《Poultry Science》：Circadian rhythm of melatonin receptors under monochromatic light and their regulatory effect on clock genes in the chick liver
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为明确不同波长光照如何通过影响褪黑素膜/核受体（Mel1a/b/c, RORα）的昼夜节律，进而调控肝脏时钟基因表达，研究人员系统探讨了单色光对雏鸡肝褪黑素受体节律的影响及其对7个核心时钟基因（cClock, cBmal1/2, cCry1/2, cPer2/3）的调控作用。研究发现绿光可增强膜受体节律，红光则削弱之；松果体切除术可减弱光波长的效应。体外实验证实，激活不同褪黑素受体可诱导时钟基因表达，褪黑素可引导肝细胞时钟基因的自主节律。本研究阐明了光波长通过褪黑素信号调控禽类外周生物钟的机制，为理解光环境对禽类生理节律的影响提供了新见解。
在自然界中，从微小的蓝藻到复杂的人类，几乎所有生物都演化出了顺应地球自转所产生的明暗周期的内在计时器——生物钟。这个精密的系统不仅调控着我们的睡眠与觉醒，也深刻影响着新陈代谢、免疫应答等众多生理过程。对于鸟类而言，其生物钟系统尤为特别，它们拥有三个“中央起搏器”：视交叉上核、视网膜和松果体，共同协调全身的节律。光，作为最主要的“授时因子”，其属性（如周期、强度和波长）的变化会显著影响生物钟。随着人类活动带来日益严重的光污染，研究不同波长的人工光源如何影响生物节律，特别是对经济禽类的影响，变得至关重要。
以往研究表明，单色光能影响鸡体内时钟基因的表达节律，而激素褪黑素参与了这一过程。褪黑素需要通过与细胞膜上的受体（如Mel1a, Mel1b, Mel1c）或细胞核内的受体（RORα）结合来发挥作用。然而，这些受体自身的表达是否也存在昼夜节律？不同波长的光（如红光、绿光、蓝光）又会如何影响这些受体的节律？更重要的是，不同的褪黑素受体对肝脏时钟基因的表达各自起着怎样的调控作用？这些问题尚不清晰。为了回答这些疑问，研究人员在《Poultry Science》上发表了题为“Circadian rhythm of melatonin receptors under monochromatic light and their regulatory effect on clock genes in the chick liver”的研究论文，系统揭示了单色光通过调节褪黑素受体节律来调控雏鸡肝脏生物钟的分子机制。
研究人员综合运用了多项关键技术来开展这项研究。在体实验中，他们使用新孵化的Arbor Acres肉鸡雏鸡建立动物模型，通过手术建立假手术组和松果体切除组，并分别置于白光、红光、绿光、蓝光四种单色LED光下饲养两周。在特定时间点（每隔4小时，共6个点）采集肝脏样本。在离体实验中，他们分离培养了雏鸡原代肝细胞，并通过添加特定的褪黑素受体激动剂或拮抗剂进行干预。基因和蛋白表达分析主要采用实时定量聚合酶链式反应（qPCR）和蛋白质印迹法（Western blot），数据的昼夜节律分析则运用了余弦分析等生物节律经典分析方法。
Circadian rhythm of melatonin receptor expression in the chick liver
研究首先确认了雏鸡肝脏中四种褪黑素受体（Mel1a, Mel1b, Mel1c, RORα）的mRNA和蛋白表达均存在显著的昼夜节律。其中，膜受体Mel1a和Mel1b的节律振荡幅度最强。有意思的是，它们的节律相位并不相同：Mel1a的表达高峰出现在主观夜晚，而Mel1b、Mel1c和核受体RORα的高峰则出现在主观白天。这提示不同的受体可能受到差异化的转录或转录后调控。
Effect of monochromatic light and pinealectomy on the circadian rhythm of melatonin membrane receptor expression
接下来，研究深入探讨了单色光和松果体切除对褪黑素膜受体节律的影响。结果发现，光波长能显著改变膜受体的节律参数，且绿光和红光的作用往往相反。具体而言，绿光普遍增强了三种膜受体（Mel1a, Mel1b, Mel1c）mRNA和蛋白节律的中值水平和振幅；而红光则倾向于削弱这些节律参数。蓝光的影响相对有限，主要提升了Mel1b的节律。当研究人员切除雏鸡的松果体（褪黑素的主要分泌器官）后，膜受体的节律振荡被显著削弱，表现为中值水平和振幅的大幅下降，尤其是Mel1a受体的节律几乎被“抹平”。更重要的是，松果体切除后，不同单色光之间在调节受体节律上的差异也大大减小甚至消失。这表明，松果体及其分泌的褪黑素是光波长调控肝脏褪黑素膜受体节律的关键中介。
Effect of monochromatic light and pinealectomy on the circadian rhythm of melatonin nuclear receptor expression
与膜受体的情况形成有趣对比的是，褪黑素核受体RORα的节律对光波长的响应模式几乎相反。红光增强了RORα节律的中值和振幅，而绿光则表现出削弱作用。此外，松果体切除并未减弱RORα的节律，反而普遍增强了其节律振荡。这些结果提示，褪黑素的膜受体信号通路与核受体信号通路在响应光环境变化时可能存在不同的甚至相反的调节机制。
Effect of melatonin receptor on clock gene expression and intrinsic rhythm in hepatocytes
最后，研究在细胞水平上直接验证了不同褪黑素受体对时钟基因的调控作用。在原代培养的雏鸡肝细胞中，添加褪黑素可普遍上调七个核心时钟基因（cClock, cBmal1, cBmal2, cCry1, cCry2, cPer2, cPer3）的表达。通过使用特定的受体拮抗剂，研究人员发现：Mel1a的激活可诱导全部七个时钟基因的表达；而Mel1b和Mel1c的激活则能诱导其中五个基因（cClock, cBmal2, cCry2, cPer2, cPer3）的表达，对cBmal1和cCry1无影响。使用RORα的激动剂SR1078也能诱导所有七个时钟基因的表达。此外，在长期培养的肝细胞中，褪黑素的处理能够增强cBmal1基因表达的自主振荡幅度，并延迟cPer2基因的表达峰值，证明了褪黑素具有引导和维持肝细胞内在生物钟节律的能力。
本研究得出以下核心结论：首先，雏鸡肝脏中的褪黑素受体表达存在明显的昼夜节律，且不同受体的节律相位各异。其次，单色光能特异性调控这些受体的节律，其中绿光增强膜受体节律，红光增强核受体RORα节律，而松果体及其分泌的褪黑素是光波长产生这些效应的必要中介。最后，在肝细胞中，不同褪黑素受体的激活能够诱导核心时钟基因的表达，并且褪黑素能够引导肝细胞时钟基因的自主节律。
这项研究的重要意义在于，它系统性地阐释了光波长（单色光）作为外部环境信号，如何通过影响褪黑素信号通路中关键元件（受体）的昼夜节律，进而精细调控肝脏这一重要外周器官生物钟的分子机制。研究不仅揭示了禽类复杂生物钟系统对光环境响应的新层面，也强调了松果体-褪黑素轴在此过程中的核心枢纽作用。这些发现增进了我们对人工光环境如何影响禽类生理健康的理解，为家禽养殖中通过优化光照策略（如使用特定波长的光）来改善禽类福利、健康和生产力提供了潜在的理论依据。同时，研究中所揭示的膜受体与核受体在节律调控上的不同响应模式，也为未来深入研究褪黑素信号通路的复杂调控网络指明了方向。
