睡眠紊亂與慢性腎臟病

毛曉明 江 蕾 綜述 楊俊偉 審校

慢性腎臟病(CKD)是多種腎臟疾病的統(tǒng)稱，在長達(dá)數(shù)月或數(shù)年的疾病過程中，腎臟發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)和功能的損傷和改變。通常，CKD被定義為腎小球?yàn)V過率(GFR)<60 ml/(min·1.73m3)，或出現(xiàn)其他腎臟損傷的標(biāo)志，持續(xù)時(shí)間>3個(gè)月[1]。在中國，大約1.2億人處于CKD的不同階段，且人數(shù)逐年增加[2]。糖尿病和高血壓已成為CKD的最主要病因，這兩種疾病也因?yàn)楣ぷ鲏毫Φ脑龃?、飲食、運(yùn)動、睡眠等生活方式的改變，患病率增長迅速。此外，肥胖、血脂異常、炎癥、吸煙等也是CKD的危險(xiǎn)因素，然而其機(jī)制尚未完全清楚[3]。

近年來，人們開始關(guān)注不良生活方式對健康的影響。人類的正常生活及生命機(jī)能存在晝夜的周期性改變，而睡眠是晝夜節(jié)律最為人熟知的外在表現(xiàn)，充足的睡眠對維持機(jī)體晝夜節(jié)律、正常的能量代謝和多種生理功能至關(guān)重要，睡眠缺乏已成為重要的社會衛(wèi)生問題[4]。一些研究發(fā)現(xiàn)，睡眠缺乏與CKD的發(fā)生和發(fā)展之間存在聯(lián)系[5-6]，睡眠時(shí)間的減少(<5 h/d)與蛋白尿的發(fā)生和GFR的下降存在相關(guān)性。本文旨在總結(jié)目前關(guān)于晝夜節(jié)律紊亂以及睡眠缺乏影響腎功能的研究進(jìn)展，同時(shí)對其發(fā)生機(jī)制做出簡述。

睡眠與晝夜節(jié)律

人體內(nèi)許多生理活動都有其內(nèi)在的生理周期。睡眠與覺醒由位于下丘腦的視交叉上核(SCN)調(diào)控，也就是生物鐘。在哺乳動物中，生物鐘是由核心節(jié)律基因轉(zhuǎn)錄反饋環(huán)調(diào)控的(圖1)，該反饋環(huán)由腦和肌肉組織芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類似蛋白1(brain and muscle ARNT-like 1,BMAL1)和晝夜運(yùn)動輸出周期蛋白(circadian locomotor output cycles kaput,CLOCK)。BMAL1-CLOCK異二聚體觸發(fā)廣泛的時(shí)鐘控制基因(circadian clock-controlled genes,CCGs)轉(zhuǎn)錄，包括周期蛋白(period,PER1，PER2和PER3)和隱花色素(cryptochrome,CRY1和CRY2)基因家族。周期性晝夜節(jié)律蛋白同系物(PER)隱花色素(CRY)異二聚體通過抑制BMAL1-CLOCK活性的轉(zhuǎn)錄抑制因子，發(fā)揮抑制反饋回路的作用。另一個(gè)重要的反饋機(jī)制是核受體(REV-ERBs)和視黃醇相關(guān)孤兒受體(retinoid-related orphan receptors,RORs)，它們調(diào)控BMAL1的轉(zhuǎn)錄水平。在生物鐘的強(qiáng)制作用下，機(jī)體進(jìn)入睡眠與覺醒的循環(huán)之中。

圖1 哺乳動物體內(nèi)節(jié)律基因轉(zhuǎn)錄/翻譯反饋回路機(jī)制BMAL1：腦和肌肉組織芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類似蛋白1；CLOCK：晝夜運(yùn)動輸出周期蛋白；DBP：白蛋白D元件結(jié)合蛋白；RORs:視黃醇相關(guān)孤兒受體；在核心回路中，BMAL1和CLOCK構(gòu)成異二聚體BMAL1-CLOCK，該異二聚體結(jié)合周期蛋白(PER1，PER2和PER3)和隱花色素(CRY1和CRY2)基因和時(shí)鐘控制基因(CCGs) 啟動子中的E-boxes以激活轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄所得mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，PERs和CRYs蛋白在細(xì)胞質(zhì)中合成。PERs和CRYs形成復(fù)合物，再進(jìn)入細(xì)胞核，抑制BMAL1-CLOCK介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，PERs和CRYs的降解又重新啟動了一個(gè)新的轉(zhuǎn)錄周期。輔助回路包含另外一對拮抗轉(zhuǎn)錄因子，核受體超家族(NR1D1和NR1D2，又稱REV-ERBα和REV-ERBβ，REV-ERBs)和DBP。前者通過RORs調(diào)節(jié)CLOCK和BMAL1基因，后者通過結(jié)合D-boxes調(diào)控其他的一些CCGs

睡眠-覺醒周期是自身節(jié)律最重要的外在表現(xiàn)之一，正是覺醒時(shí)間的積累和自身節(jié)律的規(guī)律振蕩，使人在睡眠和覺醒兩種狀態(tài)之間規(guī)律轉(zhuǎn)變[7]。一方面，體溫的晝夜規(guī)律變化、褪黑色素和皮質(zhì)醇等激素的晝夜周期性變化與睡眠的開始有關(guān)[8-9]，而另一方面，睡眠自身存在穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即睡眠缺乏時(shí)睡眠強(qiáng)度和時(shí)間的代償性增加，過量的睡眠則使機(jī)體減少對睡眠的需求，這一機(jī)制鞏固了晝夜節(jié)律。早期人們關(guān)注于節(jié)律改變對睡眠的影響，而近年來則有越來越多的證據(jù)說明睡眠也對生物鐘有反饋?zhàn)饔肹10]。睡眠紊亂往往伴隨著節(jié)律的紊亂，而節(jié)律紊亂又會影響睡眠周期，兩者之間關(guān)系密切，很難分割開來。

睡眠獨(dú)立于節(jié)律之外的特點(diǎn)，在于睡眠缺乏的程度是可以累積的，被稱為“睡眠債”。短期的持續(xù)覺醒與長期的睡眠時(shí)間減少有等價(jià)的影響。長期的睡眠時(shí)間受限(<6h)會導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙，相當(dāng)于連續(xù)2晚不睡[11]。大腦是人體耗氧量最高，代謝最旺盛的器官，睡眠缺乏對大腦的損傷機(jī)制與線粒體氧化磷酸化功能的受損、電子傳遞鏈損傷有關(guān)[12]，即造成其代謝障礙?？梢酝茰y，睡眠缺乏對全身代謝旺盛的組織，可能都存在較為明顯的損害。

腎臟生理功能的晝夜節(jié)律

腎臟的生理功能也存在著晝夜節(jié)律。尿量[13]、GFR、腎血流量(RPF)[14]、鈉鉀鈣磷等電解質(zhì)的排泄[15]，某些代謝產(chǎn)物的排泄[16]以及尿蛋白的排泄[17]，均存在晝夜節(jié)律。對小鼠的12種器官的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析結(jié)果顯示，腎臟是擁有節(jié)律性轉(zhuǎn)錄活動的第二大器官，僅次于肝臟[18]，許多參與脂質(zhì)合成、離子轉(zhuǎn)運(yùn)的基因，其mRNA水平存在晝夜節(jié)律，并且一些激活PIK3-AKT-MTOR通路的膜結(jié)合受體僅在腎臟內(nèi)呈周期性表達(dá)變化。

腎小管通過重吸收和分泌兩種方式，在維持機(jī)體水電、酸堿平衡方面發(fā)揮重要作用。這一功能的正常進(jìn)行需要大量ATP供能，使離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白發(fā)揮作用。電解質(zhì)排泄的晝夜節(jié)律提示腎小管的功能受晝夜節(jié)律調(diào)控，分為活躍期和非活躍期，這也意味著腎小管的能量代謝模式存在晝夜的周期性改變。盡管缺乏直接證據(jù)，但腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的氧含量存在晝夜周期性變化，夜行動物大鼠就表現(xiàn)為夜高晝低的模式，與RPF的晝夜節(jié)律相一致，意味著腎臟在睡眠期間更容易受到缺氧的打擊[19]，也提示腎臟的耗氧和產(chǎn)能與動物的活動強(qiáng)度成正相關(guān)。

越來越多的證據(jù)表明，腎臟對細(xì)胞外液容量及溶質(zhì)的調(diào)節(jié)不僅受到活動、飲食、溫度、內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)控，也受到節(jié)律基因的調(diào)控。節(jié)律基因及節(jié)律調(diào)控基因在轉(zhuǎn)錄、翻譯、翻譯后修飾的不同水平上參與晝夜節(jié)律的調(diào)控機(jī)制中來。目前尚且缺乏蛋白組學(xué)、修飾組學(xué)的研究來提供更多的直接證據(jù)，也缺乏合適的數(shù)學(xué)模型來分析數(shù)據(jù)，但晝夜節(jié)律是進(jìn)一步研究腎臟生理功能的重要方向。

睡眠缺乏、節(jié)律紊亂與CKD的發(fā)生發(fā)展

腎臟的正常生理功能需要節(jié)律基因的維持，損傷的腎臟伴有異常的節(jié)律基因表達(dá)，而節(jié)律基因表達(dá)紊亂也給腎臟帶來損傷。對高血壓TGR(mREN-2)大鼠的研究顯示[20]，Clock基因表達(dá)水平較正常對照組明顯上調(diào)，而Bmal1基因表達(dá)的周期平均值和峰值則較對照組下降。在5/6腎切除的大鼠腎臟中，可以檢測到節(jié)律蛋白表達(dá)的周期性發(fā)生改變，BMAL1,DBP和PER2的峰值相比于對照組提前了4h，通過免疫組化定位BMAL1及PER2蛋白可發(fā)現(xiàn)其位置發(fā)生改變[21]。單側(cè)輸尿管結(jié)扎(UUO)的小鼠，其節(jié)律基因表達(dá)的振幅增大，而缺乏Clock基因的小鼠則在UUO后表現(xiàn)出更嚴(yán)重的腎臟纖維化和腎實(shí)質(zhì)損傷[22]，COX2抑制劑則能減輕這種損傷，提示CLOCK可能通過調(diào)節(jié)COX2的表達(dá)來保護(hù)腎臟。

節(jié)律及節(jié)律基因的改變也會增加糖尿病和高血壓的患病風(fēng)險(xiǎn)，長此以往會發(fā)展為CKD。節(jié)律基因Bmal1敲除的小鼠生成的兒茶酚胺減少，失去血壓的節(jié)律性波動[23]。腎小管特異性敲除Bmal1基因后，腎臟的NAD+/NADH比值明顯下降，提示代謝異常[24]。越來越多的研究提示CKD和代謝障礙之間存在著強(qiáng)相關(guān)性[25]，而節(jié)律紊亂會導(dǎo)致代謝異常，例如倒班工作者的代謝綜合征風(fēng)險(xiǎn)更高[26]，這也許是節(jié)律紊亂后加速CKD發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制之一。

睡眠是節(jié)律重要的外在表現(xiàn)之一，是維持節(jié)律的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)睡眠出現(xiàn)問題時(shí)，腎功能受到影響。阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)和睡眠缺乏都是最為常見的睡眠障礙的表現(xiàn)，其中，OSA又會導(dǎo)致低氧血癥和夜間睡眠缺乏，因此睡眠缺乏是OSA的伴隨癥狀。臨床上，OSA患者常常伴有尿電解質(zhì)排泄異常和夜尿增多，推測與早期腎臟損傷相關(guān)，但尚缺乏直接證據(jù)。在CKD患者中，OSA是一種常見癥狀[27]，并且與eGFR的下降有明顯的相關(guān)性[28]。腎臟易受缺氧打擊，在機(jī)體低通氣或呼吸暫停的情況下，局部腎組織發(fā)缺氧，從而出現(xiàn)缺氧損傷。這通常被認(rèn)為是OSA導(dǎo)致腎功能下降的機(jī)制。經(jīng)鼻持續(xù)氣道正壓通氣治療能明顯延緩CKD的進(jìn)展，而針對OSA患者的ACEI/ARB降壓治療則沒有明顯的效果[29]，進(jìn)一步提示缺氧是OSA患者腎功能減退的根本原因。

單純的睡眠缺乏也是CKD發(fā)生和發(fā)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(表1)。睡眠時(shí)間的異常與腎功能進(jìn)展、CKD的發(fā)生存在相關(guān)性。一些研究表明，睡眠過長(>8h/晚)或過短(<6h/晚)的人群伴有CKD的比例更高[30-31]。對CKD患者的長期隨訪發(fā)現(xiàn)，睡眠時(shí)間<5h，或睡眠質(zhì)量不佳、睡眠時(shí)躁動不安(用睡眠碎片化程度衡量)，將增加蛋白尿的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并且會導(dǎo)致GFR更快地下降[32-33]。在正常人群中的研究同樣提示，長期的睡眠缺乏會增加CKD的風(fēng)險(xiǎn)[5]。睡眠缺乏不僅會誘發(fā)CKD，也會加速CKD的進(jìn)展。值得注意的是，也有臨床研究發(fā)現(xiàn)，睡眠缺乏會導(dǎo)致GFR的升高[34]，這并不能說明睡眠缺乏存在保護(hù)作用，不僅僅是因?yàn)閷GFR的估算并不能反映實(shí)際的腎功能，也因?yàn)槟I臟的高濾過狀態(tài)已在糖尿病腎病和高血壓性腎病的研究中有較為詳盡的闡述，高濾過狀態(tài)過度消耗了腎單位的儲備功能，長期看仍是不利因素?，F(xiàn)有的臨床研究以累計(jì)平均每日的睡眠時(shí)間長短來劃分亞組，忽略睡眠缺乏所包含的多種異常睡眠模式，并且常以問卷的形式統(tǒng)計(jì)睡眠時(shí)間，其真實(shí)性受到受試者主觀因素的影響，進(jìn)一步的研究需要更加精確客觀地監(jiān)測受試者的睡眠情況。在沒有明顯的缺氧情況下，睡眠缺乏仍與CKD存在相關(guān)性，提示充足的睡眠對腎功能的維護(hù)作用另有機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。在對小鼠進(jìn)行持續(xù)6h的睡眠剝奪后，節(jié)律蛋白PRE2在腎臟中的表達(dá)增加[10]，提示腎臟節(jié)律基因表達(dá)模式受睡眠的影響，則睡眠缺乏引起的節(jié)律紊亂和代謝異?；蛟S是其中機(jī)制之一。

小結(jié): 腎臟的生理功能存在晝夜節(jié)律，維持正常的生理功能則需要能量維持，面對晝夜不同的能量需求，腎臟的代謝模式和代謝水平每天受人的活動、飲食等因素的影響，在節(jié)律基因的調(diào)控下，發(fā)生以24h為周期的規(guī)律變化。睡眠在維持每日的能量代謝動態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)睡眠缺乏時(shí)，節(jié)律受到影響，能量代謝動態(tài)平衡的喪失導(dǎo)致代謝異常，加速了CKD的進(jìn)展，或促使其發(fā)生。充足的睡眠時(shí)間對維護(hù)CKD患者的腎功能具有重要意義。

表1 睡眠缺乏與eGFR下降或蛋白尿的相關(guān)性研究

eGFR:估算的腎小球?yàn)V過率；*：該研究為前瞻性研究，該值為發(fā)病率之比