生物鐘Per1基因在腫瘤和正常組織中表達的晝夜節律及意義

摘要：自然界各種生物體的晝夜節律性生理活動由生物鐘基因控制和調節。已有研究證實，生物鐘基因不僅在生物體晝夜節律的維持中起重要作用，而且參與調控機體內多種其他重要生理活動。生物鐘基因表達異常可能引起一系列病理改變，導致嚴重疾病的發生，如各種惡性腫瘤，心血管疾病，精神疾病，藥物依賴等。Per1作為重要的核心生物鐘基因，在中樞系統及周圍組織中均有表達，其表達異常與惡性腫瘤的發生發展有著密不可分的關系，了解其在正常組織及腫瘤組織中表達的晝夜節律變化及在二者中的表達差異，有利于臨床上對腫瘤進行早期診斷，早期治療，尤其是時辰治療，在將治療時對機體的損害控制在最小化的情況下，達到療效最大化。故本文將對Per1基因在腫瘤和正常組織中的表達及晝夜節律及意義進行綜述。

關鍵詞：腫瘤；Per1；表達；晝夜節律

惡性腫瘤是威脅人類生命健康的重要疾病，其對人體的嚴重危害僅次于心血管疾病，且近年來全世界惡性腫瘤的發病率持續增高，已經引起了人們的高度重視。人們對腫瘤的發生、發展及預后做了大量實驗室及臨床研究，并分別從基因、分子、細胞水平取得了重要成果。近年來對生物鐘基因的研究取得了突破性進展，生物鐘基因在癌癥中的作用也越來越受到人們的重視，大量研究證明生物鐘基因不僅對機體的生理性晝夜節律活動進行調控，同時生物鐘基因在腫瘤的發生、發展中起著重要作用，生物鐘基因的表達異常與體內多種癌癥的發生、發展、轉移、治療效果及預后等關系密切。對生物鐘基因尤其是核心生物鐘基因的研究將為探索癌癥的發生發展和治療提供新的思路和方法。

1 生物鐘基因及生物鐘Per1基因概述

生物鐘系統[1]普遍存在于自然界中的各種生物體中，起著調節控制生物體從細胞新陳代謝到機體睡眠-覺醒，從細胞增殖、凋亡到機體的生長發育，從生物體內生化指標到機體的行為活動等一系列生理活動，使生物體的生理活動呈現出約24 h周期的晝夜節律性變化以適應外環境的變化。生物鐘系統由一系列生物鐘基因組成，目前已經證實：生物體至少包括9個核心生物鐘基因[2]：period1（Per1）period2（Per2），period3（Per3）CLOCK，cryptochrome1（CRY1），cryptochrome2（CRY2），BMAL1，casein kinase1 epsilon（CSNK1E），timeless（TIM）。哺乳動物的生物鐘系統（節律中樞）位于下丘腦視上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）[3]，外界信號通過輸入通道傳達到SCN，在中樞系統產生晝夜節律性震蕩后通過輸出通道到達相應靶器官，使機體的生理活動形成與外界環境相適應的晝夜節律性改變。當構成生物鐘系統的核心生物鐘基因的表達量、表達節律及其振幅等改變會導致一系列病理改變及疾病，如晝夜節律消失，腫瘤的發生、記憶力衰退，心血管疾病、精神障礙及藥物依賴性等。

2生物鐘Per1基因在腫瘤中的表達及晝夜節律

在一定條件下細胞內原癌基因被激活、表達增高，抑癌基因突變或缺失、表達下降或不表達，在二者表達失衡的基礎上，細胞內的DNA修復功能下降或缺失，從而導致細胞內細胞增殖程序與凋亡程序的平衡被打破，致使細胞增殖、分化異常，形成腫瘤。Per1具有調節細胞周期及促進DNA修復的作用，從而預示著Per1的表達異常與腫瘤的發生發展有著重要關系。既往的研究也證實了Per1表達異常會導致機體多種腫瘤的發生、發展。對Per1在各種腫瘤中的表達及晝夜節律的研究可在人體組織、動物及體外培養細胞中進行。由于在人體內取材及倫理的限制，所以臨床實驗多是在腫瘤行手術切除時取部分腫瘤組織及瘤周正常組織作為標本進行研究，實驗方法多選用免疫組化、蛋白質印跡（western blot）及RT-PCR等，因為條件的限制，故臨床上所得到多是某一時間點的Per1的表達量，而不是Per1表達的晝夜節律變化規律。為了研究Per1表達的晝夜節律變化規律，可采用細胞培養或在動物體內建立的腫瘤模型進行研究，因動物模型可根據需要改變外界環境從而更接近人體內腫瘤所處的內環境，故目前對Per1基因表達晝夜節律變化規律的研究多數在動物模型上進行，而利用體外細胞進行實驗的還比較少。

2.1臨床研究 有人通過對慢性期（CP）、加速期（AP）及急變期（BP）、慢性髓細胞樣白血病（CML）的骨髓取樣行RT-PCR檢測，結果顯示Per1的表達在CML中較正常組織中下降，且隨著CP、AP及BP期的變化，Per1的表達量呈遞減趨勢。

Gery將人非小細胞肺癌癌癥組織及癌周正常組織進行western blot及RT-PCR檢測，二者對比發現Per1在癌癥組織中的表達較正常組織中降低。Sato等將在12∶00～13∶00獲得的胰腺癌腫瘤組織進行免疫組化染色發現：Per1表達的百分細胞比及表達強度均較正常組織中升高。

將在12∶00～14∶00獲得的腦膠質瘤腫瘤組織、瘤周正常組織及在10∶50～14∶30獲得口腔頰粘膜鱗狀細胞癌的癌癥組織和癌周正常組織進行免疫組化染色及RT-PCR檢測發現Per1在腦膠質細胞瘤及口腔頰粘膜鱗狀細胞癌中的表達均較癌周正常組織中降低，且Per1的表達量隨腦膠質瘤的惡性程度增加表達量進一步降低，與口腔頰粘膜鱗狀細胞癌分期及有無轉移呈負相關，與患者性別、年齡及病理分級無明顯相關性。

Per1在結腸癌中的表達與癌細胞的分化程度有關，Krugluger將于09∶00～12∶00從結腸癌手術患者體內取得的癌癥組織及癌周正常組織進行RT-PCR檢測，結果證實在未分化癌中Per1表達較正常組織顯著下降，而在分化癌中下降不顯著[5]。

2.2動物 在以12 h∶12 h光照/黑暗（L/D）條件下以人體頰鱗癌及乳腺癌癌細胞建立的小鼠頰癌及乳腺癌模型中，Per1的表達均遵循余弦定律，均以24 h為晝夜節律周期。其中Per1在口腔頰鱗癌中表達的峰值發生在19.48 HALO（hours after light onset），谷值發生在7.64 HALO，而Per1在小鼠乳腺癌中的表達峰值約為11HALO，谷值約為22 HALO，如將最低表達量設為單位1，Per1表達相的振幅為2.5。

Per1在腦膠質細胞瘤中呈嚴格的周期性節律性表達。在以12h：12hL/D實驗條件下建立的小鼠腦膠質瘤模型動物實驗中，腦膠質瘤細胞中per1的表達量較正常腦細胞中減少，振幅降低，周期縮短。在小鼠腦膠質瘤細胞中Per1表達的波動周期縮短為12 h，在一天中Per1表達量在ZT（Zeitgeber time）4，ZT16降到谷值，在ZT12，ZT24升至峰值。

3生物鐘Per1基因在正常組織中的表達及晝夜節律

目前已有的研究表明，SCN作為哺乳動物的近日節律中樞在對生物體的晝夜節律及相關生理活動的調節及控制中起著至關重要的作用。Per1基因作為核心生物鐘基因，不僅在SCN中表達，在腦組織的其他部位及機體周圍組織中也有表達，如在腦膠質細胞、口腔、心、肝、腎、肺、乳腺、子宮及胃腸道等均有表達，起著調節機體諸如血壓、體溫、內分泌、進食等生理活動的作用。

4對生物鐘Per1基因表達晝夜節律的研究意義

由于證明Per1表達異常可以引起機體的一系列病理改變，導致器官功能障礙，從而導致機體疾病，在不久的將來臨床上有望根據測定機體內Per1的表達量及晝夜節律表達規律的改變，達到早期診斷疾病的作用，調整體內相應器官內Per1的表達，從而達到治療疾病，改善疾病預后等作用，如改善患者的藥物依賴作用，治療精神疾病、心血管疾病等。

由此我們可以得出，對Per1在正常組織及腫瘤組織中的表達規律和機制的研究，有利于明確腫瘤的發生發展機制，為腫瘤的預防、診斷和治療提供一條新思路。

參考文獻：

[1]Hara Y，Onishi Y，Oishi K，et al.Molecular characterization of Mybbp1a as a co-repressor on the Period2 promoter[J].Nucleic Acids Res，2009，37，（4）：1115-1126.

[2]Badiu C.Genetic clock of biologic rhythms[J].J Cell Mol Med，2003，7（4）：408-416.

[3]Bell-Pedersen D，Cassone VM，Earnest DJ，et al.Circadian rhythms from multiple oscillators：lessons from diverse organisms[J].Nat Rev Genet.2005 Jul；6（7）：544-556.

[4]Gery S，Komatsu N，Baldjyan L，et al.The role in cell growth and DNA damage control in human cancer cells[J].Mol Cell2006，22（3）：375-382.

[5]Hsu CM，Lin SF，Lu CT，et al.Altered expression of circadian clock genes in head and neck squamous cell carcinoma[J].Tumor Biol2012，33（1）：149-155.

編輯/張燕