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研究背景及目的:胰岛素和生长激素是两种重要的代谢调控激素,这两种激素在不同的外界条件下对糖、脂及能量代谢产生不同的影响。临床研究表明,胰岛素/生长激素的比例可能是能量消耗和脂肪堆积的生物标志物之一,两种激素之间存在制衡且胰岛素/生长激素平衡可以反映机体代谢状态。既往研究发现光照及饮食可通过视交叉上核形成特定的节律并能影响生物钟系统继而影响代谢,而光照及饮食状态对胰岛素/生长激素平衡状态的影响以及平衡状态的变化是否会影响代谢目前尚不清楚。本研究拟探讨模拟倒班工作的光照节律紊乱及时间限制性饮食对小鼠胰岛素/生长激素平衡、生物钟系统以及糖、脂、能量代谢的影响,并进一步讨论三者之间的关系,阐明其可能的机制。第一部分光照节律紊乱对野生型小鼠胰岛素-生长激素平衡及糖、脂、能量代谢的影响研究方法:研究对象为C57BL6/L雄性5周龄小鼠20只,由澳大利亚昆士兰大学内分泌实验室提供,并在澳大利亚昆士兰大学生物工程学院动物房（三级SPF等级）中饲养。将20只小鼠按1:1随机分为两组（10:10）:光照紊乱组（RL）和正常光照组（NL）。NL组正常12h光照/12h黑暗节律,8am开灯（ZT0）,8pm关灯（ZT12）,RL组小鼠每周前三天正常12h光照/12h黑暗节律,后四天反转12h光照/12h黑暗节律,8pm开灯（ZT12）,8am关灯（ZT0）。每周记录小鼠的体重和食物摄入量,第8周进行生长激素脉冲式释放检测(9:30am开始,每隔10分钟尾部取血2ul,连续取血6h。在第9周使用Phenomaster仪器监测小鼠的氧气消耗量,活动量,呼吸交换指数等指标,ELISA检测血中GH、胰岛素、C肽、胰高血糖素、瘦素、游离脂肪酸的变化,小鼠处死后取肝脏、垂体PCR测生物钟系统相关基因（CLOCK、BMAL1、PER1、CRY1、REV-ERBα）,糖脂代谢相关基因（G6P、PEPCK、PGC-1 α、PPARα、FASN）及 GH 相关基因（GH、GHRHR、GHSR、SSTR2）的表达变化。研究结果:与NL组相比,RL组小鼠的生长激素脉冲数量增多（RL vs NL,4.22±0.36 vs 2.70±0.30,P=0.005）,单个脉冲的 GH 释放量减少（146±26.63 vs 71±18.49,P=0.034）,分泌规律性减弱（0.40±0.03 vs 0.58±0.05,P=0.005）,GH 总分泌量、脉冲式分泌量、分泌模式MODE无明显差异（P>0.05）,血液循环中IGF-1减少（21.23±2.61 vs 29.50±1.05,P=0.009）,空腹状态下循环中胰岛素（1.37±0.12 vs 1.99±0.19,P=0.014）、C 肽分泌减少（1.24±0.13 vs2.01±0.16,P=0.003）,进食状态下胰岛素分泌无明显差异,胰岛素/平均生长激素比值下降（P<0.05）,胰岛素-生长激素平衡紊乱。在能量代谢方面,RL组小鼠的进食节律紊乱,光照状态下进食量增加（P<0.05）,黑暗状态下减少（P<0.05）,两组进食总量无明显差异。RL组小鼠黑暗状态下的RER降低（P<0.05）,提示在黑暗状态下脂肪消耗增加,光照状态下无明显差异。此外RL组小鼠黑暗状态下的氧气消耗量减少（P<0.05）,而光照状态下无明显差异,RER与氧气消耗量的改变与RL组小鼠进食节律紊乱可能有关,进一步分析两组小鼠能量代谢每日变化,结果发现RL组小鼠仅在光照紊乱后的第一天氧气消耗量减少（P<0.001）,RER下降（P<0.05）,食物摄入量减少（P<0.05）,活动量无明显差异,随着时间进展两组小鼠能量代谢无显著差异,说明光照紊乱组小鼠主要在转换光照节律第一天发生能量代谢紊乱,然后逐渐适应紊乱的光照节律。在代谢灵活性方面,我们记录了两组小鼠禁食后12h的能量代谢情况,结果发现与NL组相比,RL组小鼠RER没有快速下降,提示转换过程中能量来源切换速度减慢,代谢灵活性降低。此外RL组小鼠循环游离脂肪酸明显升高（P<0.05）,胰岛素耐量结果无明显差异。两组小鼠处死后进行分子生物学检测,结果发现相对于NL组,RL组小鼠肝脏中IGF-1和GHR基因表达下降,垂体中GH相关基因GH,GHRHR表达下降,GHSR和SSTR2表达无明显差异,肝脏中外周生物钟系统相关基因CLOCK、BMAL1、PER1、CRY1、REV-ERB α表达均减少,脂肪氧化相关基因PPAR α,脂肪合成相关基因FASN,糖异生相关基因G6P、PEPCK、PGC1-α表达降低,脂肪合成相关基因SREBF1表达无差异。研究结论:光照节律紊乱可改变正常雄性小鼠的GH分泌模式,影响胰岛素/GH平衡并干扰小鼠能量代谢和肝脏糖脂代谢,光照节律紊乱仅在改变光照节律后的第一天时间内对小鼠产生代谢损害,胰岛素/GH平衡可能在小鼠代谢改变过程中起部分作用。第二部分时间限制性饮食对MC4RKO肥胖小鼠胰岛素-生长激素平衡及糖脂能量代谢的影响研究方法:研究对象为MC4RKO雄性8周龄小鼠14只,由澳大利亚昆士兰大学内分泌实验室提供并在澳大利亚昆士兰大学生物工程学院动物房（三级SPF等级）中饲养。将14只MC4RKO雄性小鼠按1:1随机分为时间限制性进食组（TRF）和正常饮食组（NF）（7:7）。NF组任意时间内均可获取食物,TRF组小鼠只在每天的关灯阶段中的9-12h内可以随意获取食物（ZT13-ZT22-24）,两组小鼠均可随意饮水且两组小鼠均维持正常12h光照/12h黑暗节律:8pm开灯（ZT0）,8am关灯（ZT12）,所有小鼠均提前1周适应此光照节律及环境。每周记录小鼠的体重和食物摄入量,第5周关灯状态下进行生长激素脉冲式释放检测,第8-9周进行口服葡萄糖耐量实验、胰岛素耐量试验,第10周开灯状态下进行生长激素脉冲式释放检测。在第6周使用Phenomaster仪器监测小鼠的氧气消耗量、活动量、RER等指标,ELISA检测血中生长激素、胰岛素、C肽、胰高血糖素、瘦素、游离脂肪酸的变化。小鼠处死后取肝脏、脂肪PCR测生物钟系统相关基因（BMAL1,PER1）,糖脂代谢相关基因（G6P、PEPCK、PGC-1α、PPARα、FASN）的表达变化。研究结果:在黑暗状态下,与NF组相比,TRF组小鼠的总GH分泌量（TRF vs NF,225.2±38.08 vs 106.9±12.10,P=0.009）、脉冲式 GH 分泌量增加（204.3±30.89 vs 101.3±10.04,P=0.006）,脉冲数量和分泌模式无明显差异（P>0.05）,单个脉冲的GH分泌量增加（55.13±11.03 vs 24.39±6.18,P=0.028）且分泌更加规律（0.78±0.09 vs 1.026±0.04,P=0.020）。TRF减少小鼠光照及黑暗状态下胰岛素和C肽分泌水平并可显著降低胰岛素/平均GH比值和胰岛素/GH峰值比值（P<0.05）,改善胰岛素-生长激素平衡。在开灯状态下,两组小鼠的总GH分泌量、脉冲式GH分泌量、分泌模式无明显差异,循环IGF-1水平无明显差异（P>0.05）。在能量代谢方面,与NF组相比,干预结束后TRF组小鼠体重明显降低（P<0.05）,皮下脂肪和内脏脂肪重量降低（P<0.05）,NMR结果显示脂肪量比例降低（ZT14、ZT23）,能量代谢监测结果显示TRF降低光照状态下的RER（P<0.05）,增加黑暗状态下的氧气消耗和活动量（P<0.05）,而黑暗状态下RER和光照状态下的氧气消耗、活动量无明显差异,两组的总进食量无显著差异。在代谢灵活性方面,从进食状态快速转换为空腹状态时,两组RER无明显差异,从空腹状态快速转换为进食状态时,TRF组小鼠RER快速增加,提示代谢灵活性增加,同时TRF组小鼠氧气消耗量增加,活动量增加。此外TRF显著改善胰岛素敏感性,降低血液循环中的游离脂肪酸和肝脏中甘油三酯水平（P<0.05）。在糖代谢方面,TRF显著降低小鼠的血糖波动水平（ZT0,6,13,19,23）、空腹血糖并改善小鼠的糖耐量（P<0.05）。在基因表达方面,与NF组相比,TRF组小鼠肝脏中脂肪合成基因FASN和SREBF1、脂肪存储基因CD36、脂肪氧化基因PPAR α、糖异生基因G6P和PEPCK表达减少;尽管循环中IGF-1水平无明显差异,但是肝脏IGF-1基因表达增加进一步证实了 GH的下游作用增加,此外肝脏中PGC1-α和GHR基因表达无明显差异。相对于NF组,TRF组脂肪中白色脂肪棕色化相关基因UCP-1和CIDEA表达升高,脂代谢基因TMEM26、PPARγ、HSL无明显差异。研究结论:时间限制性进食能够恢复MC4RKO肥胖小鼠的GH分泌、改善高胰岛素血症并恢复胰岛素/GH平衡,另外时间限制性进食能够改善肥胖小鼠能量代谢及糖脂代谢,胰岛素/GH平衡的改善可能在代谢改善过程中起部分作用。