晝夜節(jié)律紊亂增加卒中風(fēng)險機制的研究進展

賈慧，王迪，所芮，衛(wèi)馨雅，朱雨嵐

1 晝夜節(jié)律紊亂

1.1 晝夜節(jié)律 自1729年Jean-Jacques de Mairan證明含羞草葉片的開合存在晝夜節(jié)律后，人類對生物體晝夜節(jié)律的研究逐步深入，晝夜節(jié)律系統(tǒng)是從單細(xì)胞生物到人類都高度保守的生物計時系統(tǒng)。分子時鐘幾乎存在于人體每個細(xì)胞中，包括視交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN），由周期約24 h的轉(zhuǎn)錄-翻譯反饋環(huán)路驅(qū)動，該環(huán)路中的蛋白質(zhì)同啟動子和增強子元件中的順式元件結(jié)合，從而控制相關(guān)基因的表達。哺乳動物的晝夜節(jié)律起搏器在SCN，其中約有10 000個神經(jīng)元各自表達分子時鐘振蕩，通過一套復(fù)雜的機制耦合、同步[1]。SCN神經(jīng)元群體在夜間多為靜息狀態(tài)，在黎明開始發(fā)出動作電位，繼之以穩(wěn)健而緩慢的節(jié)奏在一天中持續(xù)發(fā)放[2]，分泌加壓素、血管活性腸肽、轉(zhuǎn)化生長因子α、生長抑素、鈣結(jié)合蛋白等輸出分子[3]，與SCN輸出通路上目標(biāo)神經(jīng)核表面的受體結(jié)合同步外周時鐘，通過下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）調(diào)節(jié)自主神經(jīng)神經(jīng)沖動的傳出，如通過交感神經(jīng)控制松果體褪黑激素的分泌，調(diào)節(jié)體溫、睡眠-覺醒、代謝、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)等整個基因組的表達[4]。

下丘腦SCN是哺乳動物晝夜節(jié)律行為的主起搏器，一般被視為中央生物鐘；除SCN外哺乳動物全身細(xì)胞均存在時鐘基因及其蛋白質(zhì)表達的節(jié)律性，且在體外培養(yǎng)時也不消失，表明非SCN細(xì)胞中也存在內(nèi)源性晝夜節(jié)律振蕩，視為外周生物鐘[5]。

1.2.1 內(nèi)源性晝夜節(jié)律紊亂 內(nèi)源性晝夜節(jié)律紊亂表現(xiàn)為內(nèi)在晝夜節(jié)律睡眠-覺醒調(diào)節(jié)機制障礙。內(nèi)在晝夜節(jié)律睡眠-覺醒調(diào)節(jié)機制障礙是一類由晝夜節(jié)律計時系統(tǒng)/夾帶機制改變，或內(nèi)源性晝夜節(jié)律與外部環(huán)境之間不匹配引起的睡眠障礙[8]。

如果被允許在喜歡的時間睡覺，ASWPD和DSWPD患者均表現(xiàn)出正常的睡眠質(zhì)量和時長，但與社會、家庭、職業(yè)、教育需求的時間沖突。ASWPD和DSWPD發(fā)生的原因可能包括遺傳、環(huán)境、行為因素。N24SWD主要存在于缺乏光感的個體，視力正常的個體中也存在，可能與固有晝夜節(jié)律周期較長很難被24 h光-暗循環(huán)夾帶有關(guān)。ISWRD發(fā)生的原因可能是中央晝夜節(jié)律起搏器紊亂或環(huán)境破壞，致使強授時因子的暴露減少，最常見于發(fā)育缺陷的兒童和患神經(jīng)退行性疾病的成年人，這些人群常具有退化的SCN且缺乏自理能力[9]。

1.2.2 外源性晝夜節(jié)律紊亂 外在因素引起的晝夜節(jié)律紊亂是外源性因素如輪班、不規(guī)律的生活作息、跨時區(qū)旅行等使授時因子給予機體紊亂的環(huán)境信息從而導(dǎo)致晝夜節(jié)律系統(tǒng)的紊亂[10]。機體內(nèi)部時鐘受到授時因子調(diào)節(jié)，可同步于環(huán)境時間線索，這一過程稱為夾帶。光-暗循環(huán)、食物[11]、運動這3種授時因子信息分別通過視神經(jīng)、弓狀核和中縫核傳入SCN，是目前認(rèn)為最重要的3種授時因子。

2 晝夜節(jié)律紊亂對腦血管病危險因素的影響及其增加卒中風(fēng)險的機制

內(nèi)源性和外源性因素均可導(dǎo)致晝夜節(jié)律系統(tǒng)紊亂，而與此相關(guān)的糖尿病、高血壓、血脂異常、慢性炎癥狀態(tài)、肥胖、早衰等腦血管病危險因素，會極大地加速卒中發(fā)展。

晝夜節(jié)律紊亂通常意味著機體處于紊亂/錯位的光-暗、活動-休息、進食-禁食循環(huán)中。SCN內(nèi)部有一套可以耦合其不同固有時相神經(jīng)元的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這套結(jié)構(gòu)可以使神經(jīng)元振子局部統(tǒng)籌的亞群在24 h的光-暗循環(huán)下保持同步。在一項將動物置于22 h光-暗循環(huán)的動物實驗中，觀察到實驗動物的SCN腹外側(cè)和背內(nèi)側(cè)之間時鐘基因表達不同步、運動活動-睡眠-體溫-褪黑激素相位不同步[12]。這可能是由于SCN亞群正常的時相耦聯(lián)被擾亂，進而極大地影響行為和激素節(jié)律。類似現(xiàn)象在晝夜節(jié)律紊亂的人類研究中也有發(fā)現(xiàn)。

食物被認(rèn)為是僅次于光-暗循環(huán)的授時因子，對中樞時鐘的影響不明顯，但可以影響外周的分子時鐘。進食時間可以調(diào)節(jié)消化系統(tǒng)的生物鐘，其改變可導(dǎo)致細(xì)胞和器官晝夜節(jié)律紊亂、功能失調(diào)，進而導(dǎo)致代謝失調(diào)。分子生物鐘與代謝的關(guān)系已被科學(xué)界廣泛認(rèn)可，生物鐘基因敲除小鼠很多特征與代謝綜合征有關(guān)聯(lián)，包括脂肪細(xì)胞肥大、脂肪肝、血脂異常、低胰島素血癥、高血糖癥、肥胖；在人類研究中與入睡更接近的進食及19：00后進食高熱量食物皆與肥胖相關(guān)，可能與外周生物鐘紊亂有關(guān)。

許多代謝功能均存在晝夜節(jié)律性，包括調(diào)節(jié)膽固醇及其他脂質(zhì)、葡萄糖和氨基酸的酶的表達和活性。晝夜節(jié)律紊亂還能通過腸道微生物群影響代謝綜合征的發(fā)展，腸道微生物群被稱為輔助性消化器官，在維持黏膜屏障完整性、食物消化吸收中均起到重要作用，存在晝夜變化，進食節(jié)律是主導(dǎo)調(diào)控因素，也受溫度和褪黑激素影響。反之，微生物群也可以通過代謝產(chǎn)物的節(jié)律性影響宿主的胃腸道晝夜節(jié)律，微生物群的消融可以影響到宿主的生物鐘基因表達。進食節(jié)律的相移可以影響血清葡萄糖水平，尤其是峰值的節(jié)律改變，可能是外周時鐘調(diào)節(jié)的結(jié)果[13]。

褪黑激素的作用是使內(nèi)部激素環(huán)境與外部光-暗循環(huán)同步，外部授時因子將環(huán)境信息傳入到SCN，SCN輸出信號至松果體調(diào)節(jié)褪黑激素的釋放，所以褪黑激素可以作為內(nèi)部時鐘的指征，因此被視為內(nèi)部晝夜節(jié)律系統(tǒng)紊亂的生物標(biāo)志物。多項大規(guī)模臨床隊列研究結(jié)果均顯示輪班工作者的褪黑激素水平降低、節(jié)律/峰值改變，睡眠/工作褪黑激素比例失調(diào)，睡眠中斷、睡眠障礙癥狀增加[14]。由此可見處于不當(dāng)?shù)臅円弓h(huán)境中會使身體內(nèi)部晝夜節(jié)律系統(tǒng)紊亂。

牧師屬于中產(chǎn)階級，常常與上流社會階層打交道。對于上流社會中沒有繼承權(quán)的人來說，成為一名牧師不失為一個好的選擇，比如《德伯家的苔絲》中的亞雷和《理智與情感》中的愛德華。英國國教與舊貴族的聯(lián)系在工業(yè)革命前十分緊密，宗教的封建化和世俗化也在不斷加強。

生物鐘核心成分破壞的動物模型表現(xiàn)為早衰、肥胖、高脂血癥、低胰島素血癥、高血壓、全身性炎癥增加等，例如Bmal1-/-小鼠表現(xiàn)為高脂血癥、肥胖、血壓心率晝夜節(jié)律紊亂、早衰，骨髓細(xì)胞Bmal1-/-小鼠表現(xiàn)為全身性炎癥增加，Cry1-/-小鼠、Cry2-/-小鼠表現(xiàn)為高血糖、高血壓，為生物鐘紊亂對能量穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)、葡萄糖代謝、免疫系統(tǒng)、血壓、衰老的影響提供了證據(jù)。而因此所導(dǎo)致的葡萄糖-胰島素代謝紊亂、高血壓、血脂異常、免疫激活、肥胖、早衰等最終會增加卒中的風(fēng)險[15-16]。

2.1 晝夜節(jié)律紊亂通過影響胰島素-葡萄糖代謝增加卒中風(fēng)險 糖尿病介導(dǎo)卒中發(fā)病的機制可能包括血管內(nèi)皮功能障礙、早期動脈硬化增加、系統(tǒng)性炎癥、毛細(xì)血管基底膜增厚[17]。

下丘腦SCN通過下丘腦室旁核的γ-氨基丁酸能神經(jīng)元控制肝臟專用的交感神經(jīng)前自主神經(jīng)元（負(fù)責(zé)肝葡萄糖的產(chǎn)生）和胰腺專用的自主前副交感神經(jīng)元（負(fù)責(zé)胰島素的釋放），調(diào)節(jié)胰島素和血糖的晝夜節(jié)律波動[18]。此外，褪黑激素受體直接與糖原異生、胰島β細(xì)胞信號通路、胰島素抵抗相關(guān)聯(lián)。

晝夜節(jié)律紊亂可能通過以下3種方式誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞衰竭：胰島β細(xì)胞生長、增殖和存活率的減少和胰島素分泌功能缺陷，由對氧化應(yīng)激的敏感性增加而導(dǎo)致的β細(xì)胞損耗增加[19-20]。眾所周知，胰島β細(xì)胞衰竭在2型糖尿病的病理機制中處于中心地位。糖尿病可大大加速卒中的進展。晝夜節(jié)律紊亂可能是糖尿病的一項獨立危險因素，各行業(yè)對輪班工作者的流行病學(xué)研究均顯示糖尿病患病率增加[21-24]。

2.2 晝夜節(jié)律紊亂通過影響血壓增加卒中風(fēng)險 高血壓可通過多種機制導(dǎo)致卒中，顱內(nèi)血管管腔內(nèi)高壓會導(dǎo)致內(nèi)皮和平滑肌功能的廣泛改變，內(nèi)皮壓力增加導(dǎo)致血腦屏障通透性增加、局部/多灶性腦水腫。內(nèi)皮損傷、血細(xì)胞-內(nèi)皮相互作用改變導(dǎo)致局部栓子形成，出現(xiàn)缺血性病灶，纖維素樣壞死可通過局灶性狹窄、閉塞導(dǎo)致腔隙性腦梗死，平滑肌和內(nèi)皮退變易誘發(fā)顱內(nèi)出血，此外，高血壓會加速動脈粥樣硬化的發(fā)展[25]。高血壓與所有類型的卒中都顯著相關(guān)[26]。

時鐘基因是一系列編碼分子時鐘蛋白的基因，通過協(xié)調(diào)相關(guān)基因，調(diào)節(jié)鈉平衡、醛固酮、腎血管張力進而調(diào)控血壓[27]，動脈血壓存在生理性晝夜節(jié)律，日間水平較高，夜晚水平較低，與血壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如交感神經(jīng)活動、皮質(zhì)醇、醛固酮等）的晝夜變化吻合。

晝夜節(jié)律紊亂可擾亂兒茶酚胺、血壓生理節(jié)律[28]。夜間血壓下降可能對人體血壓調(diào)節(jié)非常重要。夜間血壓異常的患者，表現(xiàn)為夜間高血壓或非杓型血壓，心血管疾病發(fā)病率和死亡率的風(fēng)險顯著高于常規(guī)門診診斷的高血壓患者[29]。迄今為止測試的幾乎所有類型的抗高血壓藥物在晚上服用對24 h血壓控制都有更好的效果。晝夜節(jié)律紊亂是高血壓發(fā)病、惡化的重要危險因素[30-31]。而高血壓在缺血性卒中和出血性卒中中均為最重要的危險因素之一。

2.3 晝夜節(jié)律紊亂通過影響脂代謝增加卒中風(fēng)險 高脂血癥可以通過內(nèi)皮細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激、炎癥、引起神經(jīng)元丟失等機制加劇缺血性損傷[32]。越來越多的證據(jù)表明，生物鐘在哺乳動物的脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用，肝臟基因表達水平存在晝夜節(jié)律，Rev-Erb基因可通過調(diào)節(jié)SREBP基因的表達從而調(diào)節(jié)膽汁酸和膽固醇的生物合成。血漿中TG的水平按照晝夜節(jié)律模式振蕩，在活動階段達到最大值。在人類中，血漿TG水平出現(xiàn)了兩個單獨的峰值，第一個峰值較小，大約在醒后8 h，第二個峰值大約在醒后20 h。晝夜節(jié)律紊亂會導(dǎo)致第二個高峰的缺失。時鐘基因突變的小鼠容易發(fā)生高三酰甘油血癥。晝夜節(jié)律紊亂可造成脂代謝紊亂導(dǎo)致卒中風(fēng)險增加。

2.4 晝夜節(jié)律紊亂通過影響免疫系統(tǒng)增加卒中風(fēng)險 炎癥介導(dǎo)卒中的可能機制包括炎癥刺激導(dǎo)致腦血管易于形成血栓，以及免疫細(xì)胞在動脈粥樣硬化早期血管壁累積和晚期活化導(dǎo)致斑塊破裂、血栓形成等。

免疫系統(tǒng)的活動隨著晝夜節(jié)律而變化，生物鐘控制免疫系統(tǒng)可能使生物體能夠預(yù)測活動、進食、感染、組織損傷的日常變化，從而允許免疫系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。在動物活動前后，感染及受傷風(fēng)險較大，生物鐘使免疫系統(tǒng)活性增強，相反，機體休息時則為免疫系統(tǒng)修復(fù)及再生期，這一時期可能為炎癥的消退和組織的修復(fù)提供機會[33]。免疫細(xì)胞及免疫過程普遍受生物鐘調(diào)節(jié)。

晝夜節(jié)律紊亂小鼠骨髓細(xì)胞學(xué)檢查中單核細(xì)胞前體表現(xiàn)為炎癥前表型、免疫細(xì)胞譜發(fā)生轉(zhuǎn)變、血管炎癥和氧化應(yīng)激增加。血管壁中炎癥細(xì)胞增加，表明循環(huán)白細(xì)胞可能與環(huán)境晝夜節(jié)律不同步，進而導(dǎo)致免疫細(xì)胞功能失調(diào)，骨髓免疫系統(tǒng)可能被激活，炎癥和氧化應(yīng)激繼而誘發(fā)趨化因子配體2使單核細(xì)胞于損傷的內(nèi)皮部位聚集，趨化因子配體2-趨化因子受體2軸在動脈粥樣硬化中發(fā)揮重要作用，晝夜節(jié)律紊亂小鼠動脈粥樣硬化數(shù)量、大小、嚴(yán)重程度均顯著增加[34]。人類研究同樣顯示晝夜節(jié)律紊亂使免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子晝夜節(jié)律發(fā)生變化，免疫參數(shù)之間節(jié)律不同步，卒中風(fēng)險升高[35]。

2.5 晝夜節(jié)律紊亂通過影響體重增加卒中風(fēng)險 肥胖介導(dǎo)卒中的可能機制包括破壞控制糖代謝和脂代謝的通路、引起低度慢性炎癥、改變腦血管結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性等。

晝夜節(jié)律系統(tǒng)與能量穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)相互作用、相互影響，晝夜節(jié)律系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)睡眠和進食、脂肪組織、肝臟和其他外周組織來調(diào)節(jié)代謝，反過來，腸源激素、營養(yǎng)物質(zhì)可通過自主神經(jīng)向SCN發(fā)出信號[36]。

瘦素抵抗在晝夜節(jié)律紊亂介導(dǎo)的肥胖中起關(guān)鍵作用。瘦素由白色脂肪組織產(chǎn)生，作用于下丘腦弓狀核中的瘦素反應(yīng)性神經(jīng)元，活化后可以抑制食欲、刺激能量消耗，晝夜節(jié)律紊亂可以誘導(dǎo)野生型小鼠中樞瘦素抵抗[37]。此外，時鐘基因還可通過調(diào)節(jié)與膽固醇代謝、氨基酸代謝、藥物和毒素代謝、檸檬酸循環(huán)以及糖原和葡萄糖代謝有關(guān)的某些代謝酶和轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的表達及活性來調(diào)節(jié)代謝[38-40]。多項隊列研究均顯示輪班工人的超重和肥胖發(fā)生率增加，而肥胖在2型糖尿病、胰島素敏感性、動脈粥樣硬化性疾病的風(fēng)險中起重要作用[41-42]。

2.6 晝夜節(jié)律紊亂通過影響衰老增加卒中風(fēng)險 衰老介導(dǎo)卒中發(fā)生的機制包括心血管儲備降低、兒茶酚胺反應(yīng)性下降、心律失常頻率增加、瓣膜退行性改變、血壓（尤其是收縮壓）升高、腦血流量減少、代謝改變等[43]。

晝夜節(jié)律紊亂可加速衰老的發(fā)生，關(guān)鍵時鐘基因敲除（Clock-/-，Bmal1-deficient，Per1、2-/-，Cry1、2deletion）的小鼠均表現(xiàn)出早衰的特征，而衰老生物體SCN的節(jié)律性電活動減弱，其調(diào)控的許多基因和蛋白質(zhì)發(fā)生相移和晝夜節(jié)律振蕩幅度降低[16]，氧化和硝化反應(yīng)、氧化應(yīng)激的抵抗力減弱、慢性低度無菌炎癥、線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失、祖細(xì)胞衰竭等導(dǎo)致血管老化[44]，衰老的微循環(huán)功能下降，結(jié)構(gòu)稀疏，在白細(xì)胞黏附和趨化、胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能等方面也發(fā)生有害變化[45]，衰老血管內(nèi)側(cè)/平滑肌層膠原增加，最終導(dǎo)致動脈彈性下降和硬化、動脈粥樣硬化斑塊形成，從而加速卒中的發(fā)生。

3 總結(jié)與展望

雖然晝夜節(jié)律紊亂作為卒中發(fā)病危險因素的確切機制目前尚不明確[46-47]，但其對卒中危險因素的影響均已有多項大型前瞻性研究結(jié)論支持。晝夜節(jié)律紊亂對缺血性卒中發(fā)病的深遠(yuǎn)影響正在逐漸被揭開，目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)方面的研究較多，臨床類研究還有很多空白，內(nèi)在晝夜節(jié)律睡眠-覺醒障礙對卒中影響的研究也有待開展。未來晝夜節(jié)律紊亂的干預(yù)有望成為缺血性卒中預(yù)防及防止復(fù)發(fā)有效且低成本的規(guī)范二級預(yù)防措施，其中褪黑激素信號、食欲素信號類藥物已進入臨床試驗階段，靶向時鐘分子組件和關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的小分子調(diào)節(jié)劑正在研發(fā)中，另外生活方式的干預(yù)包括光療法、限時攝食法治療晝夜節(jié)律紊亂也在臨床試驗中[48]。長期的睡眠節(jié)律紊亂既可引發(fā)卒中，又可影響卒中患者的功能康復(fù)，導(dǎo)致預(yù)后不良，深入研究其病因及機制對卒中的防治意義重大。

【點睛】晝夜節(jié)律紊亂作為卒中發(fā)病危險因素的確切機制目前尚不明確，可能通過影響胰島素-葡萄糖代謝、血壓、脂代謝、免疫系統(tǒng)、體重、衰老增加卒中發(fā)病風(fēng)險。