近日節(jié)律與癌癥研究進(jìn)展#

應(yīng)俊杰 李世平 屈藝

（四川大學(xué)華西第二醫(yī)院兒科/出生缺陷與相關(guān)婦兒疾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都，610041）

近日節(jié)律又稱(chēng)晝夜節(jié)律，具有24小時(shí)振蕩模式，可調(diào)節(jié)機(jī)體包括睡眠、新陳代謝和細(xì)胞分裂在內(nèi)的多種重要的生理過(guò)程和行為。近日節(jié)律的中樞位于下丘腦視交叉上核（Suprachiasmatic Nucleus，SCN），是核心生物鐘的中央起搏器[1]。外周組織（如肝臟、腎臟、皮膚、小腸、肺、卵巢和心臟等）的細(xì)胞自身也存在節(jié)律性，形成外周節(jié)律。一方面，SCN與環(huán)境信號(hào)（如光照）同步，調(diào)控相關(guān)分子24小時(shí)的節(jié)律振蕩；另一方面，SCN還通過(guò)神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)，同步外周節(jié)律系統(tǒng)，從而維持機(jī)體的生理穩(wěn)態(tài)[2,3]。隨著對(duì)近日節(jié)律的研究不斷深入，研究者們發(fā)現(xiàn)近日節(jié)律與人類(lèi)的很多疾病息息相關(guān)，其中就包括癌癥[4-6]。

癌癥是常見(jiàn)的死亡原因之一，全球每年約有1810萬(wàn)癌癥新發(fā)病例及960萬(wàn)癌癥死亡病例，中國(guó)癌癥的發(fā)病率和死亡率均居世界首位，約占全球病例的五分之一[7]。因此，弄清癌癥的發(fā)病機(jī)制，找到治療癌癥的有效方法一直以來(lái)都是世界醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。腫瘤細(xì)胞具有異質(zhì)性，在細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移、耐藥性等方面特質(zhì)各不相同，難以找到有效抑制所有腫瘤細(xì)胞的方法。因此，研究者們?cè)噲D從近日節(jié)律等一些新的角度尋找抑制腫瘤的新方法。本文從近日節(jié)律的調(diào)控機(jī)制及其在癌癥中的研究現(xiàn)狀、治療應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述，供癌癥治療相關(guān)研究提供參考。

1 近日節(jié)律調(diào)控的分子機(jī)制

SCN和外周組織的節(jié)律振蕩受到細(xì)胞中節(jié)律基因和蛋白組成的轉(zhuǎn)錄-翻譯負(fù)反饋環(huán)路（Transcription-translation feedback loop，TTFL）調(diào)控。核心生物鐘蛋白CLOCK（Circadian locomotor output cycles protein kaput）和BMAL1（又 稱(chēng)Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like protein 1，ARNTL）形成異源二聚體，調(diào)控節(jié)律基因Per（Period）和Cry（Cryptochrome）的轉(zhuǎn)錄，CRY-PER二聚體又會(huì)從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，并抑制clock - bmal1驅(qū)動(dòng)的E-box轉(zhuǎn)錄，從而形成了經(jīng)典的負(fù)反饋環(huán)路[8]。隨著研究的深入，研究者們對(duì)TTFL又進(jìn)行了補(bǔ)充，即核受體REV-ERBa和視黃酸受體相關(guān)孤兒受體（Retinoic acid receptor–related orphan receptor alpha，RORA）組成的二級(jí)環(huán)路[5,6,8]。這兩個(gè)環(huán)路通過(guò)影響染色質(zhì)構(gòu)象、組蛋白乙?；蚏NA聚合酶II進(jìn)而調(diào)控許多基因轉(zhuǎn)錄的節(jié)律。目前的研究發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)和小鼠中，50 - 80%的蛋白質(zhì)編碼基因都受到了節(jié)律基因的調(diào)控。此外，節(jié)律基因還調(diào)控了一些影響細(xì)胞分裂的關(guān)鍵基因，節(jié)律基因紊亂就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞分裂失調(diào)，有可能引起腫瘤發(fā)生[9]。

2 近日節(jié)律在癌癥中的作用機(jī)制研究

流行病學(xué)研究表明，晝夜節(jié)律紊亂（如時(shí)差反應(yīng)、輪班工作、睡眠中斷等）與癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[10-13]。此外，節(jié)律紊亂會(huì)影響癌癥的治療效果，并與癌癥早期死亡率相關(guān)[14,15]，但具體機(jī)制尚未研究清楚?，F(xiàn)階段，研究者們主要從腫瘤細(xì)胞中的節(jié)律基因表達(dá)譜、近日節(jié)律與細(xì)胞分化及近日節(jié)律與新陳代謝關(guān)系這三個(gè)方面探究近日節(jié)律在腫瘤發(fā)生發(fā)展中可能的作用機(jī)制。

2.1 腫瘤細(xì)胞中節(jié)律基因表達(dá)譜變化

研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸直腸癌樣本中，癌細(xì)胞的節(jié)律基因表達(dá)異常，并且不再有明顯的節(jié)律振蕩[16]；而乳腺癌樣本中的節(jié)律性轉(zhuǎn)錄本數(shù)量則大大低于正常乳腺組織[17]，說(shuō)明乳腺癌細(xì)胞中基因表達(dá)的節(jié)律遭到顯著破壞。此外，多種人類(lèi)癌癥樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的meta分析結(jié)果顯示，多種節(jié)律基因表達(dá)異常廣泛存在于各類(lèi)癌癥樣本中[18-20]?？梢?jiàn)，與正常組織相比，腫瘤細(xì)胞中的節(jié)律基因表達(dá)受到干預(yù)，生物鐘功能被破壞。研究者推測(cè)這些被破壞的生物鐘調(diào)節(jié)分子，很有可能也具有腫瘤抑制因子的功能[21,22]。更有意思的是，節(jié)律基因表達(dá)異常的程度似乎與各種癌癥的分期或侵襲程度密切相關(guān)，例如三陰性乳腺癌（一種具有高轉(zhuǎn)移率的侵襲性腫瘤）比其他乳腺癌具有更明顯的節(jié)律基因異常表達(dá)情況[23]。

既然腫瘤細(xì)胞中節(jié)律基因的表達(dá)譜發(fā)生改變，那么就有可能通過(guò)調(diào)控核心節(jié)律基因表達(dá)來(lái)抑制腫瘤。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)BMAL1可以減弱人類(lèi)肝細(xì)胞癌、骨肉瘤、結(jié)腸直腸癌和卵巢癌中腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[11-13,24]；而B(niǎo)MAL1沉默后則會(huì)降低人骨肉瘤和小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖和腫瘤生長(zhǎng)[25]。此外，關(guān)于節(jié)律基因PER家族的研究表明：在神經(jīng)膠質(zhì)瘤和胃癌中，PER1和PER2表達(dá)降低與生存周期縮短相關(guān)[26]；在結(jié)腸癌中，PER2低表達(dá)與結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移相關(guān)，而PER2和PER3高表達(dá)則抑制腫瘤生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)患者生存期[27]。因此，調(diào)控節(jié)律基因的表達(dá)會(huì)對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、凋亡產(chǎn)生一定的影響，但節(jié)律基因參與的具體生理過(guò)程及分子機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

2.2 近日節(jié)律與細(xì)胞分化有關(guān)

研究表明，在未分化的多能干細(xì)胞中，沒(méi)有明顯的近日節(jié)律振蕩，但隨著細(xì)胞分化，節(jié)律振蕩會(huì)逐漸出現(xiàn)[28]，說(shuō)明近日節(jié)律與細(xì)胞分化存在某種聯(lián)系。而胚胎干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞具有相似性，可以推測(cè)近日節(jié)律與腫瘤細(xì)胞分化也可能存在就聯(lián)系。有研究者在進(jìn)行細(xì)胞核重編程時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)重編程因子OSKM（Oct3/4, Sox2, Klf4 and c-Myc）對(duì)體細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)重編程，會(huì)導(dǎo)致畸胎瘤和腎臟腫瘤的發(fā)生[29]。而重編程誘導(dǎo)的腎臟腫瘤卻并沒(méi)有與癌癥相關(guān)的基因突變[30]，這表明脫分化和表觀遺傳變化參與了癌變的過(guò)程。

另有研究表明，將OSKM/Per2Luc敲入小鼠體內(nèi)進(jìn)行重編程，并通過(guò)熒光素酶標(biāo)記的Per2觀察節(jié)律結(jié)果顯示，在OSKM敲入前，未觀察到腎臟形態(tài)學(xué)、結(jié)構(gòu)和Per2Luc節(jié)律的明顯異常；然而，OSKM敲入后，腎臟明顯變大，Per2Luc的節(jié)律性消失，并形成由未分化細(xì)胞組成的腎母細(xì)胞樣腫瘤。說(shuō)明脫分化后，不僅可能會(huì)誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生，并且會(huì)破壞細(xì)胞原本的近日節(jié)律[31]。

另外，腫瘤細(xì)胞的侵襲性特征（如浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移）往往與癌細(xì)胞的分化減少有關(guān)[23]。鑒于細(xì)胞分化在癌癥中的作用，研究者提出了分化治療的概念，即通過(guò)激素或細(xì)胞因子在體內(nèi)促進(jìn)癌細(xì)胞分化，從而不可逆地改變癌細(xì)胞的表型[32]。

2.3 近日節(jié)律與新陳代謝有關(guān)

生物鐘控制著機(jī)體的絕大多數(shù)代謝過(guò)程，包括糖酵解、脂肪生成、氨基酸代謝等。代謝組學(xué)或脂質(zhì)組學(xué)的非靶向質(zhì)譜鑒定結(jié)果顯示，30-60%的脂類(lèi)、氨基酸、核苷酸、碳水化合物和輔助因子/輔酶都具有節(jié)律性[33,34]。肝臟中的生物鐘還通過(guò)晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄抑制因子REV-ERBα和哺乳動(dòng)物組蛋白去乙?；竤irtuin 6（SIRT6）來(lái)調(diào)控脂肪酸、膽固醇和膽汁的合成[35]。此外，在小鼠和人類(lèi)胰島中，生物鐘通過(guò)調(diào)節(jié)與分泌機(jī)制有關(guān)的基因表達(dá)和胰島素釋放的信號(hào)因子，可以直接調(diào)節(jié)胰島素分泌的節(jié)律[36,37]。胰腺中clock條件敲除也會(huì)導(dǎo)致葡萄糖耐受不良和糖尿病[27]。此外，破壞小鼠的近日節(jié)律，會(huì)導(dǎo)致肝臟膽固醇和膽汁酸水平異常，誘發(fā)小鼠非酒精性脂肪性肝病, 最終導(dǎo)致肝癌[38]。

代謝節(jié)律破壞會(huì)誘發(fā)腫瘤，腫瘤又是否會(huì)改變體內(nèi)代謝的節(jié)律呢？一項(xiàng)在肺腺癌中的研究表明，肺腺癌對(duì)肝臟代謝進(jìn)行了遠(yuǎn)端重編程，破壞了宿主原有的代謝晝夜節(jié)律，并引起脂質(zhì)代謝及胰島素/葡萄糖代謝信號(hào)的改變[39]。三陰性乳腺癌小鼠模型中，在肝臟遠(yuǎn)端觀察到晝夜節(jié)律基因表達(dá)的重編程，導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加[40]。腫瘤細(xì)胞對(duì)代謝節(jié)律進(jìn)行重編程，可以獲得更多的能量支持新陳代謝并促進(jìn)轉(zhuǎn)移。腫瘤的轉(zhuǎn)移過(guò)程需通過(guò)侵襲、循環(huán)腫瘤細(xì)胞、微觀定植、宏觀轉(zhuǎn)移四個(gè)步驟，通過(guò)代謝重編程可以使轉(zhuǎn)移更順利[5]。腫瘤對(duì)代謝的重編程靈活且異質(zhì)，難以尋找固定的治療靶點(diǎn)，大大提高了治療的難度。而近日節(jié)律在腫瘤對(duì)代謝重編程的過(guò)程中有較高的參與性，有可能成為阻斷這一過(guò)程的關(guān)鍵。

3 近日節(jié)律在癌癥治療中的應(yīng)用——時(shí)間療法

時(shí)間療法是指在晝夜節(jié)律的適當(dāng)階段給藥，以達(dá)到最佳療效。早在1985年，Hrushesky等就已經(jīng)在Science上發(fā)表了時(shí)間療法在癌癥治療中的應(yīng)用成果，該研究在31名晚期卵巢癌患者8個(gè)月的療程中，通過(guò)比較阿霉素和順鉑這兩種抗癌藥物在不同時(shí)間給藥的療效，提出應(yīng)根據(jù)晝夜節(jié)律選擇合適的給藥時(shí)間。但在當(dāng)時(shí)，核心生物鐘的分子機(jī)制都尚未研究清楚，時(shí)間療法主要是建立在臨床經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上[41]。隨著科學(xué)家們對(duì)近日節(jié)律的研究逐漸深入，時(shí)間療法也在不斷完善和改進(jìn)，力求以最小化的毒副作用達(dá)到最大化的抗腫瘤效果，提高生存率。

時(shí)間療法已被應(yīng)用在哮喘、高血壓和心血管疾病的治療中，但其在癌癥治療中的應(yīng)用目前有一定的爭(zhēng)議性：有研究表明時(shí)間療法對(duì)卵巢癌、膀胱癌、腎癌等的療效有明顯改善[42,43]，但也有研究認(rèn)為“時(shí)間療法對(duì)整個(gè)研究人群沒(méi)有益處”，甚至與傳統(tǒng)治療組相比，接受時(shí)間療法的婦女死亡率增加了38%[44]。這一發(fā)現(xiàn)提示我們，定時(shí)給藥并非一定有益，對(duì)某些特定人群甚至有害。由于時(shí)間療法在癌癥治療中的經(jīng)驗(yàn)性應(yīng)用一致性較差，對(duì)癌癥的治療不具有廣泛的益處，因此需要更多的機(jī)制研究來(lái)支持，才能協(xié)調(diào)特定藥物靶點(diǎn)、藥物代謝以及藥物毒性，以便更準(zhǔn)確地用于癌癥的治療。

4 總結(jié)與展望

二十一世紀(jì)以來(lái)，近日節(jié)律在癌癥中作用的分子機(jī)制研究已有較大的進(jìn)展，研究者們也嘗試?yán)蒙镧妬?lái)指導(dǎo)癌癥的預(yù)防和治療。但近日節(jié)律和癌癥之間的關(guān)系仍然非常復(fù)雜，其中依然存在很多未能解釋的機(jī)制，時(shí)間療法的合理性也需要更多的理論和臨床依據(jù)，利用近日節(jié)律治療癌癥的潛力有待更多研究者發(fā)現(xiàn)。