密歇根大學研究人員開發出一個數學模型，揭示了人體晝夜節律如何顯著影響藥物與身體的相互作用機制。
該研究成果可幫助醫生通過將藥物劑量與患者自然生物鍾同步，實現最佳治療效果。 此項工作部分獲得聯邦多學科大學研究計劃項目的資助。
“這些發現為時間治療學提供了機制基礎——通過考慮晝夜節律時間來優化藥物療效，”該研究作者、密歇根大學數學系本科生研究員姚天勇（Tianyong Yao）表示。 “這有望改善注意力缺陷多動障礙（ADHD）、抑鬱症和疲勞等癥狀的治療效果。”
發表在《PLOS計算生物學》期刊上的這項研究聚焦於多巴胺再
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攝取抑製劑（DRIs）類藥物，該類藥物用於治療嗜睡症和抑鬱症。 但該模型可推廣至其他用於調節多巴胺的藥物，多巴胺是幫助神經元相互交流的重要化學物質。 除姚天勇提及的疾病外，此類藥物還可用於輔助管理成癮和帕金森病。
“我們的數學模型表明，在身體自然多巴胺水準上升前數小時服用DRIs有助於延長治療效果，”密歇根醫學院博士後研究員、資深作者金Ruby（Ruby Kim）表示。
金和姚利用治療嗜睡症的藥物莫達非尼（modafinil）數據構建了該模型。 姚表示，基於此模型，醫生現在可預測具有相似作用機制藥物的劑量與給葯時間影響。
“我們能分析更普遍的情況，考慮多種劑量時間與濃度的組合方案，”姚表示。 該模型可幫助醫生為患者鎖定最具前景的治療方案。
金強調，該模型不會取代實驗或臨床試驗，但能有效指導相關研究。
多巴胺水準在一天中波動
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顯著，但鮮有實驗研究關注給葯時段的影響，“她指出。 “我們的研究表明必須充分考慮這些影響。”
人體多巴胺水準隨晝夜自然變化，這與特定蛋白質活性相關，而蛋白質活性又受晝夜節律調控。 研究團隊證實，莫達非尼效果會因服藥是否符合節律而顯著不同。
“在錯誤時段服用莫達非尼會引發多巴胺水準急劇飆升後崩潰，而在正確晝夜節律視窗期給葯則能更持久維持多巴胺水準，”姚表示。
該模型還助力研究團隊深入探究莫達非尼與另一影響多巴胺水準的自然節律間的相互作用。 這種每日迴圈多次而非僅一次的節律，被稱為超晝夜節律（ultradian rhythm）。
姚指出，多巴胺的超晝夜節律是在近10至15年內於哺乳動物中發現的。 其作用機制尚未完全闡明，但團隊模型顯示DRIs能延長該節律的每個週期，這將為解決這一基礎生物學問題提供關鍵資訊。
“百年前人類尚不理解晝夜節律，但通過積累證據提出了假設，”姚表示。 “當前我們對超晝夜節律的研究正處於類似階段。”