2017年2月27日

ZeitZeiger:电脑根据你的生物钟显示时间

一项发表在《开放获取》杂志上的新研究描述了一种名为ZeitZeiger的计算机方法，它使用血液样本来准确预测昼夜节律时间——根据一个人的生物钟来预测一天中的时间基因组医学．

美国范德堡大学医学院的主要作者杰克·休伊博士说:“我们的研究展示了一种预测一个人一天中的‘内部’时间的方法，最终可用于帮助诊断和监测昼夜节律和睡眠相关疾病，也可用于个性化治疗。”

休伊博士补充说:“这是第一个利用来自许多个体的全基因组表达数据来开发人类血液中生物钟生物标志物的研究。以前监测人体组织中生物钟的工作是基于少数个体和/或一小组预先选择的基因。我们的ZeitZeiger方法使用了人类基因组中的15个基因来预测昼夜节律时间。”

研究人员惊奇地发现，这15个基因中有13个不是人类生物钟的“核心”基因。核心基因的产生和调控是必需的昼夜节律．它们可以比作机械表的齿轮。休伊博士说:“大多数被选为ZeitZeiger基因的基因似乎都是生物钟的产物;也就是说，它们不是控制时钟的齿轮，而是报时的指针。这表明，当给出基因组中几乎每个基因的数据时，算法可以找出哪组基因给出了最好的预测，即使它们不是核心时钟基因。”

除了预测昼夜节律时间，研究人员还证明ZeitZeiger还可以用来显示睡眠-觉醒和光-暗周期的中断是如何影响昼夜节律钟的。在一天中的任何特定时间，生物钟产生的节奏在个体之间存在很大差异，而且它们经常受到现代环境的干扰，例如由于轮班工作或阳光照射时间减少。昼夜节律紊乱与癌症、抑郁症和肥胖等疾病有关。

了解一个人的昼夜节律可以用来优化治疗干预的时间，这被称为时间疗法。改善昼夜节律功能本身，即所谓的chronomedicine，也可能有益于人类健康。但时间疗法和时间医学都依赖于监测个人生物钟状态的能力。根据研究人员的说法，目前的方法包括测量褪黑激素(帮助控制睡眠-觉醒周期的激素)，需要多个样本，而且不适合广泛使用。

为了训练ZeitZeiger根据血液样本中表达的基因来预测昼夜节律时间，并分析生物钟是如何受到睡眠和光暗周期的干扰的影响，Hughey博士和他的团队使用了来自60个人的498个公开样本，这些人要么在正常的睡眠-觉醒和光暗周期(对照组)中全天抽血，要么在睡眠-觉醒和光暗周期中断后抽血(条件)。使用他们的机器学习算法来分析血液样本中的RNA，研究人员能够识别出一组基因能够准确预测一个人的昼夜节律时间。虽然这项研究的重点是血液中的全基因组基因表达，但研究人员之前在小鼠身上的工作表明，ZeitZeiger可以用于任何组织。