反馈回路和前馈调节机制，如何应用于国自然？看这一篇就够了

文摘 2024-12-25 20:11 上海

你知道反馈调节和前馈调节的区别吗？你知道反馈回路的实验该如何设计吗？

（一）反馈调节（Feedback Regulation）或反馈回路（Feedback Loop）：是一种系统调节机制。在生物学中，它是维持生物体内稳态的关键机制，通过监测和调节生理过程来响应内部和外部的变化。

-反馈调节是一个系统通过其输出来调节其进一步的活动的过程。这种机制可以是正反馈（增强系统的变化）或负反馈（减少或稳定系统的变化）。

-反馈回路包含至少三个基本组成部分：一个感应器（检测变化的部分）、一个效应器（产生响应的部分），以及一个控制中心（接收信息并决定响应的部分）。

反馈回路会让你的科学假说更加完整，而不会被专家问A的上游是什么？D的下游为何不探索。

生物学中的例子和应用

1. 体温调节（负反馈）：人体维持一个相对恒定的体温。当体温升高时，身体通过出汗和血管扩张来散热；当体温下降时，身体通过颤抖和血管收缩来产生和保存热量。

2. 血糖调节（负反馈）：胰岛素和胰高血糖素在血糖水平的调节中起着关键作用。血糖升高时，胰岛素被释放以降低血糖；而血糖降低时，胰高血糖素被释放以增加血糖。

3. 神经系统调节（正反馈和负反馈）：神经元通过释放神经递质来传递信号，这种信号传递可以被增强（正反馈）或减弱（负反馈），以调节神经信号的传播。

4. 激素调节：例如，垂体-甲状腺轴的激素分泌是通过负反馈机制进行调节的。甲状腺激素水平的上升会抑制垂体释放促甲状腺激素（TSH），而甲状腺激素水平的下降会促使TSH的释放。

（二）前馈调节（Feedforward Regulation）是在系统接收到最终反馈信号之前便开始作用。这种机制能够预测即将发生的变化，并据此作出反应，从而提高系统的效率和响应速度。前馈调节与反馈调节（如正反馈或负反馈）不同，后者基于系统输出的结果来调整输入或过程。

前馈调节的特点

1. 预测性：前馈调节能够预先响应即将发生的事件或环境变化，而不是仅仅对已经发生的变化作出反应。

2. 快速响应：通过预先调节，系统可以迅速适应变化，减少延迟。

国自然项目名称	单位	类别
以肝癌细胞GP73为中枢的前馈调控在促进肿瘤微环境血管再生中的作用及其机制	浙江大学	青年
基于转录组学探讨左归丸调节OXT/OXTR前馈环路抗绝经后骨质疏松阐释“诸髓皆属于脑”的机制	河南中医药大学	青年
miR-204-5p通过负向调节IL-11自分泌前馈环路抑制慢性移植肾失功早期炎症细胞浸润的机制研究	南华大学	青年
基于CRISPR-Cas9全基因组筛选探索hnRNPA2B1/miR-195/STAT3形成的前馈回路诱导去势抵抗性前列腺癌对恩杂鲁胺耐药的作用和机制	广州医科大学	青年
YY1/miR-186-5p/ZHX1前馈环调控胰腺癌细胞增殖和侵袭的分子机制	苏州大学	青年

生物学中的例子和应用

1. 唾液分泌：在食物进入口腔之前，仅是看到或嗅到食物就可以刺激唾液腺分泌唾液，这是一种前馈机制，准备消化系统处理即将摄入的食物。

2. 胃酸分泌：胃在食物到达之前就开始分泌胃酸。这种前馈反应是由看到、嗅到或思考食物时引起的，从而使胃为消化做好准备。

3. 运动协调：在运动活动中，大脑会预先调节肌肉活动，以便有效和协调地进行运动。这种前馈调节帮助预测身体的需要，使动作更加流畅和准确。

4. 胰岛素分泌：在进食前，仅是预期到食物的摄入就可以刺激胰腺分泌胰岛素，以预先调节血糖水平的变化。

（三）那么反馈调节和前馈调节标准的实验步骤应该是什么样子的呢？我们以国自然项目“YY1/miR-186-5p/ZHX1前馈环调控胰腺癌细胞增殖和侵袭的分子机制”为例，进行实验设计，如下：

1. YY1对miR-186-5p的调控：

首先，探究YY1（Yin Yang 1）对miR-186-5p表达的影响。

方法：使用实时定量PCR（qPCR）分析胰腺癌细胞中YY1表达对miR-186-5p水平的影响。同时，通过RNA干扰技术（siRNA）敲低YY1表达，观察miR-186-5p表达的变化。

2. miR-186-5p对ZHX1的调控：

研究miR-186-5p对ZHX1（Zinc fingers and homeoboxes 1）的调控作用。

方法：通过Western blot和qPCR分析miR-186-5p对ZHX1蛋白和mRNA水平的影响。利用miR-186-5p模拟物（mimics）和抑制剂（inhibitors）来调节miR-186-5p的水平，进而观察ZHX1的表达变化。

3. 反馈环中ZHX1对YY1的调控：

探究ZHX1对YY1的调控作用，以及它们在胰腺癌细胞增殖和侵袭中的作用。

方法：使用共免疫沉淀实验（Co-IP）检测ZHX1和YY1之间的相互作用。采用细胞增殖实验（如MTT、CCK-8）和侵袭实验（如Transwell）来评估YY1和ZHX1对胰腺癌细胞增殖和侵袭能力的影响。

4. YY1/miR-186-5p/ZHX1前馈环的形成及功能：

目的：证实YY1、miR-186-5p和ZHX1之间形成的前馈环，及其在胰腺癌发展中的作用。

方法：通过整合以上实验结果，综合分析YY1、miR-186-5p和ZHX1之间的相互调控关系。使用基因过表达和敲除实验来验证前馈环在胰腺癌细胞增殖和侵袭中的作用。

来源：青椒医学

编辑：小饼干

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