生物钟通过整合环境信号来维持生物过程和光/暗周期之间的同步。人们对生物钟如何适应环境中的季节变化还不完全了解。

2025年10月23日，加州大学旧金山分校Louis J. Ptáček等团队合作在Science 在线发表题为“Unsaturated fat alters clock phosphorylation to align rhythms to the season in mice”的研究论文，该研究发现高脂肪饮食增加了时钟蛋白PERIOD2 （PER2）丝氨酸662 （S662）上的的磷酸化，这对于调节日常运动活动的相移以进入季节性光周期是必要和充分的。

PER2-S662磷酸化与调节下丘脑多不饱和脂肪酸（PUFA）转化为氧化脂质的全基因组表达途径相关。在对照小鼠中，膳食PUFAs的部分氢化增加了下丘脑PER2-S662的磷酸化和夏季光期的相移，但在PER2-S662不能磷酸化的小鼠中没有。PER2-S662磷酸化受不饱和脂肪的影响，并改变不饱和脂肪的调节，以控制不同季节的昼夜节律相移。

生物钟由一个自我调节反馈回路组成，在这个回路中，转录激活因子CLOCK和BMAL1转录它们自己的抑制因子，PERIODs（PERs）和CRYPTOCHROMEs （CRYs）。生物钟的基因破坏扰乱了睡眠/觉醒和禁食/进食周期，从而导致肥胖和睡眠中断。分子振荡器的周期不完全是24小时，因此必须感知有节奏的刺激，以保持与24小时的光/暗周期同步。高脂肪饮食（HFD）已被发现可以调节生物钟功能并扰乱睡眠/觉醒周期，但为什么生物钟可能感知环境刺激而不一定表现出24小时的周期性，这一点一直难以捉摸。

喂食高热量食物的小鼠在提前日常行为节律以适应冬季较长的夜间长度方面存在缺陷，但更容易推迟日常行为节律以适应夏季较短的夜间长度，而喂食热量限制饮食的小鼠则具有相反的表型。喂食HFD的动物下丘脑中PER2-S662的磷酸化增加，但PER2-S662 （PER2-S662G）的丝氨酸到甘氨酸突变的小鼠即使喂食HFD也能阻止磷酸化迅速进入冬季光照周期。

季节性营养线索的时钟整合（图源自Science ）

从机制上讲，急性禁食降低了下丘脑PER2-S662的磷酸化，从而驱动编码多不饱和脂肪酸（PUFAs）产生生物活性信号代谢产物的酶的基因的行为阶段提前和转录变化。小鼠食物中玉米油（PHCO）的部分氢化将PUFAs转化为单不饱和脂肪酸（MUFAs），导致PER2-S662的磷酸化水平高于给予玉米油的小鼠。在野生型小鼠中，PHCO饲料也导致夏季光周期的昼夜节律干扰增加，冬季光周期的昼夜节律干扰减少，而在PER2-S662G突变小鼠中则没有。

通过PER2-S662的磷酸化，小鼠全年的营养状态、外部光/暗周期和昼夜节律保持同步。在冬季，许多食物来源中的PUFA:MUFA比例增加，这是在寒冷温度下保持膜灵活性的适应的一部分，支持这些代谢物作为关键的季节性环境线索的作用。季节的营养和光周期线索之间的不一致抑制了相移，并导致环境的昼夜节律失调。加工食品和人造光源对人类的普及提出了一种可能性，即现代社会因素在生物钟和环境之间造成了一种持续的“季节性失调”状态，这可能导致我们社会中肥胖和睡眠障碍的高发。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp3065