持这种状态一段时间，我们的研究表明，你的生物钟最终会重新调整，你会适应它。因此，例如，频繁切换时区参加体育赛事——例如，国际运动员生活的一个方面——可能会影响运动表现，并可能使个人更容易受伤。我们的研究表明，老年动物骨骼组织中的时钟仍然对日常运动模式有反应。因此，为老年人组织的步行小组如果每天在相同的时间进行，可能对他们的健康更有益。”

锻炼是减轻关节炎疼痛和影响的最佳方法之一，这项非常早期的研究表明，在一天的特定时间锻炼可能会给关节炎患者带来额外的好处。我们的身体每天遵循24小时的周期，比如我们睡觉时体内温度下降，一天中某些时候血压升高，这就是我们的昼夜节律。我们的身体内部有一些过程来保持这种节奏，这些过程被称为“时钟”，它们都与我们大脑中的中央生物钟有关。

这项在鼠身上进行的早期研究探索了关节软骨中的局部时钟和大脑中的中央生物钟之间的联系，结果表明，这有助于我们的骨骼和软骨随着时间的推移而迅速恶化。研究结果表明，当这些生物钟不同步时，我们的骨骼和软骨退化得更快，但当它们一致时，这个过程就会减慢。在一天的特定时间锻炼有助于保持生物钟同步，因此可以减缓关节炎的进展。这是一个重要的发现，因为它可以帮助我们开发出更有针对性的肌肉骨骼疾病治疗方法，比如通过锻炼和体育活动来治疗关节炎。

曼彻斯特大学提供