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The endogenous nature of biological clock Living organisms evolved an internal biological clock, called the Circadian rhythm, to help their bodies adapt to the daily cycle of day and night (light and dark) as the Earth rotates every 24 hours. Clock genes Circadian rhythms are controlled by clock genes that carry the genetic instructions to produce proteins. The levels of these proteins rise and fall in rhythmic patterns. The central player is the per gene, which produces the PER protein. PER levels are highest during early evening and lowest early in the day. Clock-controlled genes (ccgs): DNA microarray Ccgs（circadian genes）: 0.5％－9％ DNA microarray analyses of circadian timing: the genomic basis of biological time.J Neuroendocrinol. 2003 Oct;15(10):991-1002. Review 钟基因（clock gene) Bmal1 Clock Per1 Per2 Cry1 Cry2 …… 钟控基因（clock controlled genes)： about 10％ of all genes * * * 生物钟与时辰生物学 Biological Clock Chronobiology 生物节律（biological rhythm)：机体内各种不同的生理活动按一定的时间顺序发生变化，这种变化的节律称为生物节律。 长时程节律（如月经周期,生理功能的季节性变化） 中时程节律（24小时昼夜节律，circadian rhythm） 短时程节律（如心跳、呼吸节律） 机体大部分生理活动存在昼夜节律 循环系统: 心率、血压、血液粘度、心脏病发作… (心率和血压一般在下午最高；心绞痛、心肌缺血、心肌梗塞 和心源性猝死在早晨发生率最高，因而心血管疾病的发病率和 死亡率亦在早晨最高。) 神经系统: 睡眠、觉醒;感觉和认知的灵敏度… (听觉和痛觉在傍晚最敏感) 呼吸系统: 呼吸频率、哮喘发作… 图5. 自发性心律失常犬模型室性心动过速（VT）昼夜节律(Cao JM，Circ Res 2000;86:816-21) 泌尿系统：如肾排钾量 能量代谢与体温调节系统：体温在下午最高 内分泌系统：某些激素如可的松和睾酮在早晨起床时最高， 而胃泌素、胰岛素和肾素在下午和傍晚最高，褪黑素、催乳 素和生长素在睡眠时达到最高峰。 其它：血浆和细胞内酶水平的变动 细胞分裂、基因表达 对疾病的易感性；对药物/毒物射线的反应性 免疫系统: 淋巴细胞计数、抗体滴度… 淋巴细胞计数在健康人循环血中的在夜间达到高峰，早晨和 上午最低，而爱滋病病毒（HIV）感染者这种节律则消失。 过敏反应（如哮喘、枯草热和寻麻疹)：在夜间、睡眠及近清 醒时最严重。血清IgE水平（炎症反应的标志）在健康儿童在 一天24内几乎处于恒定水平。而在患哮喘病的儿童，血清IgE 节律幅度明显增大，在下午达到高峰，在夜间处于低谷。 风湿性关节炎的症状在夜间最重，在白天改善。 研究生物节律的重要性 昼夜节律是正常生理功能的一个重要组成部分。 Timing is everything. 昼夜节律的改变是某些疾病的重要指针（如健康人循环血中淋巴细胞计数在夜间达到高峰，早晨和上午最低，而HIV感染者这种节律则消失）。 昼夜节律的改变影响健康 人的最低要求：生存，温饱