本文原载于《》2016年第4期在帕金森病(Parkinson'sdisease)患者中，越来越多的生物系统节律紊乱症状如睡眠障碍、体温调节障碍、抑郁、运动症状波动等，严重困扰着他们的日常生活。以往生物节律的异常普遍被认为是神经退行性疾病所致，但是近期的研究表明，生物节律的异常可能是神经退行性疾病发生、发展的病因之一，且这些节律的紊乱是可干预的，可能成为未来一种潜在的治疗手段。我们就帕金森病患者生物节律紊乱的临床表现、基因调控、产生机制以及二者之间的关系做一综述，以提高临床医生对帕金森病生物节律紊乱的认识，进一步探索帕金森病的发病机制及未来的治疗策略。一、生物节律的概述(一)时钟基因(clock genes)的功能及调控生物钟广泛存在于人类和其他哺乳动物中，是生命活动的本质特征。人体很多的行为和生理过程存在24 h的周期波动，如睡眠-觉醒、体温、血压、摄食、激素分泌、脏器活动等，且受到周围环境(如光照、进食及日常活动)的暗示影响。然而，在神经退行性疾病患者中，如帕金森病、阿尔茨海默病及亨廷顿病患者的这些生物节律是紊乱的。人体系统性生物节律由视交叉上核(suprachiasmatic nucleus，SCN)的主要时钟基因控制。SCN核接收视网膜-下丘脑束的光信号，通过视网膜视紫红质将光信号转化为神经或体液信号，从而控制人体生物节律，使外周器官的节律按照白昼-黑夜的周期而产生规律的振荡，完成1个24 h节律的周期。在细胞水平上，生物节律由一系列时钟基因控制。其中，Clock和Bmal1基因是时钟基因的核心组件，在生物钟体系中起核心作用，其表达产物形成Bmal1/Clock(或Npas2)异源二聚体，组成转录-翻译反馈回路。该回路是由许多基因和蛋白调控的，如Period (Per1、Per2和Per3)、Cryptochrome (Cry1和Cry2)和Reverb，作用在启动子E-box元件上，激活其自身转录。转录后的Per和Cry降低了Bmal1/Clock异源二聚体转录活性，从而抑制其表达，由此形成负反馈调节环路。上述核心的时钟基因在人体绝大多数细胞中均有表达，包括SCN核的神经元细胞和星形细胞，甚至整个大脑及外周组织的细胞。这些时钟基因调节着昼夜节律、能量平衡、应激反应、细胞代谢、DNA功能等生物学行为。(二)生物节律的主要标志物 由于SCN核通过神经-体液方式不断向外周输出生物节律，因此一些内分泌指标，如血清褪黑素、皮质醇水平等可作为研究中枢时钟的体内标志物。此外，时钟基因节律性的表达可在外周血单核细胞中检测出来，且表现出显著的昼夜生理节律，因而可作为研究外周组织时钟节律的标志物。二、帕金森病生物节律紊乱的临床表现(一)帕金森病相关睡眠-觉醒周期节律的紊乱近年来，许多证据显示，在帕金森病患者及其小鼠模型中，存在睡眠-觉醒机制的异常。至少64%～90%的帕金森病患者存在睡眠障碍，严重困扰着帕金森病患者的生活。其中，很多患者存在夜间快速动眼睡眠期行为障碍(rapid eye movement sleep behavior disorder，RBD)，且RBD可以在帕金森病典型的运动症状发生之前出现，可能为帕金森病发生的一个预测因素。许多研究结果显示帕金森病患者的睡眠障碍可能与其生物节律紊乱密切相关。Videnovic等研究发现褪黑素分泌波幅的降低与帕金森病患者日间过度思睡(excessive daytime sleepiness)明显相关。Breen等和Cai等通过进一步研究发现，帕金森病患者呈现一种进行性的生物节律紊乱，如褪黑素、血清皮质醇释放的异常和外周血单核细胞Bmal1基因表达节律的紊乱等。值得注意的是，这些节律的异常与帕金森病患者睡眠结构的异常，包括睡眠潜伏期的延长、睡眠效率的降低以及快速眼动睡眠期的缩短等明显相关，且这种改变发生在帕金森病的早期。Hua等研究发现，时钟基因下游调控基因Thyrotroph embryonic factor (Tef)多态性与帕金森病患者睡眠障碍相关，TT基因型的帕金森病患者发生睡眠障碍的风险更高，进一步从基因水平证实了帕金森病患者发生睡眠障碍可能是由于其神经生物节律环路被破坏所致。神经病理及影像学检查发现了帕金森病患者下丘脑功能的下降，推测其可能对SCN核造成损伤，使SCN核发放周期节律的能力降低，导致了患者褪黑素水平下降及睡眠周期的紊乱。(二)帕金森病相关抑郁与生物节律紊乱在帕金森病患者的所有非运动症状中，抑郁是最常见的神经精神症状，严重影响患者的生活质量。研究发现存在抑郁的帕金森病患者中，同样也存在着其他生物节律的紊乱，如核心体温、睡眠持续时间等。帕金森病相关抑郁与生物节律紊乱密切相关。首先，生物节律紊乱的调节治疗药物，如阿戈美拉汀(一种褪黑素受体激动剂)，对治疗抑郁也同样有效。其次，对生物节律紊乱的行为方式干预也可以治疗抑郁。如光照疗法可以用来治疗季节性抑郁，睡眠剥夺也是成年人抑郁的辅助治疗。另外，抗抑郁药物如氟西汀和锂也是通过调节昼夜节律的机制发挥其抗抑郁的作用[，]。Hua等还发现，Tef基因的多态性可能是帕金森病患者发生抑郁的一个危险因素，其可能通过改变昼夜节律从而干扰神经递质如5-羟色胺和多巴胺的正常功能，进一步从基因水平说明了帕金森病相关抑郁与生物节律紊乱的关系。(三)帕金森病运动症状及对药物反应的节律紊乱在帕金森病患者中，运动症状的波动很常见。通常，帕金森病患者在清晨运动症状较轻，而在午后或傍晚加重。活动记录检查的研究显示帕金森病患者比健康老年活动水平峰值降低，且休息-活动周期曲线呈现低波幅的改变。而对于节律紊乱的调节，如白天活动的增加和夜晚僵直时间的减少可减轻帕金森病日间运动症状的波动。帕金森病患者运动症状的波动可能与应用多巴胺药物无关。研究发现，左旋多巴药代动力学在全天无明显的变化，而帕金森病患者的运动症状仍然存在对药物反应的下降及波动，提示这些运动症状及对药物反应的波动可能为疾病本身所致。其可能由于SCN核对多巴胺受体调节节律出现紊乱，导致中枢神经系统多巴胺能神经元的节律发放产生波动，而与左旋多巴的药代及药效动力学无关。(四)帕金森病自主神经功能节律紊乱研究发现帕金森病患者自主神经功能的紊乱也与其生物节律紊乱密切相关。24 h动态血压监测显示了帕金森病患者与正常血压的节律相反：日间血压的变异性增加、餐后低血压和夜间血压升高。Senard等发现帕金森病患者直立性低血压可能与日间血压节律的消失及餐后低血压相关。24 h动态心电图监测显示帕金森病患者白天交感神经活动减低，心率变异度降低及晨间交感神经活动峰值消失。这些节律的异常可能与帕金森病自主神经周围神经节功能紊乱相关。此外，中枢的网状系统及下丘脑功能的异常可能加重了帕金森病自主神经的紊乱。有研究表明，左旋多巴对帕金森病患者的心血管节律异常及自主神经紊乱具有一定的治疗作用。(五)帕金森病其他生物节律的紊乱帕金森病患者体温显著低于健康者，可能系内源性阿片系统受损致体温节律异常所致，应用常规药物无法调节。帕金森病患者体内还存在激素分泌的紊乱。Hartmann等研究发现帕金森病患者存在激素释放周期的节律紊乱。在这些患者中，还发现了基底节性的肾上腺皮质醇增多症的病例。此外，Bordet等研究发现帕金森病患者较健康对照组外周血褪黑素水平降低。由于帕金森病患者视网膜白昼-黑暗周期性多巴胺调节功能减弱，因此，还存在视觉功能的节律性波动，如视觉对比度敏感度的下降等。三、帕金森病相关生物节律紊乱机制及与其发病的关系目前对帕金森病生物节律紊乱产生的机制研究较少，且目前仍有争议。由于帕金森病病理存在氧化应激损伤及线粒体功能障碍，可能累及SCN核，因此以往的研究认为帕金森病患者生物节律的异常是帕金森病疾病本身所致。但是近期研究表明，生物节律的异常可能是帕金森病疾病发生、发展的病因之一。Kudo等通过对α-突触核蛋白过表达的ASO(alpha-synuclein over expressing)小鼠生理节律研究发现，SCN核神经元发放神经-体液的调控速率减慢。但在SCN核下游主要的节律调控点中，时钟基因Per2等表达并没有明显异常。且ASO小鼠生物节律的异常发生在多巴胺损耗之前，提示中枢生理节律输出的减弱可能是帕金森病的一个内源性特征。再者，由于多巴胺可以调节Bmal1/Clock异源二聚体的转录活性，因此多巴胺的缺乏可能直接影响了中枢分子时钟的转录环路，促使帕金森病患者时钟基因的表达发生改变，导致了患者的节律异常。其次，α-突触核蛋白的过表达可以自身聚集形成寡聚体或多聚体，导致神经元发生淀粉样变性，影响了其重要的生理功能，如突触传递等，从而削弱了SCN核传导的效能。此外，还有研究发现在帕金森病患者中，NPAS2基因前体甲基化频率显著降低，提示时钟基因前体甲基化的异常可能是帕金森病时钟基因表达紊乱的机制之一。相反，时钟基因是否也参与了帕金森病等神经退行性疾病的病理过程，加速了疾病的进展？由于其病理生理机制较为复杂，难以验证，因此目前这方面的相关研究还较少。但从以下方面仍有所体现。首先，时钟基因异常表达加重了神经元氧化应激损伤。Krishnan等发现在果蝇中，很多免疫应激标志物水平，如抗氧化物谷胱甘肽等，都与时钟基因的周期性表达相关。时钟基因Per缺失的果蝇氧化损伤加重，从而缩短了其平均生命期。研究进一步发现Per的缺失通过促使果蝇羧基还原酶突变，导致神经元氧化应激损伤加重。推测时钟基因异常可能通过氧化应激损伤促进帕金森病的发生及发展。其次，生物节律的紊乱可能是衰老的病理过程之一。Rakshit和Giebultowicz验证了在老化的果蝇中，时钟基因Cry的表达修复使果蝇恢复了生物周期的节律性且延长了其生命期。从而可以推测，Cry参与了时钟基因对神经元老化及神经损伤的调控过程。一项针对大量老年人进行的研究表明，生物节律的紊乱可能是衰老的病理过程之一，可能由于生物节律紊乱导致日间累积的神经细胞降解产物的清除发生障碍，导致毒素堆积造成神经元的损伤，加速了老化过程。而老化为帕金森病重要的病理机制之一，推测时钟基因的异常表达可能加速了黑质多巴胺神经元的老化。此外，内源性时钟基因控制小胶质细胞炎性反应和星型细胞纤维化。小胶质细胞内源性节律基因参与调节其炎性反应，如炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6的释放等，可能参与帕金森病的发病机制。Musiek等发现Bmal1基因敲除KO小鼠大脑发生了显著星型胶质细胞增生，包括整个皮质、纹状体和海马。在这些小鼠中，也发现了氧化损伤的加重。另外，对大脑特异性Bmal1基因敲除的KO小鼠(特异性敲除皮质、纹状体或海马神经元Bmal1基因)研究发现，由于它们保留着中枢SCN核Bmal1基因的表达，因此呈现完整的系统性生物活动节律和睡眠周期。但是，由于皮质、纹状体及海马神经元中Bmal1基因介导的转录过程的损伤，这些KO小鼠大脑也发生了严重的星形细胞胶质增生。因此，提示神经元和星形细胞需要各自独立的时钟基因调控过程从而阻止病理过程的发生，而不仅仅受SCN核和系统睡眠周期节律的控制。上述研究结果说明了时钟基因的转录机制在防止大脑氧化损伤调控中扮演着重要角色，且它们的功能不完全受系统节律的控制。而小胶质细胞和星型胶质细胞炎性反应的激活和帕金森病的发病机制密切相关，因此推测细胞内源性时钟基因表达异常可能加速帕金森病的发展。值得注意的是，生物节律的紊乱造成的病理改变可以被干预。Bolitho等在29例经多巴胺能药物治疗的帕金森病患者中，发现了血清褪黑素释放的增加及节律的延迟，从而推测多巴胺能药物可以改变帕金森病患者紊乱的生物节律。此外，有研究发现褪黑素可以治疗帕金森病患者的慢性疲劳综合征和节律紊乱，改善患者的生活质量。四、展望大量研究发现这些生物节律的紊乱可能发生在帕金森病的超早期。Gajula Balija等发现果蝇模型和帕金森病小鼠模型在病程的早期即显现出行为节律的异常。因此，对于帕金森病节律异常的研究可能对于疾病的早期分子生物学诊断具有一定的意义。但是，帕金森病生物节律紊乱的相关特异性时钟基因的研究仍然很少。而且，帕金森病患者时钟基因表达异常的病理机制以及与神经系统退行性疾病的患病风险和疾病进展的关系还有待进一步深入研究。此外，时钟基因是如何影响疾病的发生发展以及相关核心的时钟基因是否能够成为神经系统退行性疾病治疗的新靶点仍需要进一步探索。参考文献略