生物节律调控缺血性中风及中医药的干预作用_李中.pdf

年 月第 卷第 期.，.，收稿日期 基金项目 国家自然科学基金项目（）；湖南省自然科学基金项目（，）；湖南省卫健委科研项目（）；湖南省中医药管理局项目（）；湖南中医药大学中西医结合一流学科开放基金项目（，）；湖南中医药大学校级科研基金与联合基金项目（，）通信作者周德生，博士，主要从事中医药对脑血管病及其并发症的防治研究，：；张宇星，博士，主要从事中医药对脑血管病及其并发症的防治研究，：作者简介 李中，博士，主要从事中医药对脑血管病及其并发症的防治研究，：综述 生物节律调控缺血性中风及中医药的干预作用李中，刘利娟，颜思阳，高晓峰，曾富康，周德生，张宇星（湖南中医药大学 第一附属医院 神经内科，湖南 长沙；湖南中医药大学 研究生院，湖南 长沙）摘要生物节律是生物体为适应自然界环境的昼夜周期变化而形成的内在调控机制，调节哺乳动物的病理生理过程、疾病发生发展及对治疗的反应性。生物节律可显著影响缺血性中风的易感性、损伤、恢复和对治疗的反应机制。越来越多的证据表明，生物节律不仅对缺血性中风事件的重要生理因素，如血压、凝血纤溶系统具有调控作用，同时还参与缺血损伤后由胶质细胞、外周免疫细胞介导的免疫炎症反应，以及对神经血管单元（，）的调节作用。该研究旨在将生物节律生物学中的分子、细胞和生理途径与缺血性中风的临床后果联系起来，阐述生物节律对缺血性中风发病的影响，对神经血管单元的调控，对免疫炎症反应的调节，并综述中药干预生物节律的研究进展，为后续生物节律的中医药研究和分子机制研究提供合理的、有价值的参考依据。关键词 生物节律；缺血性中风；分子机制；中医药 ，（，；，），（），；：.年 月第 卷第 期.，.，缺血性中风（，）由大脑血液供应突然中断引起脑细胞缺血缺氧损伤导致，具有发病率高、残疾、病死率高、复发和经济负担重等五大特点，已发展为全球残疾的主要原因和第二大常见死因。的病理损伤机制复杂，主要与血脑屏障（，）渗漏、能量代谢障碍、兴奋性毒性、超载、异常线粒体反应、氧化应激以及异常免疫反应相关。当前，患者仍依赖再灌注治疗，包括静脉溶栓与机械取栓，具体为重组组织型纤溶酶原激活剂（，）或其他活性相似的蛋白单独或联合血管内取栓（，）。事实上，由于时间窗非常有限，且存在出血性事件的风险，只能用于不到 的脑卒中患者和不到 的成功再通患者，即便再通成功也存在不同程度残疾，影响患者生存质量。在上述背景下，针对 神经保护的药物研究已经非常广泛，但令人失望的是，至今未能从医学研究转化到临床实践，取得令人满意的结果，用于常规治疗 患者。有学者将失败的临床转化归结于缺乏严格的神经行为评价标准，无法将动物体内有效的高剂量在人体内使用，以及生物节律影响疾病的机制与对药物的反应。神经保护的临床试验多在白天招募患者，对于白天活动的人来说，这是他们清醒的活跃期（，）。大脑中动脉梗死（，）动物模型的实验也通常在白天进行，而对于夜间活动的啮齿类动物而言，这是它们的睡眠和不活动阶段（，），因此从动物模型推断到临床试验时，这就增加了生物节律在该疾病发生发展的复杂性。生物节律（）可显著影响中风易感性、损伤、恢复和治疗反应的机制。研究表明，环境生物节律紊乱（，）可增加缺血性中风的梗死体积与免疫反应。同时，卒中靶点失败的临床转化，在一定程度上与动物模型和神经保护临床试验之间的昼夜节律不匹配有关，神经保护剂，如氧自由基清除剂 叔丁基苯基硝酮（，），甲基天冬氨酸（，）拮抗剂 被证实在啮齿动物的 模型中，于啮齿动物非活跃期（，）给药，可获得比活跃期（）更有效的治疗作用。因此，生物节律影响脑卒中的生理和病理，昼夜节律和生物钟应是临床应用的考虑和目标之一。早在秦汉时期，黄帝内经便对时间节律做出记载，书中所载的日节律狭义上对应现代医学的生物节律，即气血阴阳及营卫之气以昼夜循环为周期流动，从而调控机体的脏腑生理功能。如素问 金匮真言论中曰：“平旦至日中，天之阳，阳中之阳也；日中至黄昏，天之阳，阳中之阴也；合夜至鸡鸣，天之阴，阴中之阴也；鸡鸣至平旦，天之阴，阴中之阳也。故人也应之”，表明人体机能晨起始旺，中午最盛，午后转弱，半夜最衰。灵枢 营卫生会中记载：“卫气行于阴二十五度，行于阳二十五度，分为昼夜，故气至阳而起，至阴而止”。营卫之气由中焦脾胃运化水谷精微之气化生，卫气由其中慓悍滑利之气所化，以固护人体，黄帝内经认为营卫之气在夜者运行于阴，阴气旺盛；其在昼者运行于阳，阳气充足，调节机体寤寐。伤寒论对服药时间观做出记载，不仅用“平旦服”“饭前服”“昼夜服”对服药时间做出要求，还对药后观察病情，根据阴阳变化做出适当调整，如桂枝汤服后强调“服已须臾，啜热稀粥一升余，以助药力；温覆令一时许又不汗小促其间，半日许夸三服尽。若病重者，一日一夜服，周时观之”。综上所述，生物节律在 的发病过程中发挥不可忽视的调节作用，以及对中医药理论的现代化认识具有重要价值。在这篇综述中，作者综述了积累的文献，并试图将昼夜节律生物学中的分子、细胞和生理途径与 联系起来，并对中医药干预 的现代生物学机制进行综述，解释昼夜节律的复杂和多因素影响可能提高脑卒中诊断和临床转化的机会。哺乳动物的生物节律机制 年诺贝尔生理学或医学奖授予杰弗理霍尔、迈克尔 罗斯巴什和迈克尔 杨，以表彰他们“发现了控制昼夜节律的分子机制”。昼夜节律系统是存在于大多数生物体内的一种 节律振荡，具体表现为生物钟系统自身的核心节律基因转录翻译表达呈节律振荡，以及下游受其调控的基因表达与重要蛋白合成呈节律振荡，从而影响细胞功能与行为。哺乳动物的生物钟系统可分为核心与外周生物钟，核心生物钟为主要昼夜节律起搏器，位于下丘脑的视交叉上核（，），外周生物钟系统存在于肝、心、脾、肺、肾等外周器官组织中。生物节律与机体许多重要的生理过程密切相关，包括 损伤修复、血管生成、代谢和氧化应激动态平衡、炎症免疫反应等。和其他组织中的细胞昼夜节律以自我维持的转录翻译反馈回路（，）为中心。随着研究的进展，生物钟系统的分子基础已十分明确且复杂。受到自然光照影响，区作为核心生物钟率先收到光信号，产生节律，调节下游各器官组织内的外周生物钟，影响着人体的运动、神经、内分泌、循环、呼吸、消化、泌尿及生殖等八大系统功能，以循环系统举例，生物节律调节血压波动，正常人为勺型血压、即白昼血压水平较高，夜晚睡眠时血压水平较低。具体为血压在清晨：开始上升，：出现高峰，后逐渐平稳，：出现次高峰，再缓慢下降，凌晨至：达低谷并维持到：，全天出现 峰 谷的长柄勺型曲线。维持循环系统内血压的节律性需要多种器官组织的协调，如神经组织交感副交感神经活性影响，心脏输出量，肾脏对水钠代谢的调控，研究表明，生物节律通过调控上述器官组织的功能，进而影响血压的节律波动。此外，细胞水平的研究表明生物李中等：生物节律调控缺血性中风及中医药的干预作用节律对细胞功能具有多方面的影响，如影响星形胶质细胞对 递 质 谷 氨 酸（，）、三 磷 酸 腺 苷（，）与 氨 基 丁 酸（，）的释放摄取，影响尾足水通道蛋白（，）对水液的代谢、通透性，以及细胞因子与趋化因子的合成释放。分子调控层面，核心昼夜节律蛋白 （）和（）作为转录因子结合形成异二聚体进入细胞核，与 （、）和 （、）基因的 调节元件结合，激活其转录。然而，和 家族蛋白聚集在细胞质中，并与酪蛋白激酶 （）和 一起转位到细胞核中，抑制 和 的转录过程。除了靶向 和 基因，异源二聚体还激活 和 的转录，它们与视黄酸相关孤儿受体（，、）竞争结合 结合元件，通过与 结合负反馈调节 的转录。由 异源二聚体激活的第 个转录环涉及（脯氨酸和富含酸性氨基酸的碱性亮氨酸拉链）因子，包括 （）、促甲状腺素胚胎因子（，）和肝白血病因子（，）。这些蛋白与 环驱动共同调控转录协阻抑因子核因子，白细胞介素 的表达（，亦被称作）。昼夜节律正是在这些复杂的生物钟基因和生物钟控制基因形成的网络的精确调控下，产生节律性振荡，从而调节机体的代谢稳态，见图。生物节律对 的影响事实上，人体内的生物节律并非单纯的昼夜节律，而是机体在社会生存交往中由内源性的昼夜节律与行为结合的生物节律，例如睡眠、饮食、活动、姿势变化。由倒班工作、时差、工作日周末活动变化（社会时差）或昼夜节律睡眠觉醒障碍引起的生物节律失调可增加心脑血管风险因素。生物节律系统参与人体的生理和病理过程，目前已知，心肌梗死和缺血性卒中的发病明显更多发生在早晨，而呼吸系统疾病及其他炎症性疾病往往在夜间加重。生物节律失调可导致高密度脂蛋白胆固醇水平降低、甘油三酯水平升高、皮质醇节律紊乱、反应蛋白升高、超勺型血压以及胰岛素敏感性降低和血糖水平较高的糖尿病前期状态，所有这些因素都可能诱导缺血性卒中的发生，见图。.生物节律参与 发生发展总的来说，生物节律参与 的发生发展首先表现在卒中发病时间的差异，早在 年一项荟萃分析纳入 篇文献，共报告缺血性卒中、出血性卒中和短暂性脑缺血发作患者 例在：的图 哺乳动物的生物节律与分子机制.患者占，：的患者占，：的患者占，：为。另一项研究同样显示 的发病率在：的发病频率（.）显著高于：（.）、：（.）或：（.）。随着研究的深入，连续 周提前 光照方案所诱导的环境昼夜节律紊乱（）模型被广泛应用于生物节律的研究中，诱导的生物节律紊乱已被证实可增加 大鼠的卒中严重程度，干预组表现出更大的梗死面积和更明显的炎症反应。大鼠再灌注损伤从程度呈现时间依赖性，遵循生物节律模式，潜在机制为 通过内质网应激途径，影响缺血神经细胞凋亡。由基因突变引起的生物夜节律紊乱也会导致严重的心血管功能障碍，而核心生物钟基因（即、和）的缺失或突变会降低平均血压并破坏交感肾上腺对应激的反应（去甲肾上腺素和肾上腺素），从而导致卒中的发病率。其次，大量研究进一步探索了触发 的生理因素，包括动脉血压，凝血功能，心率等一系列节律性事件。动态血压监测（，）对研究 年 月第 卷第 期.，.，图 生物节律对缺血性中风的影响.发病风险及损伤程度具有重要意义，血压变化（，）是不利中风结果的已知风险因素，可增加缺血性卒中后早期不良事件和不良功能结果。一方面，生物节律基因 的缺失通过降低血管紧张素原（，）的转录水平，影响夜间血管舒缩，进而导致在夜间发生超勺表型血压，成为清晨 发病的潜在危险因素。另一方面，凝血纤溶系统亦影响脑血管疾病，而该系统同样遵循生物节律模式，在：缺血性中风高发的时间段，机体处于低纤溶，高凝的血栓形成前状态，影响着 的发生、发展及预后。优球蛋白凝块溶解时间（，）可有效反应凝血纤溶功能，其与机体纤溶功能成反比，研究表明，呈现昼夜节律波动变化，野生型小鼠在 （：）阶段的 达到峰值，此时纤溶功能下降至最低点，而 及 突变小鼠升高 且丧失节律变化，可见生物节律参与了凝血纤溶系统的调节，生物钟基因在该过程中发挥重要作用，见图。.生物节律对神经血管单元的调控作用 在正常的大脑中，神经元通过树突和轴突相互连接，形成信号传递和交流的网络。几十年来，神经元损伤被认为是脑损伤或疾病后功能缺陷的主要原因，因此几乎所有脑梗死的治疗策略都针对拯救神经元和修复神经元损伤。然而，这种以神经为中心的观点已经被逐步修订，因为大脑的正常功能不仅取决于神经元与神经元的连接，还取决于神经血管单元（，）中不同成分之间的功能相互作用，包括神经元、神经胶质细胞、内皮细胞、周细胞等主要组成部分。众所周知，神经元易受兴奋性毒性和氧化应激的影响，的过量释放和谷氨酸转运体的显著功能障碍，谷氨酸的积累引起兴奋性毒性介导的神经元凋亡死亡，而这 种途径均受生物节律的影响。谷氨酸受体、转运蛋白和 介导的神经兴奋性控制遵循生物节律的模式。在脑外伤的啮齿动物模型中，细胞外谷氨酸和 受体水平呈现日节律变化。褪黑素（，）作为由生物节律控制分泌的一种夜间激素，大量报道证实了缺血缺氧损伤后，其有效的抗氧化损伤能力及潜在的神经保护作用。敲除生物节律基因 可下调氧化还原防御，增加氧化损伤。总之，这些对兴奋性毒性、氧化应激和神经元损伤的生物节律不仅体现分子本身的节律性表达，同时还受到生物节律关键物质，如褪黑素及核心基因的调控。此外，中的胶质细胞，星形胶质细胞（，）