晝夜節律紊亂增加卒中風險機制的研究進展

賈慧，王迪，所芮，衛馨雅，朱雨嵐

1 晝夜節律紊亂

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

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

1.2.1 內源性晝夜節律紊亂 內源性晝夜節律紊亂表現為內在晝夜節律睡眠-覺醒調節機制障礙。內在晝夜節律睡眠-覺醒調節機制障礙是一類由晝夜節律計時系統/夾帶機制改變，或內源性晝夜節律與外部環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患者均表現出正常的睡眠質量和時長，但與社會、家庭、職業、教育需求的時間沖突。ASWPD和DSWPD發生的原因可能包括遺傳、環境、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，可能與固有晝夜節律周期較長很難被24 h光-暗循環夾帶有關。ISWRD發生的原因可能是中央晝夜節律起搏器紊亂或環境破壞，致使強授時因子的暴露減少，最常見于發育缺陷的兒童和患神經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 外源性晝夜節律紊亂 外在因素引起的晝夜節律紊亂是外源性因素如輪班、不規律的生活作息、跨時區旅行等使授時因子給予機體紊亂的環境信息從而導致晝夜節律系統的紊亂[10]。機體內部時鐘受到授時因子調節，可同步于環境時間線索，這一過程稱為夾帶。光-暗循環、食物[11]、運動這3種授時因子信息分別通過視神經、弓狀核和中縫核傳入SCN，是目前認為最重要的3種授時因子。

2 晝夜節律紊亂對腦血管病危險因素的影響及其增加卒中風險的機制

內源性和外源性因素均可導致晝夜節律系統紊亂，而與此相關的糖尿病、高血壓、血脂異常、慢性炎癥狀態、肥胖、早衰等腦血管病危險因素，會極大地加速卒中發展。

晝夜節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-禁食循環中。SCN內部有一套可以耦合其不同固有時相神經元的復雜結構，這套結構可以使神經元振子局部統籌的亞群在24 h的光-暗循環下保持同步。在一項將動物置于22 h光-暗循環的動物實驗中，觀察到實驗動物的SCN腹外側和背內側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被擾亂，進而極大地影響行為和激素節律。類似現象在晝夜節律紊亂的人類研究中也有發現。

食物被認為是僅次于光-暗循環的授時因子，對中樞時鐘的影響不明顯，但可以影響外周的分子時鐘。進食時間可以調節消化系統的生物鐘，其改變可導致細胞和器官晝夜節律紊亂、功能失調，進而導致代謝失調。分子生物鐘與代謝的關系已被科學界廣泛認可，生物鐘基因敲除小鼠很多特征與代謝綜合征有關聯，包括脂肪細胞肥大、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，可能與外周生物鐘紊亂有關。

許多代謝功能均存在晝夜節律性，包括調節膽固醇及其他脂質、葡萄糖和氨基酸的酶的表達和活性。晝夜節律紊亂還能通過腸道微生物群影響代謝綜合征的發展，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，進食節律是主導調控因素，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物的節律性影響宿主的胃腸道晝夜節律，微生物群的消融可以影響到宿主的生物鐘基因表達。進食節律的相移可以影響血清葡萄糖水平，尤其是峰值的節律改變，可能是外周時鐘調節的結果[13]。

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

牧師屬于中產階級，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系在工業革命前十分緊密，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-/-小鼠表現為高脂血癥、肥胖、血壓心率晝夜節律紊亂、早衰，骨髓細胞Bmal1-/-小鼠表現為全身性炎癥增加，Cry1-/-小鼠、Cry2-/-小鼠表現為高血糖、高血壓，為生物鐘紊亂對能量穩態、脂質、葡萄糖代謝、免疫系統、血壓、衰老的影響提供了證據。而因此所導致的葡萄糖-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險[15-16]。

2.1 晝夜節律紊亂通過影響胰島素-葡萄糖代謝增加卒中風險 糖尿病介導卒中發病的機制可能包括血管內皮功能障礙、早期動脈硬化增加、系統性炎癥、毛細血管基底膜增厚[17]。

下丘腦SCN通過下丘腦室旁核的γ-氨基丁酸能神經元控制肝臟專用的交感神經前自主神經元（負責肝葡萄糖的產生）和胰腺專用的自主前副交感神經元（負責胰島素的釋放），調節胰島素和血糖的晝夜節律波動[18]。此外，褪黑激素受體直接與糖原異生、胰島β細胞信號通路、胰島素抵抗相關聯。

晝夜節律紊亂可能通過以下3種方式誘導胰島β細胞衰竭：胰島β細胞生長、增殖和存活率的減少和胰島素分泌功能缺陷，由對氧化應激的敏感性增加而導致的β細胞損耗增加[19-20]。眾所周知，胰島β細胞衰竭在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。晝夜節律紊亂可能是糖尿病的一項獨立危險因素，各行業對輪班工作者的流行病學研究均顯示糖尿病患病率增加[21-24]。

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

時鐘基因是一系列編碼分子時鐘蛋白的基因，通過協調相關基因，調節鈉平衡、醛固酮、腎血管張力進而調控血壓[27]，動脈血壓存在生理性晝夜節律，日間水平較高，夜晚水平較低，與血壓調節系統（如交感神經活動、皮質醇、醛固酮等）的晝夜變化吻合。

晝夜節律紊亂可擾亂兒茶酚胺、血壓生理節律[28]。夜間血壓下降可能對人體血壓調節非常重要。夜間血壓異常的患者，表現為夜間高血壓或非杓型血壓，心血管疾病發病率和死亡率的風險顯著高于常規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。晝夜節律紊亂是高血壓發病、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 晝夜節律紊亂通過影響脂代謝增加卒中風險 高脂血癥可以通過內皮細胞損傷、氧化應激、炎癥、引起神經元丟失等機制加劇缺血性損傷[32]。越來越多的證據表明，生物鐘在哺乳動物的脂質穩態中發揮著重要作用，肝臟基因表達水平存在晝夜節律，Rev-Erb基因可通過調節SREBP基因的表達從而調節膽汁酸和膽固醇的生物合成。血漿中TG的水平按照晝夜節律模式振蕩，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。晝夜節律紊亂會導致第二個高峰的缺失。時鐘基因突變的小鼠容易發生高三酰甘油血癥。晝夜節律紊亂可造成脂代謝紊亂導致卒中風險增加。

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

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

晝夜節律紊亂小鼠骨髓細胞學檢查中單核細胞前體表現為炎癥前表型、免疫細胞譜發生轉變、血管炎癥和氧化應激增加。血管壁中炎癥細胞增加，表明循環白細胞可能與環境晝夜節律不同步，進而導致免疫細胞功能失調，骨髓免疫系統可能被激活，炎癥和氧化應激繼而誘發趨化因子配體2使單核細胞于損傷的內皮部位聚集，趨化因子配體2-趨化因子受體2軸在動脈粥樣硬化中發揮重要作用，晝夜節律紊亂小鼠動脈粥樣硬化數量、大小、嚴重程度均顯著增加[34]。人類研究同樣顯示晝夜節律紊亂使免疫細胞、細胞因子晝夜節律發生變化，免疫參數之間節律不同步，卒中風險升高[35]。

2.5 晝夜節律紊亂通過影響體重增加卒中風險 肥胖介導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、改變腦血管結構和反應性等。

晝夜節律系統與能量穩態系統相互作用、相互影響，晝夜節律系統可通過調節睡眠和進食、脂肪組織、肝臟和其他外周組織來調節代謝，反過來，腸源激素、營養物質可通過自主神經向SCN發出信號[36]。

瘦素抵抗在晝夜節律紊亂介導的肥胖中起關鍵作用。瘦素由白色脂肪組織產生，作用于下丘腦弓狀核中的瘦素反應性神經元，活化后可以抑制食欲、刺激能量消耗，晝夜節律紊亂可以誘導野生型小鼠中樞瘦素抵抗[37]。此外，時鐘基因還可通過調節與膽固醇代謝、氨基酸代謝、藥物和毒素代謝、檸檬酸循環以及糖原和葡萄糖代謝有關的某些代謝酶和轉運系統的表達及活性來調節代謝[38-40]。多項隊列研究均顯示輪班工人的超重和肥胖發生率增加，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險中起重要作用[41-42]。

2.6 晝夜節律紊亂通過影響衰老增加卒中風險 衰老介導卒中發生的機制包括心血管儲備降低、兒茶酚胺反應性下降、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]。

晝夜節律紊亂可加速衰老的發生，關鍵時鐘基因敲除（Clock-/-，Bmal1-deficient，Per1、2-/-，Cry1、2deletion）的小鼠均表現出早衰的特征，而衰老生物體SCN的節律性電活動減弱，其調控的許多基因和蛋白質發生相移和晝夜節律振蕩幅度降低[16]，氧化和硝化反應、氧化應激的抵抗力減弱、慢性低度無菌炎癥、線粒體功能障礙、蛋白質穩態喪失、祖細胞衰竭等導致血管老化[44]，衰老的微循環功能下降，結構稀疏，在白細胞黏附和趨化、胰島素信號轉導功能等方面也發生有害變化[45]，衰老血管內側/平滑肌層膠原增加，最終導致動脈彈性下降和硬化、動脈粥樣硬化斑塊形成，從而加速卒中的發生。

3 總結與展望

雖然晝夜節律紊亂作為卒中發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論支持。晝夜節律紊亂對缺血性卒中發病的深遠影響正在逐漸被揭開，目前基礎醫學方面的研究較多，臨床類研究還有很多空白，內在晝夜節律睡眠-覺醒障礙對卒中影響的研究也有待開展。未來晝夜節律紊亂的干預有望成為缺血性卒中預防及防止復發有效且低成本的規范二級預防措施，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鍵調節因子的小分子調節劑正在研發中，另外生活方式的干預包括光療法、限時攝食法治療晝夜節律紊亂也在臨床試驗中[48]。長期的睡眠節律紊亂既可引發卒中，又可影響卒中患者的功能康復，導致預后不良，深入研究其病因及機制對卒中的防治意義重大。

【點睛】晝夜節律紊亂作為卒中發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、體重、衰老增加卒中發病風險。