晝夜節(jié)律紊亂在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中的作用及其干預(yù)的研究進(jìn)展

（上海長(zhǎng)征醫(yī)院 心血管內(nèi)科，上海 200001）

生物的日常行為時(shí)刻感受著周圍環(huán)境并對(duì)其晝夜節(jié)律變化做出反饋，機(jī)體內(nèi)的各種組織器官在激素以及神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下對(duì)外界環(huán)境的晝夜節(jié)律改變做出反應(yīng)。每個(gè)細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在各自的節(jié)律系統(tǒng)，不僅具有產(chǎn)生晝夜節(jié)律的能力，而且存在復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)制來調(diào)節(jié)它的相位變化，稱為內(nèi)源性晝夜節(jié)律。晝夜節(jié)律紊亂參與心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。在人類的各項(xiàng)系統(tǒng)中，心血管系統(tǒng)功能在清晨時(shí)段的活躍可以幫助機(jī)體從順利睡眠狀態(tài)中蘇醒激活，進(jìn)而開始新的一天日?；顒?dòng)，在此過程中人體各部分系統(tǒng)尤其心血管系統(tǒng)易受晝夜節(jié)律紊亂的影響而發(fā)生過度激活或者不激活，導(dǎo)致各類急性心血管事件（腦卒中、心肌梗塞等）的發(fā)生。腦卒中、心肌梗死和心源性猝死存在清晨高發(fā)的特點(diǎn)，在夜間工作人群中表現(xiàn)更為明顯。晝夜節(jié)律的紊亂被認(rèn)為是增加罹患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵危險(xiǎn)因素，晝夜節(jié)律性在動(dòng)脈粥樣硬化病變發(fā)展早期過程中很重要，基于晝夜節(jié)律制定合適的時(shí)間療法。未來的研究將需要揭示晝夜節(jié)律鐘與接下來動(dòng)脈粥樣硬化病變的相關(guān)性，從而為進(jìn)一步研究清晨隨時(shí)間變化的心肌梗塞或中風(fēng)發(fā)作提供基礎(chǔ)。故本文擬就晝夜節(jié)律紊亂在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中的作用及相關(guān)干預(yù)的研究進(jìn)展做一綜述。

1 機(jī)體中的整體晝夜節(jié)律系統(tǒng)

在人類和其他哺乳動(dòng)物中，產(chǎn)生晝夜節(jié)律性變化的位置主要位于下丘腦的視交叉上核，其節(jié)律性主要通過視網(wǎng)膜下丘腦束調(diào)節(jié)且與外界環(huán)境中的光照情況進(jìn)行同步[1]。在人體有核細(xì)胞中存在6 個(gè)核心時(shí)鐘基 因（Clock、Bmal1、Period、Per、Cryptochrome及Cry），其轉(zhuǎn)錄、翻譯以24 h 為1 個(gè)周期，構(gòu)成節(jié)律變化產(chǎn)生的主體[2-3]。在以上核心時(shí)鐘基因中，CLOCK和BMAL1充當(dāng)正向調(diào)節(jié)因子，他們形成二聚體并啟動(dòng)Per和Cry基因的轉(zhuǎn)錄過程。表達(dá)翻譯后的Per 和Cry 蛋白則作為產(chǎn)物抑制CLOCK、BMAL1 的激活，從而抑制自身表達(dá)。除此之外，其他互鎖分子途徑環(huán)如核受體因子Rev-erbα 和Rorα 的轉(zhuǎn)錄表達(dá)亦可反向控制Bmal1 表達(dá)節(jié)律[4-5]。視交叉上核通過自主神經(jīng)系統(tǒng)投射、褪黑激素及糖皮質(zhì)激素分泌、體溫和食欲控制等神經(jīng)、內(nèi)分調(diào)節(jié)泌途徑影響組織節(jié)律[6-8]。在哺乳動(dòng)物中，抑制性核心時(shí)鐘基因Cry1、Per2與核受體因子Rev-erbα 構(gòu)成的負(fù)反饋回路同樣具有晝夜節(jié)律性變化[9]。

2 心血管系統(tǒng)中的晝夜節(jié)律系統(tǒng)

轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)表明，心肌細(xì)胞在晝間進(jìn)行ATP 的合成與儲(chǔ)存，同時(shí)在夜間休息或睡眠期進(jìn)行細(xì)胞生長(zhǎng)及修復(fù)[10]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明相關(guān)節(jié)律分子的改變會(huì)導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)年齡依賴性心肌病[11]。在動(dòng)物試驗(yàn)中，通過基因敲除法培育出載脂蛋白E 缺失的小鼠中可觀察到CRY1 mRNA 的表達(dá)顯著降低；而在過表達(dá)CRY1 的小鼠模型中，包括TNF-α、IL-1、IL-6、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α 等在內(nèi)的促炎癥因子合成明顯降低，解剖觀察主動(dòng)脈及小鼠生化指標(biāo)發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈竇斑塊面積、TC、TG 和LDL-C 的濃度也降低[12]。其他觀察發(fā)現(xiàn)特異性缺失Bmal1基因的小鼠會(huì)出現(xiàn)心肌細(xì)胞上Na+和K+通道的正常晝夜節(jié)律作用喪失，致使心率明顯降低、心律失常風(fēng)險(xiǎn)增加，導(dǎo)致心源性猝死發(fā)生[13]。在血管收縮舒張功能中，BMAL1、CRY1、Cry2、PER1及Per2基因以及Per3、Rev-erbα mRNA的表達(dá)同樣表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性。上述基因的異常節(jié)律表達(dá)可導(dǎo)致高脂血癥，損害血管平滑肌細(xì)胞的晝夜節(jié)律和生理穩(wěn)態(tài)[14]。

2.1 晝夜節(jié)律異常參與動(dòng)脈粥樣硬化病理過程

MANFREDINI 等[15]為評(píng)估內(nèi)源性晝夜節(jié)律系統(tǒng)對(duì)心血管生理學(xué)的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)取消夏令時(shí)與急性心肌梗死發(fā)生率增加之間存在聯(lián)系，特別是在春季早期，其與交感神經(jīng)張力和兒茶酚胺水平及睡眠剝奪、晝夜時(shí)差及外界環(huán)境改變有關(guān)。AKASHI 等[16]通過雜交方式在低密度脂蛋白受體缺陷小鼠中引入突變核心節(jié)律基因Period2，發(fā)現(xiàn)其除了表現(xiàn)出晝夜節(jié)律受損，還出現(xiàn)動(dòng)脈斑塊面積顯著增大，炎癥細(xì)胞因子IL-6 水平增加。同時(shí)XIE[17]發(fā)現(xiàn)Bmal1基因敲除的小鼠動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷增加。以上表明晝夜節(jié)律基因表達(dá)異常與動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展有關(guān)。

2.2 晝夜節(jié)律異常與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)危險(xiǎn)因素的關(guān)系脂代謝異常

在脂肪組織中，節(jié)律基因已經(jīng)被證明控制脂肪細(xì)胞增殖和分化、脂質(zhì)代謝及其分泌功能；脂肪代謝狀態(tài)同樣能反饋、中央和外圍節(jié)律基因，調(diào)整機(jī)體行為和規(guī)整生理節(jié)律[15]。已有研究對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠服用合成REV-ERB 激動(dòng)劑來減少脂肪量和改善血脂異常和高血糖[16]。脂聯(lián)素作為脂肪細(xì)胞分泌的參與脂肪代謝的蛋白質(zhì)激素，在小鼠中表達(dá)受節(jié)律基因及其轉(zhuǎn)錄因子PPARγ 及其共激活因子PGC1α 的晝夜節(jié)律表達(dá)的調(diào)節(jié)[17]。高脂血癥大鼠模型中，使用游離脂肪酸刺激血管平滑肌細(xì)胞，其生物鐘節(jié)律受到影響，Smarcd1基因出現(xiàn)低表達(dá)。說明高脂血癥可能通過抑制Smarcd1基因損害血管平滑肌細(xì)胞時(shí)鐘基因Bmal1表達(dá)來影響機(jī)體的生理穩(wěn)態(tài)[18]。

2.3 血壓波動(dòng)異常

血壓波動(dòng)具有鮮明的節(jié)律性。睡眠時(shí)血壓通常低于清醒時(shí)，在覺醒后出現(xiàn)升高，與心血管事件發(fā)生規(guī)律模式相似[18]。在高血壓及慢性腎功能不全的人群中，失去血壓晝夜節(jié)律的反勺型血壓可能是動(dòng)脈粥樣斑塊高發(fā)的危險(xiǎn)因素[19-20]。在小鼠血管平滑肌細(xì)胞中Bmal1時(shí)鐘基因的缺失會(huì)削弱血管舒縮節(jié)律幅度，使血壓晝夜節(jié)律紊亂并使脈壓的晝夜變化消失[17]。有研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，高血壓人群中血管緊張素Ⅱ可以促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化和易損斑塊形成，而血壓異常可通過LPPLA2 增加氧化低密度脂蛋白的水解強(qiáng)化動(dòng)脈斑塊生成[21]。

2.4 凝血和纖凝系統(tǒng)異常

血小板活化和纖維蛋白溶解的節(jié)律性動(dòng)態(tài)平衡對(duì)心血管事件發(fā)生至關(guān)重要。血小板聚集性和纖溶酶原激活物抑制劑-1 濃度變化具有節(jié)律性[22]。CLOCK基因過表達(dá)通過直接上調(diào)纖溶酶原激活物抑制劑-1表達(dá)觸發(fā)血管粥樣硬化斑塊的形成[23]。載脂蛋白A-Ⅳ作為血小板α Ⅱbβ3 整合素的配體，是減少血小板聚集的內(nèi)源性抑制劑，其晝夜節(jié)律與血小板聚集程度呈負(fù)相關(guān)，早晨血小板聚集性最強(qiáng)時(shí)外周血載脂蛋白A-Ⅳ含量最低[24]。

2.5 免疫系統(tǒng)異常

人體免疫系統(tǒng)的很多組成部分都可以表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性，在炎癥狀態(tài)下，時(shí)鐘基因Bmal1調(diào)控經(jīng)典單核細(xì)胞的晝夜運(yùn)輸。除了免疫細(xì)胞運(yùn)輸外，由于其對(duì)細(xì)胞因子釋放，細(xì)胞死亡和炎癥消退的調(diào)節(jié)，晝夜節(jié)律的破壞也會(huì)改變免疫反應(yīng)。多種細(xì)胞因子的表達(dá)受核心時(shí)鐘蛋白調(diào)節(jié)，因此表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性。在炎癥活動(dòng)期，促炎癥細(xì)胞因子TNF、IL-10 和糖皮質(zhì)激素的水平出現(xiàn)峰值。此外，BMAL1 抑制了髓樣細(xì)胞中NF-κB 的活化，因此間接觸發(fā)了其他促炎介質(zhì)的表達(dá)[25]。核心時(shí)鐘蛋白通過正向調(diào)節(jié)NF-κB 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄來調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡和細(xì)胞存活之間的平衡，從而提供了控制細(xì)胞凋亡的機(jī)制[26]。鑒于Bmal1 和Clock 在調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄中的重要性，許多研究已使用敲除策略評(píng)估晝夜節(jié)律在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展中的重要性[27-28]。這些研究突顯了在免疫系統(tǒng)中確實(shí)存在功能性晝夜節(jié)律。晝夜節(jié)律的破壞會(huì)破壞免疫細(xì)胞的活性，從而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的加速。

3 針對(duì)晝夜節(jié)律異常干預(yù)對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)心血管疾病的作用

3.1 調(diào)脂治療對(duì)晝夜節(jié)律及心血管疾病影響

血漿脂聯(lián)素水平的他汀治療后有顯著上升，而脂聯(lián)素水平上升的時(shí)間出現(xiàn)在治療12 周后[29-30]。因此，較長(zhǎng)時(shí)間的他汀類藥物治療可能通過影響轉(zhuǎn)錄因子PPARγ 及其共激活因子PGC1α 的節(jié)律表達(dá)起到調(diào)節(jié)脂聯(lián)素水平進(jìn)而影響血脂情況[31]。另一方面，在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表明，小鼠予以高脂飲食16 周后，處死并收集組織標(biāo)本觀察發(fā)現(xiàn)血中過高的膽固醇會(huì)使得miR-107 過度表達(dá)，miR-107 與CLOCK時(shí)鐘基因的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞晝夜節(jié)律的失調(diào)[32]。該實(shí)驗(yàn)說明通過使用阿托伐他汀及非諾貝特等他汀類藥物降低血中膽固醇含量，降低miR-107 過度表達(dá)，改善細(xì)胞晝夜節(jié)律從而發(fā)揮其抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。

3.2 降壓治療對(duì)晝夜節(jié)律及動(dòng)脈粥樣硬化的影響

給藥的時(shí)間的不同對(duì)心血管時(shí)間存在不同影響。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（renin-angiotensinaldosterone system, RAAS）的晝夜節(jié)律于夜間活躍，睡眠時(shí)期攝入降壓藥物效果較早晨明顯，故睡前（22:00）給予血管緊張素I 制劑可以降低早晨高血壓，同時(shí)減少緩激肽合成導(dǎo)致的干咳等不良反應(yīng)發(fā)生率[28]。晚上服用氨氯地平相較于早晨可以有效的降低收縮壓及心率，而無需增加藥物劑量[29]。一項(xiàng)MAPEC 研究對(duì)2 156 例高血壓患者隨機(jī)選擇將至少1 種抗高血壓藥物的給藥時(shí)間改為睡前服用，或者繼續(xù)維持早晨服用降壓藥物，發(fā)現(xiàn)睡前給藥的實(shí)驗(yàn)對(duì)象減少了心血管事件的發(fā)生率和遠(yuǎn)期心血管死亡率[30]。藥物降壓治療通過改善血壓節(jié)律紊亂降低動(dòng)脈粥樣斑塊高發(fā)的危險(xiǎn)因素、抑制RAAS 系統(tǒng)，延緩動(dòng)脈粥樣硬化和易損斑塊形成。

3.3 抗栓治療對(duì)晝夜節(jié)律及心血管疾病的影響

血栓素A2 抑制劑阿司匹林是臨床常用的抗血小板治療藥物，阿司匹林可促進(jìn)前列環(huán)素2 生成，而前列環(huán)素2 在抗動(dòng)脈粥樣硬化作用和抗血管血栓形成方面具有重要作用[31]。在一項(xiàng)290 人的隨機(jī)交叉試驗(yàn)中，受試者分別于睡前或清晨服用阿司匹林，監(jiān)測(cè)24 h 血壓變化及血小板聚集情況。結(jié)果顯示睡前與清晨服用阿司匹林相比，血壓并無明顯變化，但是睡前服用阿司匹林降低了早晨血小板活性[32]。另一項(xiàng)隨機(jī)開放性交叉試驗(yàn)中，通過血小板功能分析儀和透光聚集法測(cè)量不同時(shí)間段（8:00～20:00）口服阿司匹林后12、24 h 血小板聚集程度，發(fā)現(xiàn)晚上服用阿司匹林抑制血小板聚集作用較早晨更為明顯[33]。而其他抗血小板治療藥物如P2Y12 受體拮抗劑氯吡格雷、可逆性P2Y12 二磷酸腺苷受體拮抗劑替格瑞洛對(duì)抑制血小板活性作用同樣具有明顯的晝夜變化，分別在早晨（5:00～10:00）、中午（13:00）血小板反應(yīng)性達(dá)到峰值[34-35]。專家觀點(diǎn)表示在COMPASS 研究中，口服利伐沙班2.5 mg 聯(lián)合阿司匹林75～100 mg，2 次/d，可顯著降低動(dòng)脈粥樣硬化結(jié)局、心血管死亡風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)導(dǎo)致非致命行出血風(fēng)險(xiǎn)[36]。

3.4 外源性褪黑素干預(yù)對(duì)晝夜節(jié)律及心血管疾病影響

褪黑素主要由松果腺分泌，作為一種重要的時(shí)間生物學(xué)激素，廣泛存在于人和哺乳動(dòng)物體內(nèi)，褪黑素將外界光信號(hào)以信息的形式傳遞給機(jī)體內(nèi)的組織和器官，使其功能活動(dòng)與外界環(huán)境的變化周期同步，起到調(diào)節(jié)生物晝夜節(jié)律、提高免疫力、改善睡眠、抗炎、抗氧化、抗腫瘤抗衰老、抗高血壓等作用[37]。人體的褪黑素分泌存在晝低夜高的生理節(jié)律。褪黑素可以拮抗血清甘油三酯、膽固醇的升高，降低甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇水平，升高高密度脂蛋白膽固醇水平，改善血脂代謝[38]。另外，褪黑素還可以增加血清脂聯(lián)素水平，降低瘦素、游離脂肪酸和TNF-α的水平。褪黑素可作為直接自由基清除劑和間接的抗氧化劑預(yù)防心血管疾病。褪黑素可刺激淋巴細(xì)胞產(chǎn)生γ-干擾素和IL-2，提高自然殺傷細(xì)胞和其他免疫成分的活性[39]。

4 研究前景

腸道菌群作為動(dòng)脈粥樣硬化的一種新的有希望的診斷和治療靶標(biāo)已引起了廣泛關(guān)注[40]。丙烯醛通過MAPK 途徑激活和Clock-Bmal1 下調(diào)誘導(dǎo)了基質(zhì)金屬蛋白酶9 過表達(dá)，這與腸道菌群的調(diào)節(jié)有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)揭示了丙烯醛對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的新機(jī)制，該機(jī)制有望將腸道菌群和晝夜節(jié)律確立為預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的新型靶標(biāo)[41-42]。小鼠和果蠅等傳統(tǒng)動(dòng)物模型因其與人的晝夜活動(dòng)周期、腦結(jié)構(gòu)和代謝速率等存在明顯差異，極大地限制了節(jié)律紊亂機(jī)理研究和相關(guān)疾病治療手段的研發(fā)，而非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物與人類最接近，是研究節(jié)律紊亂相關(guān)疾病機(jī)理和診治手段比較理想的動(dòng)物模型[43]。有學(xué)者利用CRISPR/Cas基因編輯方法敲除了體外受精的猴胚胎中的生物節(jié)律核心基因BMAL1，產(chǎn)生了一批BMAL1缺失的獼猴，并通過體細(xì)胞克隆技術(shù)首次成功構(gòu)建一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型[44]。行為學(xué)分析表明這些獼猴具有晝夜活動(dòng)紊亂、睡眠障礙、焦慮和精神分裂癥等表型，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析也表明其與炎癥、睡眠障礙、抑郁等相關(guān)的基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，為模擬人的節(jié)律紊亂相關(guān)疾病邁出了關(guān)鍵的一步[45-46]。美國(guó)開展的臨床試驗(yàn)表明，時(shí)間療法對(duì)卵巢癌、乳腺癌和非小細(xì)胞肺癌等腫瘤可能有較好的療效，給藥時(shí)間若與患者生物節(jié)律同步可額外獲益，通過合理安排給藥時(shí)間可讓藥物發(fā)揮最大療效并盡可能降低不良反應(yīng)，但需要注意的是，人體的晝夜節(jié)律會(huì)隨著疾病的發(fā)生而產(chǎn)生變化[47]；在年齡方面，兒童、青年人與老年人的晝夜節(jié)律也可能不盡相同[48-49]。從某種角度來看，時(shí)間療法也是一種個(gè)體化治療。時(shí)間療法有很大潛力，但可能需通過觀察生化標(biāo)志物變化來確定個(gè)體的最佳治療時(shí)間。因而尋找到合適的生化標(biāo)志物并快速簡(jiǎn)便地進(jìn)行測(cè)量是目前時(shí)間療法重要的研究方向。此外，前瞻性藥物應(yīng)結(jié)合受試對(duì)象的晝夜節(jié)律及其新陳代謝來同步制定治療策略。