計(jì)慧芳，付 陽(yáng)，董一飛

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科 江西省分子醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌 330006)

高血壓是臨床最常見的心血管系統(tǒng)慢性疾病，也是公認(rèn)的危害人類健康的風(fēng)險(xiǎn)之一。目前認(rèn)為高血壓是由于先天遺傳與許多致病性增壓因素和生理性減壓因素相互作用的結(jié)果，主要包括遺傳因素、高鈉低鉀飲食、肥胖、精神緊張和年齡等危險(xiǎn)因素[1]。時(shí)鐘基因表達(dá)異常與血壓晝夜節(jié)律紊亂以及高血壓的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。周期基因(period，PER)作為一種時(shí)鐘基因，在調(diào)控血壓方面起著不可或缺的作用。本文復(fù)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)PER調(diào)控血壓以及高血壓時(shí)間療法的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 時(shí)鐘基因簡(jiǎn)介

為適應(yīng)地球24 h自轉(zhuǎn)的生存環(huán)境，生物體進(jìn)化出了一種內(nèi)源性調(diào)節(jié)系統(tǒng)——生物鐘。生物鐘主要由時(shí)鐘基因組成和調(diào)節(jié)，幾乎存在于人體所有細(xì)胞中，在協(xié)調(diào)生物功能的節(jié)律性方面起著關(guān)鍵作用。時(shí)鐘基因主要位于大腦和外周組織中，位于下丘腦視交叉上核(suprachiasmatic nucleus，SCN)的中央時(shí)鐘被認(rèn)為是產(chǎn)生晝夜節(jié)律的主要起搏點(diǎn)，并起到同步外周時(shí)鐘的作用。然而，事實(shí)上許多位于外周組織中的外周時(shí)鐘可以不依賴SCN自主產(chǎn)生晝夜節(jié)律。近期研究發(fā)現(xiàn)，脈絡(luò)叢時(shí)鐘在穩(wěn)健性方面甚至超過(guò)了SCN[2]。表明SCN是外周時(shí)鐘的主要協(xié)調(diào)器而非起搏點(diǎn)。

在分子水平，中央時(shí)鐘和外周時(shí)鐘均由相互連接的時(shí)鐘基因轉(zhuǎn)錄/翻譯反饋環(huán)組成。在白天，時(shí)鐘基因BMAL1與CLOCK轉(zhuǎn)錄翻譯后相互作用形成異二聚體，通過(guò)E-box介導(dǎo)PER和CRY的轉(zhuǎn)錄翻譯。PER和CRY相互作用后進(jìn)入細(xì)胞核通過(guò)抑制BMAL1/CLOCK異二聚體的活性進(jìn)而抑制自身的轉(zhuǎn)錄。在沒(méi)有從頭合成的情況下，PER和CRY在夜間被泛素化或蛋白酶體降解途徑逐漸耗盡，從而終止轉(zhuǎn)錄抑制并啟動(dòng)新一輪轉(zhuǎn)錄/翻譯反饋環(huán)[3]。另一輔助反饋環(huán)涉及REV-ERBs和RORs核受體家族，它們也受BMAL1/CLOCK異二聚體轉(zhuǎn)錄調(diào)控。REV-ERBs和RORs相互競(jìng)爭(zhēng)與BMAL1啟動(dòng)子反應(yīng)元件(RRE)結(jié)合，RORα激活BMAL1的表達(dá)，而REV-ERBα抑制BMAL1的表達(dá)[4, 5]。這些時(shí)鐘基因通過(guò)E-box或RRE等順式元件調(diào)控各鐘控基因的轉(zhuǎn)錄水平，從而產(chǎn)生節(jié)律性的生理功能。此外，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)還有許多其他時(shí)鐘基因可能也參與調(diào)控,目前關(guān)于時(shí)鐘基因調(diào)控生理功能晝夜節(jié)律的確切分子機(jī)制在很大程度上未被闡明。

2 PER與血壓晝夜節(jié)律

生理狀態(tài)下，血壓遵循24 h晝夜節(jié)律模式，夜間血壓較日間下降10%～20%，這種正常的血壓晝夜節(jié)律被稱為杓型血壓。血壓晝夜節(jié)律主要受內(nèi)在遺傳和外在環(huán)境因素的影響，其中內(nèi)源性生物鐘通過(guò)時(shí)鐘基因來(lái)調(diào)控血壓晝夜節(jié)律。PER是最早被發(fā)現(xiàn)的時(shí)鐘基因，具有多種亞型包括PER1、PER2、PER3。PER參與許多重要的細(xì)胞功能，PER的異常表達(dá)與血壓晝夜節(jié)律紊亂和高血壓的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。PER1敲除小鼠在高鹽飲食和鹽皮質(zhì)激素(HS/DOCP)處理后患有非杓型高血壓[6]。腎素-2轉(zhuǎn)基因TGR(mREN2)27大鼠出現(xiàn)血壓升高和心肌肥厚，并且在非活動(dòng)期出現(xiàn)血壓節(jié)律倒置達(dá)峰值，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)BMAL1和CLOCK表達(dá)在SCN表現(xiàn)為上調(diào)，PER2表達(dá)在延髓腹外側(cè)頭端表現(xiàn)為上調(diào)[7]。同時(shí)，孤束核中的BMAL1、CLOCK和PER表現(xiàn)為下調(diào)。表明中樞性PER異常表達(dá)與血壓節(jié)律紊亂和高血壓的發(fā)生發(fā)展存在一定相關(guān)性。此外，多項(xiàng)研究證實(shí)在心臟、血管、腎臟和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等外周組織中PER的表達(dá)情況對(duì)血壓也有相當(dāng)大的影響。

3 PER參與血壓調(diào)節(jié)

3.1 PER對(duì)血管系統(tǒng)的影響

時(shí)鐘基因存在外周許多組織細(xì)胞中，其中包括內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和血管干細(xì)胞等。血管中的時(shí)鐘基因?qū)ρ苁湛s、血流動(dòng)力學(xué)、炎性反應(yīng)以及內(nèi)皮性一氧化氮的合成和釋放等均具有調(diào)節(jié)作用，在調(diào)控血壓方面具有重要作用。在PER2突變小鼠中可觀察到主動(dòng)脈內(nèi)皮舒張功能受損，內(nèi)皮功能受損與NO、前列腺素減少以及環(huán)氧合酶-1衍生的血管收縮劑釋放增加有關(guān)[8]。L-茶氨酸能夠上調(diào)地塞米松誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞中PER2、BMAL1、CRY1等時(shí)鐘基因的晝夜表達(dá)幅度，并且降低血管收縮相關(guān)基因Ras同源基因家族成員A(member A of the Ras homologous gene family，RhoA)、Rho相關(guān)蛋白激酶2(Rho kinase 2，ROCK2)和蛋白激酶C磷酸酶抑制蛋白17(protein kinase C-potentiated phosphatase inhibitorof 17 ku，CPI-17)的晝夜表達(dá)幅度，這些血管收縮相關(guān)基因在介導(dǎo)細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)、平滑肌細(xì)胞收縮和調(diào)節(jié)血壓方面起著關(guān)鍵作用[9]。提示L-茶氨酸可能通過(guò)影響時(shí)鐘基因和血管收縮相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)改善血管平滑肌的重構(gòu)從而預(yù)防高血壓等心血管疾病的發(fā)生。綜上所述，PER2在調(diào)節(jié)血管功能和血壓中發(fā)揮重要作用，并且PER2對(duì)血管系統(tǒng)可能具有保護(hù)作用。

3.2 PER對(duì)心臟的影響

心臟中的時(shí)鐘基因存在于各種細(xì)胞類型中，包括心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等。心臟中的時(shí)鐘基因會(huì)影響許多維持心臟功能的生理過(guò)程，包括新陳代謝、電活動(dòng)和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等。其中，心臟中的PER2在心肌缺血、脂肪酸代謝和葡萄糖代謝中有著重要作用。PER2在小鼠心肌缺血期間具有保護(hù)功能，并且PER2基因多態(tài)性可能與心肌梗死有關(guān)[10]。雄性大鼠在長(zhǎng)期飲酒后與對(duì)照組大鼠相比其心臟PER2表達(dá)下調(diào)，乙醇代謝酶細(xì)胞色素P450酶2E1(cytochrome P450 2E1，CYP2E1)和血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)表達(dá)上調(diào)[11]。同時(shí)，長(zhǎng)期飲酒的雄性大鼠表現(xiàn)出夜間血壓下降、心率降低以及血壓和心率的晝夜節(jié)律減弱。超聲心動(dòng)圖顯示，在沒(méi)有心臟重構(gòu)的情況下，大鼠心臟射血分?jǐn)?shù)顯著降低。提示長(zhǎng)期飲酒導(dǎo)致的雄性大鼠心血管系統(tǒng)功能紊亂可能與心臟中PER2表達(dá)下調(diào)以及CYP2E1和HO-1活性升高有關(guān)。綜上所述，PER2不僅對(duì)血管系統(tǒng)具有保護(hù)作用，對(duì)心臟也具有保護(hù)功能。

3.3 PER對(duì)腎臟的影響

腎臟的許多功能在不依賴睡眠、運(yùn)動(dòng)和食物水分?jǐn)z入情況下具有晝夜節(jié)律性，包括鈉排泄和腎小球?yàn)V過(guò)率等。這些腎臟功能在維持血壓正常晝夜節(jié)律中發(fā)揮重要作用。耐鹽性C57BL/6J雄性PER1全身敲除小鼠在給予HS/DOCP后血壓升高、血壓晝夜節(jié)律減弱，表現(xiàn)出非杓型高血壓[6]。這可能與基因敲除小鼠腎鈉處理晝夜節(jié)律改變有關(guān)[6]。重要的是，在接受相同HS/DOCP處理后的PER1敲除雌性小鼠并未患有非杓型高血壓[12]。表明PER1在腎臟對(duì)血壓的調(diào)節(jié)具有性別依賴性。

內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)是一種強(qiáng)效血管收縮劑，在腎臟的遠(yuǎn)端小管和集合管中ET-1通過(guò)作用于內(nèi)皮素受體來(lái)調(diào)節(jié)腎鈉處理。PER1可在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控ET-1的表達(dá)。給予PER1敲除小鼠HS/DOCP處理后，發(fā)現(xiàn)雄性小鼠ET-1和內(nèi)皮素受體表達(dá)存在顯著的基因型差異，而在雌性小鼠中ET-1和內(nèi)皮素受體表達(dá)并無(wú)明顯差異[13]。表明PER1通過(guò)作用于ET-1和內(nèi)皮素受體進(jìn)而調(diào)節(jié)腎鈉處理從而影響血壓及其晝夜節(jié)律，進(jìn)一步揭示了PER1在腎臟對(duì)血壓調(diào)節(jié)中存在性別特異性的潛在機(jī)制。有趣的是，在鹽敏感性129/SV小鼠中，PER1的敲除與小鼠血壓降低以及腎臟中上皮鈉通道α亞基(epithelial sodium channel α subunit，αENaC)的表達(dá)降低有關(guān)[14]。出現(xiàn)這種不同的血壓表型可能與小鼠品系間差異以及廣泛的遺傳變異有關(guān)。不管其潛在機(jī)制如何，這些差異性可能為研究人員理解不同基因人群中的血壓調(diào)節(jié)提供重要線索，并對(duì)個(gè)體化藥物治療高血壓具有重要意義。

3.4 PER對(duì)腎上腺的影響

腎上腺是人體重要的內(nèi)分泌器官，可分泌醛固酮、糖皮質(zhì)激素、兒茶酚胺等調(diào)節(jié)血壓的重要激素，因此腎上腺的功能異常是高血壓發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneous hypertensive rats，SHR)腎上腺的PER1、PER2、PER3表達(dá)水平均低于對(duì)照組，并且SHR腎上腺中PER2、PER3表達(dá)的峰值和谷值均提前，同時(shí)鐘控基因類固醇生成急性調(diào)控蛋白基因(steroidogenic acute regulatory protein，StAR)以及血清糖皮質(zhì)激素和醛固酮濃度的晝夜節(jié)律也均提前[15]。表明SHR腎上腺時(shí)鐘基因表達(dá)出現(xiàn)異常，這可能影響鐘控基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和腎上腺類固醇激素的分泌進(jìn)而影響血壓。腎上腺分泌糖皮質(zhì)激素依賴StAR的表達(dá)，StAR是糖皮質(zhì)激素合成的限速酶。由此推測(cè)，PER等時(shí)鐘基因通過(guò)調(diào)控StAR晝夜表達(dá)進(jìn)而影響糖皮質(zhì)激素的合成。而糖皮質(zhì)激素晝夜節(jié)律紊亂會(huì)影響腎小管中Na-Cl共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sodium and chloride co-transporter，NCC)的活性從而誘發(fā)非杓型血壓[16]。綜上認(rèn)為，PER在腎上腺通過(guò)各種直接或間接作用途徑調(diào)控血壓，說(shuō)明血壓調(diào)節(jié)極其復(fù)雜，是多途徑多分子共同作用的結(jié)果。

4 治療

自發(fā)現(xiàn)血壓晝夜節(jié)律受生物鐘調(diào)控以來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明，無(wú)論是否伴有高血壓，血壓晝夜節(jié)律紊亂都與靶器官損害、心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。因此，時(shí)間療法成為了一種新興的高血壓治療方法。時(shí)間療法是指通過(guò)協(xié)調(diào)藥物治療與生物鐘的節(jié)奏，最大限度地發(fā)揮藥效，降低藥物的不良反應(yīng)[17]。然而，目前在改善血壓晝夜節(jié)律方面以PER等時(shí)鐘基因作為直接作用靶點(diǎn)的藥物研究較為有限。

在SHR中，纈沙坦睡眠時(shí)給藥(valsartan asleep administration，VSA)在控制血壓和減輕靶器官損害方面可能比纈沙坦清醒時(shí)給藥(valsartan awake administration，VWA)更有效[18]。這可能是由于VSA恢復(fù)了SHR下丘腦和腹主動(dòng)脈中PER1和PER2的異常表達(dá)并且抑制了血管平滑肌中肌球蛋白輕鏈磷酸化，從而降低血壓改善血壓晝夜節(jié)律[19]。關(guān)于夜間服用降壓藥效果的臨床研究結(jié)果并不一致[20-21]。雖然指南明確指出非杓型高血壓患者心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加，但目前的高血壓指南并沒(méi)有提供治療時(shí)間的建議[22-25]。絕大多數(shù)研究認(rèn)為，在睡前服用降高血壓藥物比在醒后服用具有更好的降壓療效和其他益處。但這些研究結(jié)果有待進(jìn)一步證實(shí)。時(shí)間療法仍是高血壓研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，這種以時(shí)鐘基因作為藥物靶點(diǎn)的治療方式或?qū)⒊蔀楦哐獕褐委煹男虏呗浴?/p>

5 問(wèn)題與展望

本課題組主要從事高血壓以及血壓晝夜節(jié)律方面的研究。血壓受多種因素調(diào)控，導(dǎo)致血壓晝夜節(jié)律紊亂的分子機(jī)制極其復(fù)雜，為了更好地治療或改善高血壓以及其他心血管疾病，血壓晝夜節(jié)律紊亂的分子機(jī)制有待深入研究。雖然許多研究提示PER與高血壓之間存在高度相關(guān)性及因果關(guān)系，并且不同部位的PER在調(diào)控血壓晝夜節(jié)律及高血壓的形成中均發(fā)揮關(guān)鍵作用，但其具體機(jī)制尚不明確。其中，大多研究數(shù)據(jù)通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得來(lái)，未來(lái)仍需深入研究，進(jìn)一步獲取基于人群的研究數(shù)據(jù)，尋找藥物治療高血壓的新靶點(diǎn)。