生物钟基因Clock/Bmal1与动脉粥样硬化相关性研究进展

张再强，丁家望

(三峡大学第一临床医学院 宜昌市中心人民医院，湖北宜昌443003)

动脉粥样硬化(AS)是以脂质和炎症细胞沉积于大中型动脉血管壁为特征的慢性炎症性疾病，是冠心病和脑卒中等疾病的重要病理生理过程。虽然现代医疗水平不断提高，但是心脑血管疾病的发生率和病死率仍居高不下，且呈现显著的低龄化趋势。尽管高脂血症、肥胖、糖尿病、高血压和吸烟已经被广泛认为是AS的高危因素，但最近的研究表明昼夜节律紊乱也与AS的发生发展密切相关[1]。昼夜节律不仅影响全身性粥样硬化疾病相关介质(白细胞和脂质)的表达，还对血管壁细胞功能起着调节作用。昼夜节律相关基因与糖脂代谢、相关蛋白折叠和血管壁完整性密切相关[2]。昼夜节律生物钟的核心组成部分是Clock/Bmal1异二聚体复合物，它们在维持生物钟24 h节律性震荡中起着重要作用[3]。因此，深入探讨Clock/Bmal1与AS的相关性，可能为AS的防治提供新的思路。本文就近年来生物钟基因Clock/Bmal1与AS相关性研究做一综述。

1 生物钟基因Clock/Bmal1与糖脂代谢

AS是以脂质沉积于血管内膜为特征，其中糖脂代谢异常在其进展中发挥着重要作用。既往的研究发现，昼夜节律以及生物钟基因Clock/Bmal1与机体中糖脂代谢密切相关[4, 5]。在机体中，血脂浓度一般在一个很小的范围内表现出昼夜节律变化。研究发现，血脂水平和微粒体甘油三酯转运蛋白表达水平表现出同步的昼夜节律变化[6]，表明微粒体甘油三酯转运蛋白表达的变化可以改变血脂水平的日节律性。此外，Pan等[7]发现全Bmal1基因敲除Apoe-/-Ldlr-/-小鼠高脂血症和AS的发生率明显增高，而在Apoe-/-Ldlr-/-小鼠中过表达Bmal1则会减缓高脂血症和AS的发生发展。肝脏特异性Bmal1敲除，会导致循环中的甘油三酯、胆固醇和游离脂肪酸水平升高。脂肪组织中Bmal1缺乏会导致肥胖的发生[8]，而Bmal1特异性敲除小鼠表现出血脂异常[9]，但Bmal1是通过何种机制调节血脂水平仍不清楚。研究发现，Bmal1对血糖和胰岛素水平的影响是通过调节胰岛细胞分泌胰岛素来完成的[4]。既往已经发现，低密度脂蛋白的昼夜变化水平与Clock基因的表达有关。在Clock基因敲除小鼠中肠细胞上皮基因的表达和脂质的吸收都失去了原有的节律变化[10]。而在一个小样本的临床试验中发现，Clock基因的多态性与肥胖体质密切相关，而单倍型Bmal1基因与2型糖尿病的发生相关[11]。动物实验也发现，Clock基因敲除小鼠会出现高血糖，而Bmal1基因敲除小鼠会出现糖耐量受损[9,12, 13]。这些说明了Clock与Bmal1在维持糖代谢平衡方面均起着重要的作用。但是，关于生物钟基因敲除动物模型中糖耐量受损的细胞病因学仍有待进一步研究。

2 生物钟基因Clock/Bmal1与炎症反应

目前的研究表明，AS是一种慢性炎症性疾病，多种炎症因子参与其形成过程。研究发现，单核细胞和巨噬细胞在AS形成过程中发挥重要作用[14]。而最近的研究发现，许多炎症因子的表达受到昼夜节律以及生物钟基因的调控，各种急慢性炎症性疾病的病程表现出明显的昼夜节律性[15]。在Bmal1-/-小鼠的巨噬细胞中肿瘤坏死因子α诱导的核转录因子κB(NF-κB)活化通路上调[16]。既往有研究发现，血液、脾脏和骨髓中的单核细胞活性水平的日节律性需要Bmal1基因来维持[17]。在李斯特菌单核细胞感染的小鼠中，Bmal1的缺失会促进单核细胞转运，增加小鼠的病死率[18]。在Bmal1基因敲除小鼠中，单核细胞以及巨噬细胞趋化因子Ccl2、Ccl8和S100A8的高表达与染色质的活性状态有关[19]，表明Bmal1基因的缺失使得小鼠更易于受到各种急慢性炎症的损伤。在高胆固醇的驱动下，Ly6Chi单核细胞黏附于内皮细胞并且分化成巨噬细胞，这是AS斑块发生和加重的关键性过程。而与野生型对照组小鼠相比，Clock基因敲除小鼠循环中白细胞介素12(IL-12)、IL-17、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和NF-κB活化水平较高[11,18]。研究还发现，与从野生型小鼠分离的巨噬细胞相比，从Clock基因敲除小鼠分离出巨噬细胞中总胆固醇、游离胆固醇和酯化胆固醇均升高。这种Clock基因敲除的巨噬细胞中脂质负荷增高，可能是由于脂质摄入增多并且转运出细胞外减少导致的。而与野生型小鼠相比，Clock基因敲除小鼠巨噬细胞中清道夫受体SRA和CD36表达增高，并且对LDL的清除能力更高。并且，Clock/Bmal1二聚体可以和TLR9启动子序列相结合从而介导白细胞表达的节律性[19]。这些说明了昼夜节律以及生物钟基因Clock/Bmal1可以通过调节AS发生发展过程中炎症细胞和炎症因子的表达来影响AS的形成和进展，然而其具体机制仍需进一步研究。

3 生物钟基因Clock/Bmal1与内皮细胞功能

AS的起始阶段就是血管内皮损伤，继而出现血管内皮功能障碍。各种理化因子导致血管内皮损伤后，内皮细胞活化导致黏附分子表达升高，血管屏障功能丧失，白细胞迁移至血管壁以及炎症反应增强。在小鼠中，内皮细胞Bmal1基因的缺失会导致趋化因子Cxcl5、Ccl20和Ccl8表达增高，血管屏障功能和内皮细胞完整性受损，最终导致白细胞迁移至内皮细胞层[20]。在Bmal1-/-小鼠的内皮细胞中可以明显发现内皮型一氧化氮合酶活性的减弱，导致NO产生减少，超氧化物生成增多[21]。进一步的研究发现，昼夜节律系统在维持血管系统稳态中发挥着重要作用，并且内皮细胞或者骨髓来源祖细胞特异性敲除Bmal1基因都会引起微血管和大血管损伤，从而引起内皮功能障碍[22]。此外，内皮细胞表达的分子间黏附分子1与血管细胞黏附分子1都受昼夜节律的调控[23,24]。研究发现，通过与其自身的增强子元件结合，Clock基因可以促进内皮细胞间黏附分子1的表达，导致单核细胞黏附和渗出增多[24]。在主动脉环上，敲除Bmal1或者Clock会导致内皮依耐性血管舒张功能降低[25,26]，这可能是由于引起了体内缩血管物质和舒血管物质的不平衡导致的。Anea等[25]也发现，Bmal1基因敲除鼠和Clock基因敲除鼠都表现出血管损伤的病理性反应，这是因为血管系统中出现了明显内皮功能障碍。这些结论都说明了内皮细胞生理功能受到昼夜节律系统调控，并且一旦昼夜节律紊乱或者生物钟基因表达异常都会引起内皮细胞功能障碍，而这些都与AS发生发展密切相关。

越来越多的研究表明，昼夜节律以及生物钟基因紊乱已经成为AS形成和发展的危险因素。虽然，近年来关于两者之间的相关性研究已经取得了很大进展，但是我们对于其作用机制的认识仍然有限。通过对近几年其相关性研究的分析我们发现，昼夜节律以及生物钟基因可以通过调节机体的糖脂代谢、炎症反应以及内皮细胞功能来影响AS的形成。接下来我们需要探索昼夜节律以及生物钟基因，特别是Bmal1/Clock，是通过何种机制来影响AS的发生发展。相信随着有关昼夜节律以及生物钟基因研究的进一步深入，将会为我们寻找AS相关性疾病新的预防和治疗靶点提供更充足的理论基础。