Atsuhito Nakao, MD, PhD

翻譯：李俊達(dá) 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院變態(tài)(過(guò)敏)反應(yīng)科

審校：洪建國(guó) 上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院兒科

晝夜節(jié)律是指約以24 h為周期的一種生物節(jié)律，可以在所有生物體的行為和生理上觀察到?！癱ircadian”這個(gè)詞來(lái)源于拉丁文circā(關(guān)于)和diēs(一天)，表示關(guān)于一天。生物鐘是驅(qū)動(dòng)晝夜節(jié)律的內(nèi)源性時(shí)間維護(hù)機(jī)制[1-3]。甚至在缺乏外部刺激時(shí)，生物鐘可以產(chǎn)生極強(qiáng)的約24 h的節(jié)律。它也可以根據(jù)環(huán)境(例如光線、用餐時(shí)間、鍛煉和強(qiáng)烈的社交活動(dòng))而調(diào)節(jié)時(shí)間。

有充分的證據(jù)表明，過(guò)敏性疾病表現(xiàn)為晝夜節(jié)律性波動(dòng)。過(guò)敏性疾病患者的許多癥狀和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)指標(biāo)都存在明顯的晝夜變化[4-5]。例如：大多數(shù)過(guò)敏性鼻炎患者夜間或者清晨(“清晨發(fā)作”)癥狀加重，從而影響夜間睡眠，導(dǎo)致白天生活質(zhì)量下降[4]。然而，直到現(xiàn)在，這些現(xiàn)象的確切機(jī)制仍然是個(gè)謎。

新的研究發(fā)現(xiàn)，免疫系統(tǒng)與生物鐘系統(tǒng)有著根本的聯(lián)系[6-10]。過(guò)敏反應(yīng)作為一種免疫反應(yīng)類型，本質(zhì)上受到生物鐘的調(diào)控[11-13]。本文從對(duì)生物鐘控制過(guò)敏反應(yīng)的了解、晝夜節(jié)律紊亂對(duì)過(guò)敏的影響和生物鐘調(diào)節(jié)劑對(duì)過(guò)敏性疾病控制的可能應(yīng)用等方面的進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的分子鐘

通過(guò)地球自轉(zhuǎn)幾乎所用生物體都受到以24 h為周期的外部環(huán)境變化影響。這些環(huán)境變化包括晝夜周期、溫度和食物供應(yīng)以及被捕食者攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。因此，生物體進(jìn)化出了驅(qū)動(dòng)其行為和生理晝夜節(jié)律的內(nèi)在計(jì)時(shí)器，被稱作生物鐘，這使他們能夠預(yù)測(cè)和適應(yīng)環(huán)境的日常變化[1-3]。

哺乳動(dòng)物的晝夜節(jié)律通過(guò)基因周期性表達(dá)產(chǎn)生，這些基因表達(dá)受細(xì)胞內(nèi)自主和自我維持的分子鐘調(diào)控[2-3]。這些分子鐘由以轉(zhuǎn)錄因子大腦和肌肉組織芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類似蛋白1(BMAL1)和晝夜運(yùn)動(dòng)輸出周期故障蛋白(CLOCK)為中心的串聯(lián)轉(zhuǎn)錄翻譯反饋環(huán)組成(圖1)。BMAL1與CLOCK形成異二聚體并結(jié)合到E-box基序上，從而作用于基因組并啟動(dòng)周期抑制因子1(Per1)、Per2和Per3及隱花色素1(Cry1)和Cry2等靶基因轉(zhuǎn)錄，而PER和CRY蛋白形成寡聚體進(jìn)入核內(nèi)抑制BMAL1/CLOCK的活性。這種負(fù)反饋環(huán)以及多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)結(jié)合，大約需時(shí)24 h才能完成，其作為分子振蕩器調(diào)節(jié)啟動(dòng)子/增強(qiáng)子區(qū)域內(nèi)具有E-box基序的數(shù)千個(gè)時(shí)間控制基因(CCGs)的周期性表達(dá)。絕大多數(shù)CCGs編碼了代謝、激素、神經(jīng)和免疫功能中多種細(xì)胞信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。事實(shí)上，Bmal1缺陷小鼠缺乏功能性分子鐘，導(dǎo)致大多數(shù)組織CCGs波動(dòng)缺失，從而出現(xiàn)行為和生理節(jié)律失調(diào)[14]。

除了這個(gè)核心反饋環(huán)，還存在一個(gè)調(diào)節(jié)Bmal周期和振幅的穩(wěn)定回路。其由核受體維甲酸相關(guān)孤兒受體(ROR)α和REV-ERBα(Nrld1)形成。BMAL1/CLOCK異二聚體激活RORα和REV-ERBα轉(zhuǎn)錄，而RORα和REV-ERBα分別激活和抑制BMAL1轉(zhuǎn)錄。哺乳動(dòng)物生物鐘轉(zhuǎn)錄調(diào)控的細(xì)節(jié)，包括每日染色質(zhì)重塑的動(dòng)態(tài)控制已經(jīng)在其他文獻(xiàn)進(jìn)行了闡述[15-16]。

圖 1 哺乳動(dòng)物分子鐘標(biāo)準(zhǔn)模型

哺乳動(dòng)物晝夜節(jié)律的分子基礎(chǔ)是每個(gè)細(xì)胞中的幾個(gè)“生物鐘基因”組成的一個(gè)轉(zhuǎn)錄翻譯反饋環(huán)。轉(zhuǎn)錄因子Bmal/Clock異二聚體通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)區(qū)/增強(qiáng)區(qū)E-box(CANNTG)基序激活Per和Cry轉(zhuǎn)錄、RORα和Nr1d1(REV-ERBα)和其他CCGs編碼。生成的PER和CRY蛋白二聚體重新進(jìn)入細(xì)胞核通過(guò)抑制Bmal/Clock活性抑制自身表達(dá)。這個(gè)負(fù)反饋環(huán)同時(shí)受到轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，通過(guò)CK1δ/ε介導(dǎo)的磷酸化降解PER和CRY。磷酸化的PER和CRY分別是泛素化配體β-TrCP和FBXL3的活性靶點(diǎn)，從而引導(dǎo)泛素化和蛋白酶體依賴的降解。相應(yīng)的，核心生物鐘周期大約24 h，從而形成大約24 h的CCG表達(dá)節(jié)律。這個(gè)核心環(huán)受到RORα和REV-ERBα輔助反饋環(huán)的影響。Bmal/Clock異二聚體激活RORα和REV-ERBα的轉(zhuǎn)錄，它們分別活化和抑制BMAL1轉(zhuǎn)錄。PF-670432是抑制CK1δ/ε活性的化合物，減緩PER降解并延長(zhǎng)晝夜節(jié)律周期。請(qǐng)注意這是經(jīng)典模型，近期研究揭示了分子鐘由更多復(fù)雜的生物鐘基因網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

分子鐘通過(guò)以控制大量CCGs循環(huán)的方式來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)周期。例如，小鼠腹腔巨噬細(xì)胞表達(dá)的17 398個(gè)基因中的1403(約8.1%)個(gè)基因以晝夜節(jié)律方式波動(dòng)[17]，這些基因包括許多病原體識(shí)別和細(xì)胞因子分泌的重要調(diào)節(jié)因子，這導(dǎo)致對(duì)細(xì)菌或病毒免疫應(yīng)答的晝夜變化[6-10]。通常，周期基因表達(dá)水平很高，而且用于合成和降解周期間mRNAs和蛋白水平的能量是非周期基因的2倍[18]。因此，為了節(jié)約能量可能需要以周期方式選擇性下調(diào)高表達(dá)基因，并且節(jié)律性基因表達(dá)可能優(yōu)化全基因表達(dá)的代謝值[18]。

通常情況下，分子鐘以大約24 h為周期自行波動(dòng)(自由運(yùn)行，小鼠大約23.5 h)，因此需要每天調(diào)整以適應(yīng)周期性環(huán)境信號(hào)。分子鐘的每部分都可以受到非周期蛋白的調(diào)節(jié)，例如核激素受體(如糖皮質(zhì)激素受體)[2-3]。這些調(diào)控導(dǎo)致分子鐘的時(shí)相、振幅和周期的調(diào)整，以應(yīng)答時(shí)間相關(guān)事件(如光和進(jìn)食)的信號(hào)輸入，如下文所述。

2 多種細(xì)胞生物鐘在整體水平上同步生物節(jié)律

人體由約40萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞組成，每一個(gè)細(xì)胞都具有自己的生物鐘。我們體內(nèi)眾多細(xì)胞生物鐘是如何協(xié)調(diào)運(yùn)作的呢？哺乳動(dòng)物的晝夜節(jié)律系統(tǒng)由主振蕩器和外周振蕩器組成，主振蕩器位于下丘腦的視交叉上核(SCN)神經(jīng)元，外周振蕩器幾乎存在于各類細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞(外周生物鐘；圖2)[2-3]。SCN由視網(wǎng)膜神經(jīng)支配，使它受到太陽(yáng)光晝夜周期影響。實(shí)際上，光線信號(hào)使SCN神經(jīng)元Per表達(dá)上調(diào)并引起晝夜節(jié)律變化。隨后，中央SCN鐘通過(guò)下丘腦-垂體-腎上腺軸和自主神經(jīng)系統(tǒng)傳遞時(shí)間信息給外周生物鐘[19-20]。因此，SCN鐘的主要功能是維持外周振蕩器穩(wěn)定在相應(yīng)時(shí)相。這個(gè)分層組織系統(tǒng)保持了中央與外周時(shí)象一致，并且使大多數(shù)組織的生理時(shí)間狀態(tài)同步。小鼠SCN消融確實(shí)導(dǎo)致多數(shù)組織晝夜節(jié)律一致性消失和行為、生理節(jié)律的失調(diào)。

目前并沒有完全了解到體內(nèi)來(lái)自SCN的系統(tǒng)時(shí)間信號(hào)是如何使大量免疫細(xì)胞同步的。然而，體液因子可能在免疫細(xì)胞生物鐘的同步中起重要作用。例如小鼠活體成像分析顯示，肥大細(xì)胞PER2的表達(dá)呈現(xiàn)晝夜節(jié)律，在活動(dòng)相達(dá)到峰值，而在靜息相出現(xiàn)谷值[21]。實(shí)施腎上腺切除術(shù)后，晝夜節(jié)律消失(圖3A)[21-22]。此外，合成的糖皮質(zhì)激素地塞米松可在體內(nèi)外同步肥大細(xì)胞的生物鐘，并伴有Per的表達(dá)(圖3B)[21]。提示糖皮質(zhì)在體內(nèi)肥大細(xì)胞生物鐘同步中發(fā)揮作用。確實(shí)，糖皮質(zhì)激素受體結(jié)合的糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件存在于Per1和Per2的啟動(dòng)子區(qū)[20]。腎上腺糖皮質(zhì)激素分泌(人體的皮質(zhì)醇和小鼠的皮質(zhì)酮)的晝夜節(jié)律受SCN和腎上腺鐘的調(diào)節(jié)，在活動(dòng)相開始之前達(dá)到最高峰值[23]。因此，SCN誘導(dǎo)的糖皮質(zhì)激素升高能在整體水平上每天同步肥大細(xì)胞生物鐘一次。

交感神經(jīng)興奮既可以直接通過(guò)腎上腺受體影響免疫細(xì)胞，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)血液或淋巴流量、介導(dǎo)神經(jīng)肽釋放(如P物質(zhì))至感覺神經(jīng)末端或調(diào)節(jié)白細(xì)胞分布來(lái)間接影響免疫細(xì)胞[24]。有趣的是，最近基于小鼠研究發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)末梢釋放的去甲腎上腺素能通過(guò)同步淋巴細(xì)胞生物鐘和整體水平上維持淋巴細(xì)胞促遷移因子節(jié)律性表達(dá)來(lái)控制淋巴細(xì)胞向淋巴結(jié)遷移[25-26]。因此，受SCN調(diào)控的交感神經(jīng)興奮也可能通過(guò)去甲腎上腺素作為免疫細(xì)胞生物鐘的時(shí)間引導(dǎo)。

3 非光信號(hào)導(dǎo)致生物鐘周期轉(zhuǎn)換

生物周期轉(zhuǎn)換指生物鐘活動(dòng)與24 h為周期的環(huán)境信號(hào)(稱作“授時(shí)因子”)同步的過(guò)程。如前所述，光，尤其藍(lán)光是極強(qiáng)的授時(shí)因子，使中央SCN鐘周期轉(zhuǎn)換和進(jìn)行時(shí)間調(diào)整(相和周期)。

圖 2 哺乳動(dòng)物晝夜節(jié)律系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

圖 3 肥大細(xì)胞生物鐘的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)和IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞活化

最近研究發(fā)現(xiàn)外周生物鐘可以通過(guò)非光授時(shí)因子，如進(jìn)食時(shí)間、溫度、壓力，而不依賴SCN進(jìn)行周期轉(zhuǎn)換[27-28]。例如，小鼠在夜間(活動(dòng)期)喂食和自由采食時(shí)其肝臟基因表達(dá)周期相似。反之，白天喂食小鼠幾乎完全顛倒了肝臟振蕩器基因表達(dá)周期[29-30]。這個(gè)結(jié)論提示在相反時(shí)段進(jìn)食，外周生物鐘可以擺脫光敏感SCN建立新的晝夜節(jié)律。非光因素對(duì)外周生物鐘周期影響的具體機(jī)制尚不清楚。

重要的是，這種外周生物鐘與SCN節(jié)律的不一致(內(nèi)部晝夜節(jié)律紊亂)會(huì)破壞生理和晝夜節(jié)律，以至于危害健康[31]。大量流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期內(nèi)部晝夜節(jié)律紊亂，如夜班工作者不規(guī)律的進(jìn)食時(shí)間，將增加代謝疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 過(guò)敏性疾病的晝夜節(jié)律性

早在20世紀(jì)60年代，已經(jīng)有多項(xiàng)關(guān)于過(guò)敏性疾病晝夜節(jié)律性的報(bào)告[4-5]。過(guò)敏性鼻炎和哮喘患者的鼻部和支氣管反應(yīng)性、炎癥程度都會(huì)在夜間、睡眠中和清晨加重。夜間瘙癢是特異性皮炎(AD)的典型癥狀，這與皮膚溫度、pH和表皮水分損失(TEWL)等晝夜變化相關(guān)[5,32]。近期一項(xiàng)基于過(guò)敏原引起的嗜堿性粒細(xì)胞CD203c表達(dá)(嗜堿性粒細(xì)胞活化實(shí)驗(yàn))的研究發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性過(guò)敏性鼻炎患者表現(xiàn)出每日時(shí)相變化[33]，雖然尚需要進(jìn)一步的研究得以證實(shí)[34]。過(guò)敏癥狀的節(jié)律變化提示，這些變化可能是臨床管理患者的實(shí)踐中的重要考慮因素。

3.2 生物鐘導(dǎo)致過(guò)敏反應(yīng)的節(jié)律性

過(guò)敏臨床癥狀節(jié)律性產(chǎn)生的機(jī)制仍待研究。然而，新的嚙齒類過(guò)敏動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，生物鐘通過(guò)免疫細(xì)胞固有生物鐘和/或免疫細(xì)胞外在生物鐘依賴性機(jī)制影響過(guò)敏反應(yīng)節(jié)律性。

被動(dòng)皮膚過(guò)敏反應(yīng)(PCA)試驗(yàn)是嚙齒類模型IgE/肥大細(xì)胞依賴的速發(fā)皮膚過(guò)敏發(fā)應(yīng)。野生型小鼠PCA反應(yīng)表現(xiàn)為晝夜節(jié)律性，峰值出現(xiàn)在靜息期，而谷值出現(xiàn)在活動(dòng)期[35]。在選擇性肥大細(xì)胞生物鐘突變小鼠中，發(fā)應(yīng)的節(jié)律性發(fā)生紊亂(圖3C和D)，提示肥大細(xì)胞是PCA反應(yīng)節(jié)律性的主要影響因素[21]。具體來(lái)說(shuō)，肥大細(xì)胞生物鐘調(diào)控FcεRI(Fcer1b)β亞基表達(dá)，從而暫時(shí)性關(guān)閉肥大細(xì)胞對(duì)IgE的應(yīng)答[21]。

有趣的是，腎上腺切除小鼠的PCA反應(yīng)節(jié)律性也會(huì)消失[35]。正如前所述，糖皮質(zhì)激素(小鼠的皮質(zhì)酮)可能作為周期信號(hào)，通過(guò)SCN在整體水平上同步肥大細(xì)胞生物鐘來(lái)影響節(jié)律性。因此，腎上腺切除小鼠PCA反應(yīng)節(jié)律性消失可能由肥大細(xì)胞生物鐘同步性缺失造成，這種缺失可能是由于皮質(zhì)酮釋放異?；蛉笔?，和隨之在整體水平上肥大細(xì)胞對(duì)IgE應(yīng)答解偶聯(lián)所造成[21]。綜上所述，這些數(shù)據(jù)提示PCA反應(yīng)節(jié)律性可能是由糖皮質(zhì)激素調(diào)控中央SCN生物鐘和肥大細(xì)胞生物鐘共同影響的。

刮痕和皮膚屏障功能紊亂(例如TEWL增多)是AD的關(guān)鍵特征，在AD患者、NC/Tnd小鼠和AD模型中均表現(xiàn)為晝夜節(jié)律性[5,36]。野生小鼠表皮水通道蛋白3(Aqp3，水分和TEWL的調(diào)節(jié)因子)的表達(dá)為晝夜節(jié)律性，生物鐘突變小鼠中節(jié)律性消失[37]。具體來(lái)說(shuō)，小鼠Aqp3和人AQP3為同源基因，分別在小鼠皮膚和人角質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出表達(dá)的周期波動(dòng)性，這種波動(dòng)性受到分子鐘調(diào)控。因此AQP3、瘙癢相關(guān)分子和皮膚屏障功能可能通過(guò)皮膚細(xì)胞生物鐘控制AD病理生理晝夜變化的產(chǎn)生。

遺憾的是，哮喘的晝夜節(jié)律性并沒能在嚙齒動(dòng)物模型中得到重現(xiàn)，不過(guò)在卵清蛋白致過(guò)敏性哮喘的模型中，骨髓細(xì)胞Bmal1缺陷小鼠相比于健康小鼠哮喘癥狀更明顯[38]。類似的，Bmal1缺陷小鼠由于仙臺(tái)病毒、流感及引起哮喘的常見病毒誘發(fā)的急性病毒性細(xì)支氣管炎癥狀加重，氣道并有更多的哮喘樣改變[39]。這些結(jié)果提示骨髓細(xì)胞Bmal1可能是哮喘炎癥發(fā)生的負(fù)調(diào)控因子。因此肺部BMAL1的周期節(jié)律活動(dòng)可能導(dǎo)致哮喘節(jié)律性，而具體機(jī)制目前尚不清楚。有趣的是，相比于健康對(duì)照，哮喘患者在靜息時(shí)(夜間)Bmal1表達(dá)下降[39]。當(dāng)Bmal1表達(dá)降低時(shí)，哮喘患者癥狀會(huì)加重。

除了免疫細(xì)胞生物鐘以外，上皮細(xì)胞生物鐘可能同樣在肺部炎癥節(jié)律性變化中發(fā)揮作用。LPS引起的小鼠肺部炎癥存在晝夜周期變化。支氣管上皮細(xì)胞Bmal1通過(guò)調(diào)控上皮細(xì)胞Cxcl5(一種強(qiáng)效嗜中性粒細(xì)胞趨化因子)的產(chǎn)生來(lái)暫時(shí)調(diào)節(jié)炎癥[40]。因?yàn)榉尾繉?duì)LPS應(yīng)答決定了哮喘的發(fā)生和嚴(yán)重度[41-42]，肺上皮細(xì)胞生物鐘介導(dǎo)對(duì)LPS應(yīng)答的暫時(shí)調(diào)控同樣影響哮喘的節(jié)律性。

僅有極少數(shù)研究報(bào)告了食物過(guò)敏和嚴(yán)重過(guò)敏反應(yīng)的晝夜節(jié)律性。不過(guò)在一項(xiàng)食物過(guò)敏的小鼠模型中，在靜息期進(jìn)行抗原激發(fā)比在活動(dòng)期激發(fā)能引起更重的過(guò)敏性腹瀉和體重減輕現(xiàn)象[43]。這與小腸緊密連接分子表達(dá)下調(diào)和靜息期抗原吸收增加有關(guān)。此外，被動(dòng)全身過(guò)敏反應(yīng)(IgE/肥大細(xì)胞依賴的全身過(guò)敏反應(yīng)模型)程度和PCA反應(yīng)一樣在野生小鼠中表現(xiàn)為晝夜節(jié)律性，而在SCN缺陷小鼠中消失[44]。因此食物抗原的攝入時(shí)間可能影響食物過(guò)敏癥狀和全身過(guò)敏的嚴(yán)重程度，部分可能原因是由于緊密連接分子表達(dá)和腸屏障功能的周期變化引起的。

綜上所述，過(guò)敏反應(yīng)的節(jié)律性可能通過(guò)免疫細(xì)胞或局部細(xì)胞生物鐘調(diào)節(jié)的病理生理關(guān)鍵分子節(jié)律表達(dá)，這種節(jié)律性受到通過(guò)體液和神經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)的中央SCN生物鐘的影響。重要的是，這表明功能性生物鐘紊亂會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)期過(guò)敏反應(yīng)抑制喪失(例如PCA反應(yīng)：圖3C和D)，提示這種生物鐘機(jī)制主要是在活動(dòng)期抑制過(guò)敏反應(yīng)。

3.3 節(jié)律紊亂可促進(jìn)過(guò)敏

過(guò)敏相關(guān)外周生物鐘(如肥大細(xì)胞生物鐘)可能是過(guò)敏反應(yīng)節(jié)律性的主要影響因素。因此我們假定環(huán)境時(shí)間因素(授時(shí)因子)周期恒定的情況下，例如正常的晝夜和進(jìn)食/禁食周期，過(guò)敏相關(guān)外周生物鐘通過(guò)體液/神經(jīng)介導(dǎo)的SCN節(jié)律性與過(guò)敏反應(yīng)節(jié)律性一致。相應(yīng)的，任何改變過(guò)敏相關(guān)外周生物鐘活性的基因和環(huán)境因子都能影響生物鐘調(diào)節(jié)的基因表達(dá)和過(guò)敏反應(yīng)癥狀的變化。這些包括嚙齒動(dòng)物的生物鐘基因改變或SCN機(jī)制的紊亂、授時(shí)因子不匹配、激素分泌異常、自主神經(jīng)活性和外周生物鐘的直接改變。由于上文中已經(jīng)討論生物鐘基因改變和SCN機(jī)制紊亂的影響，這部分將討論其他節(jié)律紊亂因子對(duì)過(guò)敏反應(yīng)的影響。

環(huán)境授時(shí)因子不匹配(例如，時(shí)差或夜班造成的光線環(huán)境和進(jìn)食時(shí)間節(jié)律性紊亂)能導(dǎo)致中央生物鐘、外周生物鐘甚至兩者連續(xù)的周期復(fù)位、空運(yùn)轉(zhuǎn)或整體水平的節(jié)律紊亂。這將導(dǎo)致過(guò)敏相關(guān)細(xì)胞外周生物鐘周期節(jié)律性破壞，但導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的具體機(jī)制尚不明確。

最近研究發(fā)現(xiàn)，模擬時(shí)差形成的晝夜條件異常會(huì)加重病毒誘導(dǎo)的哮喘樣炎癥[39]。此外，將小鼠關(guān)在晝夜為10/10 h周期，而非正常12/12 h晝夜周期的環(huán)境中8周，IL-33或化合物48/80介導(dǎo)的肥大細(xì)胞反應(yīng)節(jié)律變化將消失(即活動(dòng)期抑制作用消失)，并且在全天周期中炎癥反應(yīng)都加重[45-46]。更有意思的是，晝夜節(jié)律異常會(huì)破壞腸上皮屏障功能，從而使小鼠更容易食物過(guò)敏。輪班工作的護(hù)士，其食物過(guò)敏發(fā)病率與白夜班輪換具有正相關(guān)性，提示晝夜節(jié)律能影響對(duì)食物過(guò)敏原的致敏[47]。綜上所述，這些研究提示環(huán)境授時(shí)因子不匹配能加重過(guò)敏反應(yīng)，甚至增加過(guò)敏性疾病易感性。

激素或自主神經(jīng)活動(dòng)使大量外周生物鐘與SCN節(jié)律同步。因此激素和自主神經(jīng)活動(dòng)異常將導(dǎo)致外周生物鐘不同步甚至整體水平上破壞外周生物鐘節(jié)律性，從而影響過(guò)敏反應(yīng)。例如，長(zhǎng)期壓力與皮質(zhì)醇水平異常有關(guān)[48]。受到長(zhǎng)期束縛應(yīng)激的小鼠確實(shí)表現(xiàn)為肥大細(xì)胞PER2表達(dá)節(jié)律性紊亂，伴隨肥大細(xì)胞活化的周期節(jié)律變化消失[46]。此外，我們可以推測(cè)接受長(zhǎng)效糖皮質(zhì)激素治療的過(guò)敏性患者會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏反應(yīng)節(jié)律紊亂，因?yàn)樘瞧べ|(zhì)激素生理節(jié)律紊亂對(duì)外周生物鐘具有極大影響，包括肺和鼻粘膜[49-50]。

炎癥和組織損傷因素可以直接影響外周生物鐘的活性。例如，正常肺組織生物鐘基因的時(shí)相、周期和幅度，以及CCG的表達(dá)在暴露于香煙、病毒或細(xì)菌感染、炎癥介質(zhì)(例如TNF-α和LPS)的條件下均會(huì)發(fā)生改變[51]。過(guò)敏性鼻炎患者進(jìn)行鼻激發(fā)試驗(yàn)時(shí)，在遲發(fā)相中Clock、Bmal1和Th2細(xì)胞因子上調(diào)[52]。外周細(xì)胞這些生物鐘基因表達(dá)的改變會(huì)破壞或改變過(guò)敏反應(yīng)的節(jié)律性。

有趣的是，對(duì)LPS處理的小鼠肺進(jìn)行全基因組晝夜節(jié)律表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)這些小鼠中出現(xiàn)了新的細(xì)胞和分子晝夜節(jié)律[53]。例如，在內(nèi)毒素血癥小鼠肺中發(fā)現(xiàn)，一種炎癥組分Nlrp3表達(dá)節(jié)律性，而正常肺中沒有。表明外周生物鐘具有可塑性，將改變晝夜節(jié)律基因轉(zhuǎn)錄組作為自適過(guò)程，從而根據(jù)環(huán)境變化在組織和器官水平上優(yōu)化功能。

3.4 睡眠障礙可通過(guò)節(jié)律紊亂影響過(guò)敏

睡眠是從蠕蟲和水母到鳥和哺乳動(dòng)物在進(jìn)化過(guò)程中的一種保守行為[54]。越來(lái)越多關(guān)于果蠅、斑馬魚、老鼠和人類的數(shù)據(jù)表明，中央和外圍生物鐘使用不同的機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)睡眠的不同方面[54]。由于觀察到小鼠和人生物鐘基因突變會(huì)改變睡眠節(jié)律，或許是最有效地證明了生物鐘是睡眠和清醒的重要調(diào)節(jié)因素[55-56]。

過(guò)敏性疾病患者經(jīng)常出現(xiàn)睡眠障礙并影響生存質(zhì)量?？傮w而言，過(guò)敏癥狀的嚴(yán)重程度與睡眠障礙關(guān)系緊密[4-5,13,32,57]。因此，過(guò)敏性疾病患者與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)的夜間癥狀頻率增加可能是由于睡眠障礙所致。不過(guò)目前對(duì)過(guò)敏性疾病患者睡眠障礙的病理生理學(xué)知之甚少[32]。

絕大多數(shù)過(guò)敏性疾病患者的睡眠障礙與生理晝夜節(jié)律改變有關(guān)，包括喪失了褪黑素的分泌節(jié)律[32,57]。這表明睡眠障礙本身可以引起過(guò)敏性疾病患者正常生物鐘的改變。生物鐘與睡眠的關(guān)系的確是雙向的。剝奪睡眠會(huì)改變核心生物鐘基因的表達(dá)和DNA結(jié)合活性[58-61]。因此可能存在一種惡性循環(huán)：夜間過(guò)敏癥狀引起睡眠障礙，睡眠障礙反過(guò)來(lái)影響中央SCN生物鐘活動(dòng)，導(dǎo)致正常晝夜節(jié)律發(fā)生改變。最終，通過(guò)SCN調(diào)控的神經(jīng)或激素通路調(diào)節(jié)導(dǎo)致過(guò)敏相關(guān)外周生物鐘節(jié)律紊亂，從而影響過(guò)敏反應(yīng)。這種情況下，通過(guò)干預(yù)修復(fù)正常生物鐘活動(dòng)(例如，褪黑素治療；見下文)可能對(duì)過(guò)敏性疾病患者睡眠障礙有益。

然而，需要強(qiáng)調(diào)的是目前很難斷定睡眠障礙是通過(guò)生物鐘節(jié)律紊亂來(lái)影響過(guò)敏，因?yàn)樵诓簧婕吧镧姷臈l件下，睡眠質(zhì)量就能影響多種信號(hào)通路，這些通路涉及對(duì)代謝、激素、神經(jīng)和免疫功能的調(diào)節(jié)。同時(shí)，生物鐘和睡眠互相影響也是一個(gè)先有雞還是先有蛋的問(wèn)題。

3.5 調(diào)節(jié)生物鐘可能被用于治療過(guò)敏

過(guò)敏性疾病是最適合接受時(shí)辰療法(即在癥狀的特定周期同步用藥)。例如，在晚上服用抗組胺藥美喹他嗪相比于早晨能更好的改善過(guò)敏性鼻炎患者癥狀[62]。

因?yàn)樯镧娪绊戇^(guò)敏反應(yīng)，所以合成能夠調(diào)節(jié)生物鐘基因表達(dá)的周期、時(shí)相和幅度的化合物可能是新的抗過(guò)敏藥研發(fā)策略。迄今為止，調(diào)節(jié)生物鐘酪蛋白激酶(CK)1δ/ε和REV-ERBα的兩種藥物廣泛應(yīng)用于生物節(jié)律紊亂志愿者研究，包括飛行時(shí)差、睡眠障礙、代謝性疾病、炎癥和癌癥[63-66]。

CK1δ/ε在分子生物鐘的翻譯后修飾中起重要作用。CK1δ/ε使PER蛋白磷酸化，導(dǎo)致泛素化依賴的蛋白降解并決定細(xì)胞生物鐘的固有周期(圖1)。因此CK1δ/ε的抑制減緩了PER蛋白的轉(zhuǎn)化，減緩了周期變化和延長(zhǎng)了晝夜節(jié)律周期[64]。

在肥大細(xì)胞中CLOCK直接調(diào)節(jié)FCERIB的表達(dá)節(jié)律性，并且在靜息期促進(jìn)細(xì)胞對(duì)IgE的應(yīng)答[21]。相應(yīng)的，PF-670432(CK1δ/ε激酶抑制劑，圖1)在體外(圖3B) 和體內(nèi)通過(guò)增加肥大細(xì)胞PER2(一種CLOCK活性負(fù)向調(diào)節(jié)劑)表達(dá)來(lái)下調(diào)IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞活化[22]。

REV-ERBα是調(diào)節(jié)基因表達(dá)、代謝和炎癥應(yīng)答相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄抑制物。野生型小鼠血清IL-6對(duì)腹腔注射LPS激發(fā)的應(yīng)答具有時(shí)間差異，盡管Rev-erba缺陷小鼠的細(xì)胞仍然保持著晝夜節(jié)律性，但是小鼠和培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞對(duì)LPS應(yīng)答的節(jié)律性已經(jīng)消失[65]。此外， REV-ERBα合成配體抑制人巨噬細(xì)胞LPS誘導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生。因此REV-ERBα可能將生物鐘與固有免疫功能聯(lián)系在一起，合成的REV-ERBα配體可能在對(duì)全身生物鐘活性影響很小的情況下，有效地治療炎性疾病，包括過(guò)敏。

褪黑素是由松果體以晝夜節(jié)律方式分泌的一種激素，在午夜到達(dá)峰值[67]。褪黑素通過(guò)對(duì)中央SCN生物鐘的直接時(shí)相改變和降低核心體溫來(lái)促進(jìn)睡眠，核心體溫降低可以誘導(dǎo)睡眠[67]。此外，褪黑素還具有免疫調(diào)節(jié)和抗氧化能力[32]。例如，在NC/Nga小鼠中褪黑素通過(guò)抑制CD4+T細(xì)胞從而抑制AD樣皮炎的發(fā)生[68]。基于這些特性，且不良反應(yīng)小，適合作為同時(shí)治療過(guò)敏性疾病患者睡眠障礙和炎癥的候選藥物。在一項(xiàng)隨機(jī)臨床研究中，褪黑素確實(shí)促進(jìn)了AD兒童的入睡并減輕了疾病癥狀[69]。

糖皮質(zhì)激素作為外周生物鐘的強(qiáng)效同步劑，是生物鐘的調(diào)節(jié)劑[70]。因此，合成糖皮質(zhì)激素對(duì)過(guò)敏性疾病的影響部分是由于外周生物鐘時(shí)相變化引起的。實(shí)際上，只有當(dāng)?shù)厝姿缮险{(diào)肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞PER2水平(類似PF-670432)時(shí)，地塞米松才能在體內(nèi)和體外抑制IgE介導(dǎo)的脫顆粒[22]。

有趣的是，生物鐘突變肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞中，肥大細(xì)胞并不能發(fā)揮如此作用，提示糖皮質(zhì)激素發(fā)揮作用需要功能性生物鐘存在[22]。實(shí)際上，生物鐘和糖皮質(zhì)激素是相互作用的。在糖皮質(zhì)激素信號(hào)傳遞過(guò)程中需要幾種生物鐘蛋白(如PER2或CRY)[71-72]。例如，CRY可以與糖皮質(zhì)激素受體相互作用，小鼠成纖維細(xì)胞Cry缺陷導(dǎo)致大量基因表達(dá)下降和地塞米松誘導(dǎo)的基因成倍增加，提示Cry拮抗糖皮質(zhì)激素受體活性并發(fā)揮抑制作用[72]。相應(yīng)的，合成糖皮質(zhì)激素治療的影響(或不良反應(yīng))根據(jù)靶向細(xì)胞或組織生物鐘表現(xiàn)出晝夜變化。未來(lái)的一個(gè)研究方向是規(guī)律或不規(guī)律的生活方式是否影響類固醇對(duì)過(guò)敏性疾病治療的效果和不良反應(yīng)。

值得注意的是目前大多用于過(guò)敏性疾病的藥物都可能改變生物鐘節(jié)律，例如糖皮質(zhì)激素、β2受體激動(dòng)劑、磷酸二酯酶抑制劑(活化環(huán)AMP信號(hào)通路，如氨茶堿)和組胺H1受體拮抗劑[22,73-74]。這同樣預(yù)示著生物鐘與過(guò)敏的密切關(guān)系。然而，這些藥物對(duì)過(guò)敏性患者生物鐘的實(shí)際生理影響尚不清楚。不過(guò)，這可能是評(píng)價(jià)生物鐘對(duì)過(guò)敏性疾病患者重要性的混雜因素。

4 未來(lái)研究方向

關(guān)于過(guò)敏的晝夜節(jié)律性調(diào)節(jié)還有很多問(wèn)題尚待解決[11]。以下是此領(lǐng)域的3個(gè)重要問(wèn)題。

第一，生物鐘與過(guò)敏反應(yīng)聯(lián)系的具體機(jī)制尚不完全清楚。過(guò)敏相關(guān)CCGs(例如，F(xiàn)cerib[21]、St2[45]、OCT-3[46]、AQP3[37]和緊密連接分子[43,75])確實(shí)是連接生物鐘和過(guò)敏的重要基因。然而，生物鐘是一個(gè)調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)、新陳代謝和免疫細(xì)胞功能的多模式系統(tǒng)[1-3]。目前認(rèn)為神經(jīng)元活性和新陳代謝對(duì)免疫影響極大[76-77]。因此，重要的是要確定生物鐘在多大程度上通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)因素影響過(guò)敏反應(yīng)。

第二，目前對(duì)于因環(huán)境光線周期異常或進(jìn)食時(shí)間不規(guī)律導(dǎo)致人類生物鐘或節(jié)律紊亂，影響疾病易感性、病因、維持和進(jìn)展的流行病學(xué)和臨床研究甚少。雖然由于生物鐘功能與過(guò)敏之間相互影響，這類研究可能很難證明生物鐘與過(guò)敏性疾病的因果聯(lián)系，但是這些研究顯然是必需的。

迄今為止，就我們所知，只有一項(xiàng)這樣的相關(guān)性研究：齋月禁食對(duì)穆斯林哮喘患者不同特征的影響[78]。研究顯示齋月禁食1月對(duì)哮喘沒有不良影響，不過(guò)可能對(duì)于哮喘嚴(yán)重程度有一些有益影響，降低了血清C反應(yīng)蛋白濃度和喘息。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可以與最近一項(xiàng)研究相聯(lián)系，小鼠血清IL-5水平和血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)呈晝夜節(jié)律性，而16 h禁食后小鼠血清IL-5和血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)下降[79]。

第三，即使在健康人，鼻黏膜、肺、腸道和皮膚等局部生理特征也表現(xiàn)出節(jié)律性變化。因此，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是什么導(dǎo)致過(guò)敏性疾病患者局部生理特征節(jié)律性強(qiáng)于健康對(duì)照(例如，對(duì)氣道中乙酰膽堿的敏感程度)。換句話說(shuō)，過(guò)敏性疾病是否為生物鐘紊亂性疾?。繛榱嘶卮疬@個(gè)問(wèn)題，對(duì)過(guò)敏性疾病患者病灶生物鐘基因和CCG表達(dá)的程度和這些基因表達(dá)是怎樣變化的研究尤為重要。考慮到大多數(shù)過(guò)敏癥狀是由于靶組織/器官的神經(jīng)系統(tǒng)改變所致[80]，研究在過(guò)敏性疾病病灶中涉及神經(jīng)元活動(dòng)的CCG表達(dá)動(dòng)力學(xué)可能是有意義的?？傊?，目前對(duì)于過(guò)敏性疾病病灶分子水平晝夜節(jié)律調(diào)控知之甚少。

結(jié)語(yǔ)

生物鐘活性涉及過(guò)敏反應(yīng)的調(diào)節(jié)，過(guò)敏并不僅僅只是擔(dān)當(dāng)晝夜計(jì)時(shí)作用。相應(yīng)的，晝夜節(jié)律紊亂將從時(shí)間、強(qiáng)度和易感性方面嚴(yán)重影響過(guò)敏反應(yīng)。因此研究周期節(jié)律如何影響過(guò)敏反應(yīng)將成為變態(tài)反應(yīng)學(xué)中重要的分支，可以稱其為“時(shí)辰變態(tài)反應(yīng)學(xué)”。

發(fā)達(dá)國(guó)家的大多數(shù)人居住在與其內(nèi)源晝夜節(jié)律不同步的日常活動(dòng)的社會(huì)中，包括睡覺、工作、吃飯[31]。由于在夜間會(huì)接受大量SCN生物鐘敏感的藍(lán)光，對(duì)于輪班工作者、?？鐣r(shí)區(qū)旅行者和大量智能手機(jī)和電腦使用者尤為明顯。因此臨床醫(yī)生要多關(guān)注患者個(gè)人生活習(xí)慣細(xì)節(jié)，例如何時(shí)睡覺和起床，每天何時(shí)進(jìn)食和一日幾餐和心理壓力，因?yàn)檫@些因素可以通過(guò)對(duì)生物節(jié)律的調(diào)節(jié)，改變癥狀和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果(例如，嗜堿性粒細(xì)胞活化CD203c的表達(dá)[33]或血清IL-5水平和血嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量[79])，并且選擇過(guò)敏性疾病患者最佳的治療時(shí)間(圖4)[81-82]。通過(guò)這樣做，臨床醫(yī)生可以根據(jù)患者自身狀態(tài)提出生活干預(yù)方案以更好地控制過(guò)敏癥狀。

圖 4 多種環(huán)境變化可以通過(guò)調(diào)整生物鐘影響過(guò)敏反應(yīng)

生物鐘受多種環(huán)境因素變化影響，包括晝夜周期，進(jìn)食時(shí)間、社交(例如壓力)和睡眠障礙，這些因素可能通過(guò)調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律從時(shí)相、強(qiáng)度和易感性方面改變過(guò)敏反應(yīng)，并且影響過(guò)敏性疾病患者癥狀、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果和最佳的治療時(shí)間。圖示為花粉癥患者。除了此處顯示的環(huán)境變化外，近期研究表明腸道微生物和年齡均影響晝夜節(jié)律[81-82]

例如，我們假設(shè)過(guò)敏性鼻炎患者有不規(guī)律的飲食習(xí)慣，肥大細(xì)胞生物鐘可能出現(xiàn)晝夜節(jié)律紊亂，導(dǎo)致全天持續(xù)性IgE/肥大細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥發(fā)生。給這類患者簡(jiǎn)單的規(guī)律用餐建議，就可能通過(guò)重置正常肥大細(xì)胞生物鐘節(jié)律而減輕活動(dòng)期(白天)癥狀，從而減少抗過(guò)敏藥物使用劑量。

智能手機(jī)和新軟件應(yīng)用的實(shí)用性使客觀地和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)自由個(gè)體睡眠、飲食和鍛煉習(xí)慣成為可能[83]，并能幫助臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)合適的生活方式干預(yù)控制過(guò)敏。生物鐘影響過(guò)敏的發(fā)現(xiàn)提醒我們管理過(guò)敏患者生活的重要性。

已知

·過(guò)敏性疾病癥狀、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果和治療應(yīng)答具有顯著的晝夜變化。

·嚙齒類研究揭示，節(jié)律性過(guò)敏反應(yīng)的基礎(chǔ)是稱為生物鐘的內(nèi)部時(shí)間管理系統(tǒng)。

·生物鐘節(jié)律紊亂不僅會(huì)破壞過(guò)敏反應(yīng)患者的晝夜節(jié)律性，還會(huì)加重器官的過(guò)敏反應(yīng)及易感性。

未知

·晝夜節(jié)律活性紊亂如何加重器官的過(guò)敏發(fā)應(yīng)及易感性。

·晝夜節(jié)律紊亂對(duì)過(guò)敏性疾病的影響程度有多大。

·是什么導(dǎo)致健康人群和過(guò)敏性疾病患者生物鐘控制的局部生理差異。

參考文獻(xiàn)請(qǐng)見原文：

J Allergy Clin Immunol, 2018,142:1021-1031