Hideaki Oike

Divizia Funcției Alimentare, Institutul Național de Cercetare Alimentară (NFRI), Organizația Națională pentru Cercetare în Agricultură și Alimentație (NARO), 2-1-12 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305-8642 Japonia

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Central 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8566 Japonia

Katsutaka Oishi

Grupul de cercetare a ceasului biologic, Institutul de cercetare biomedicală, Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Central 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8566 Japonia

Departamentul de Științe ale Genomului Medical, Școala Absolventă a Științelor Frontierei, Universitatea din Tokyo, Kashiwa, Japonia

Departamentul de Științe Biologice Aplicate, Școala Absolventă de Știință și Tehnologie, Universitatea de Științe din Tokyo, Noda, Japonia

Masuko Kobori

Divizia Funcției Alimentare, Institutul Național de Cercetare Alimentară (NFRI), Organizația Națională pentru Cercetare în Agricultură și Alimentație (NARO), 2-1-12 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305-8642 Japonia

Abstract

Ceasurile circadiene care cuprind gene de ceas există în tot corpul și controlează evenimentele fiziologice zilnice. Ceasul central care domină ritmurile de activitate este antrenat de cicluri de lumină/întuneric, în timp ce ceasurile periferice care reglează ritmurile metabolice locale sunt determinate de cicluri de hrănire/post. Nutrienții resetează ceasurile circadiene periferice, iar genele ceasului local controlează procesele metabolice din aval. Stările metabolice afectează, de asemenea, mecanismele de ceas în modul de feedback. Deoarece sistemul circadian organizează homeostazia energiei întregi, inclusiv aportul de alimente, acumularea de grăsimi și cheltuielile calorice, întreruperea ceasurilor circadiene duce la tulburări metabolice. Descoperiri recente arată că hrănirea cu timp limitat în timpul fazei active amplifică ceasurile circadiene și îmbunătățește tulburările metabolice induse de o dietă bogată în grăsimi fără reducere calorică, în timp ce aportul alimentar neobișnuit/neregulat induce diverse disfuncții metabolice. Astfel de dovezi din studiile nutriționale care consideră sistemul circadian (crononutriția) s-au acumulat rapid. Revizuim relațiile moleculare dintre ceasurile circadiene și nutriție, precum și constatările recente ale crononutriției.

Introducere

Ciclurile de lumină/întuneric antrenează ceasul central din nucleul suprachiasmatic (SCN) care este situat în hipotalamus, unde domină în principal ritmurile legate de activitate, cum ar fi ciclurile de somn/veghe, sistemul nervos autonom, temperatura corpului central și secreția de melatonină. În schimb, ciclurile de hrănire/post antrenează ceasuri periferice situate în majoritatea țesuturilor, inclusiv chiar și o parte a creierului [7 •]. Ceasurile periferice domină procesele fiziologice locale, incluzând homeostazia glucozei și lipidelor, secreția hormonală, xenobiotice, răspunsul imun și sistemul de digestie [8]. Deoarece ceasul central organizează ceasurile locale prin semnale neuronale și umorale, desincronizarea dintre ceasuri se crede că va duce la dezvoltarea unor condiții nepreferabile, cum ar fi tulburările metabolice, cancerul și tulburările psihiatrice [9].

Recent, un câmp nou între nutriție și sistemul de ceas circadian este denumit „crononutriție” [7 •, 10] (Fig. 1). În acest articol, trecem în revistă descoperirile recente privind crononutriția, componentele alimentare care reglează ceasurile circadiene și orele de masă care afectează homeostazia metabolică.

nutrienți

Reprezentarea schematică a sistemului de ceas circadian și crononutriția. Ciclurile de lumină/întuneric antrenează ceasul central din nucleul suprachiasmatic (SCN) dominând ritmurile de activitate, în timp ce indicii de hrănire determină faza ceasurilor periferice care domină ritmurile metabolice locale. Atât nutrienții, cât și sincronizarea meselor pot afecta sistemul ceasului, astfel „crononutriția” are două aspecte: 1) nutrienții/componentele alimentare reglează sistemul ceasului, de exemplu, cofeina prelungește perioada ceasurilor circadiene și ritmul activității locomotorii și dietele bogate în grăsimi. modificați ritmurile lipogenezei, ale lipidelor circulante, ale activității locomotorii și ale comportamentului alimentar; 2) sincronizarea meselor afectează producția sistemului de ceas, de exemplu, sărind peste micul dejun și mâncarea nocturnă crește riscul de obezitate, în timp ce hrănirea cu timp limitat previne tulburările metabolice induse de dietele bogate în grăsimi. Alimentările regulate/restricționate în timp sincronizează și amplifică ritmurile sistemului de ceas, în timp ce alimentările neregulate/neobișnuite determină desincronizarea și atenuează ritmurile, ducând probabil la tulburări metabolice

Elementele nutritive resetează ceasurile circadiene periferice

Factorii alimentari modulează ceasurile circadiene

Mai multe alte componente alimentare afectează, de asemenea, ceasurile circadiene. Cofeina conținută în alimente și băuturi prelungește ritmurile locomotorii circadiene la Drosophila și șoareci [44, 45]. Doza de cofeină necesară pentru a afecta ritmurile circadiene este

Starea energiei și ceasurile

Momentul consumului de alimente afectează metabolismul energetic

Cum afectează sincronizarea meselor metabolismul?

Concluzii

Ceasurile circadiene la animale sunt strâns legate de homeostazia energetică și sunt afectate de timpul de hrănire, precum și de compoziția/componentele alimentelor. Ceasurile controlează metabolismul energetic și stările metabolice influențează ceasurile. Prevalența bolilor metabolice a crescut în multe țări în care comportamentele circadiene, inclusiv orele de masă, pot fi perturbate și persoanele pot fi private de somn. Hrănirea limitată în timp sau un mic dejun echilibrat pot antrena puternic și astfel amplifica ceasurile circadiene în țesuturile periferice, în timp ce hrănirea în momente neobișnuite sau cu o dietă bogată în grăsimi atenuează aceste ceasuri. Indiciile luminoase/întunecate sunt, de asemenea, importante pentru a menține cooperarea între sistemele circadiene și homeostazia energetică prin ceasul central. Luarea în considerare a orelor de masă adecvate este o modalitate înțeleaptă de a controla bolile metabolice chiar și fără reducere calorică. Consumul de componente alimentare benefice, cum ar fi polifenoli, acizi grași nesaturați și fibre, la momente adecvate ar contribui la promovarea sănătății în același mod în care medicamentele sunt administrate în momente specifice în cronofarmacologie. Nu numai calitatea și cantitatea, ci și momentul este important pentru nutriție.