作者：崔勇，皖南医学院弋矶山医院口腔颌面外科；赵佳佳，华中科技大学同济医学院附属协和医院口腔医学中心

生物节律性是包括人在内的生物为了适应地球自转而进化形成的一种内源性生物钟，其目的是使生物适应规律性昼夜变化的地球环境。哺乳动物的生物节律性的核心机制是多种生物钟核心基因表达并调控机体细胞生物化学反应产生昼夜节律振荡。

目前，多种核心基因被发现并证实调控哺乳动物生物节律性，主要包括脑肌肉ARNT样基因（brain muscle ARNT-like 1，Bmal1），时钟基因（circadian locomotor output cycles kaput，Clock），节律基因1-3（period，Per1-3），隐花色素基因1，2（cryptochromes，Cry1，2），酪蛋白激酶1e基因（casein kinase1e，CK1e），无时限基因（timeless，Tim），维甲酸相关孤儿受体a基因（retinoic acid-related orphan receptor alpha，Ror-a）以及Nr1d1基因（Reverba）等。

生物控制基因（clock-controlled genes，CCGs）不仅参与调控体温、心率、血压、激素分泌和细胞新陈代谢等机体重要生理过程，并调控机体近10%基因的表达。虽然不同哺乳动物的生物节律性表现千差万别，其基本机制均为“转录-翻译负反馈自动调节环”（negative transcription-translation feedback loops，TTFLs）。

正常生理状态下，由Per/Cry-Clock/Bmal1-Rev-Erb/Ror构成的自我调节闭环会在约24小时左右完成一个循环周期。当机体受熬夜、时差等环境因素影响时，就会造成生物节律性紊乱。长期生物节律性紊乱会引起多种生理及心理疾病。1996年的一份研究报告首次指出，长期轮班制的工人肿瘤发病率显著高于普通群体。随后，生物节律紊乱会导致机体代谢及胃肠道疾病的发生被证实。

近20年，生物节律性对疾病发生的影响已成为生命科学领域的研究热点之一。近年来，口腔健康对机体健康和生活质量的影响受到世界卫生组织和学者的广泛关注，而生物节律性在口腔健康中重要作用的相关研究方兴未艾。目前已有研究表明，生物节律紊乱与某些口腔相关疾病的发生发展存在较为密切的关系，包括:口腔肿瘤，颌骨及牙齿发育异常，口腔感染与炎症等。本文就生物节律性调控口腔疾病发生发展的分子机制及临床应用的最新进展进行综述，旨在强调生物节律性及相关生物钟控制基因在口腔疾病发生、发展、监控及治疗中的关键作用。

1.生物节律性在口腔医学研究中的最新进展

1.1生物节律性与口腔肿瘤

肿瘤细胞本质上是一类增殖异常的细胞群，目前研究表明，除了遗传易感性之外，口腔微生物、生物节律失调等也与口腔肿瘤的发生密切相关，且多种肿瘤相关基因如c-Myc，p53，p21等的表达均存在显著的生物节律性。CCGs主要参与修复DNA损伤，肿瘤增殖和细胞凋亡等细胞生理过程。

目前已证实，昼夜节律紊乱与乳腺癌、肝癌、前列腺癌、子宫内膜癌、结肠癌、非小细胞肺癌等多种癌症的发生、发展、治疗反应及预后密切相关，而不同类型的肿瘤细胞中CCGs的表达谱又有显著的不同。口腔癌约占全身恶性肿瘤的2%。全世界每年约有近30万例新发口腔癌确诊。而口腔肿瘤患者接受治疗后5年存活率仅为55%～60%。

口腔及颌面部肿瘤按照肿瘤部位主要分为涎腺肿瘤、口腔和口咽肿瘤及牙源性肿瘤。其中，鳞状细胞癌占颌面部恶性肿瘤的80%以上，颌面部骨和软骨组织发生的肿瘤也较为常见。CCGs对口腔肿瘤的影响的相关研究中，Per1-3基因家族是较早被证实参与口腔肿瘤的发生和发展的CCGs。Per1-3的缺失可以通过Akt/mTOR通路依赖的方式抑制自噬诱导的凋亡，从而增加口腔肿瘤细胞的增殖并促进其进展。

此外，Per1-3表达水平可显著影响细胞周期相关蛋白和肿瘤相关基因，如CyclinE、CyclinB、CyclinA、p53、c-Myc等的表达。生物钟核心基因Bmal1等基因功能缺乏会导致包括口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）在内的多种口腔及颌面部肿瘤的发生。因此，Bmal1和Per1/2基因目前被认为是肿瘤抑制因子。这两种基因表达的缺乏与肿瘤患者预后较差相关。此外，其他CCGs也在口腔肿瘤中发挥着重要的作用，研究证实昼夜节律紊乱会导致癌前基因Pfkfb3的异常表达，从而促进了正常细胞向肿瘤细胞的分化。

除OSCC之外，唾液腺肿瘤（salivary gland caners，SGC）也是口腔及颌面部肿瘤的常见类型之一。虽然SGC并没有显著的分子水平特征，但SGC患者唾液腺的浆液腺泡和导管细胞中CCGs的转录和蛋白表达水平相比与正常组织均有显著差异。但总体来说，异常的生物钟基因表达与包括口腔及颌面部肿瘤在内的头颈部恶性肿瘤之间的直接联系在很大程度上仍然未知。

1.2生物节律性与颌骨生长发育

骨骼高度坚硬，具有结构支撑、运动和保护重要器官等重要功能。同时，骨骼有包括扁平、长形、和弯曲等多种形状，这是由其不同功能决定的。此外，骨骼是钙、磷等矿物质的重要储存库，可调节矿物质体内平衡。CCGs在软骨形成、骨矿物沉积和骨形成等生理过程中广泛表达。因此，生物节律性相关通路及CCGs可以调节包括软骨、成骨和破骨细胞在内的多种细胞的生理过程。

已有研究证实，骨和软骨发育，尤其是上颌骨复合体发育均存在节律性。生物钟紊乱会影响包括骨骼系统在内的多种人体器官及系统的发育不良。目前已经被证实的参与骨发育的CCGs包括Bmal1，Per，Cry，Erv-erb，Ror等。其中，Bmal1被认为是关键基因。在骨骼系统中，基因Bmal1可调节骨和软骨稳态，维持其结构完整性，Bmal1表达异常可诱发关节软骨发育及骨关节炎样损伤。

已有研究证实，Bmal1可以影响如Runx2、Sox9，Wnt信号通路、Bmp信号通路和Hedgehog信号通路等许多牙齿及颌面部发育至关重要的蛋白及相关信号通路。例如，颌骨发育不全（skeletal mandibular hypoplasia，SMH）是最常见的颅面畸形之一，严重影响外观、咀嚼、发音和呼吸。此外，严重的SMH易诱发阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）的发生。Bmal1基因通过与基质金属蛋白酶（matrix metallopeptidase 3，MMP3）结合，在下颌发育过程中起着重要的调控作用。

Bmal1缺乏会导致骨保护素基因Opg的表达量减低，进而导致下颌发育不全的发生。这些研究结果可为青少年不良生活习惯纠正的必要性提供参考。目前，其他CCGs参与包括颌骨生长发育的颅面发育的分子机制尚未完全阐明。Ohnishi等在2013年证实肌醇是调控颌面发育及脑部功能的重要物质，而编码肌醇的重要基因Impa的表达具有显著的生物节律性。然而，其具体的分子机制尚未被明确阐明。因此，CCGs及生物节律性相关通路参与颅面发育的机制还有待深入的研究。

1.3生物节律性与炎症

炎症是一种由各种细胞和化学反应引起的以组织损伤为主要特征的病理过程。主要表现为组织或器官的发红、疼痛、发热、肿胀甚至功能丧失。巨噬细胞，自然杀伤细胞，T淋巴细胞，肥大细胞，嗜酸性粒细胞等多种细胞参与炎症的发生。而多项研究已经证实，炎症相关细胞具有自主节律，并表现为明显的日节律性。而全身和局部的促炎因子以及炎症标志物，在一天中也显示出显著的时间差异。

另一方面，生物节律性与炎症信号通路作用是相互的。生物钟会影响炎症反应，炎症信号分子也会对生物钟产生影响。昼夜节律紊乱会直接引起炎症响应，进而导致免疫系统紊乱。例如，类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）的临床表现存在明显的昼夜变化，而RA患者的循环白细胞介素-6（interleukin-6，Il-6）浓度也在一天中随着时间的变化表现出规律性波动。而Il-6的表达会进一步对生物钟相关通路产生反馈作用。

与此同时，机体免疫系统对细菌感染的响应也受昼夜节律性的调控。目前已经证实，Bmal1/Clock是调控炎症发生的最重要的CCGs之一，尤其是Bmal1基因在机体免疫响应和炎症相关疾病中具有至关重要的作用。这是因为以Bmal1/Clock为代表的经典昼夜节律可调控NF-κB信号通路的激活。具体表现为在细菌感染过程中，Toll样受体（Toll-like receptor，TLRs）-NF-κB信号转导轴被激活，进而抑制Bmal1的转录。

Bmal1的下调触发了Clock的释放，使p65磷酸化，NF-κB信号随之增强，从而进一步促进炎症反应。而在口腔相关疾病中，口腔相关条件致病菌也可能会导致多种全身系统感染。这种感染也被证实与Bmal1基因的调控显著相关。研究发现口腔链球菌感染中，下调Bmal1可破坏肝细胞中的凝血因子VII和XII的正常表达，并可能诱发机体血毒症微血栓的形成。其他CCGs如Cry缺乏可激活促炎细胞因子的表达，进而使得机体固有免疫系统变得高度敏感；PER蛋白可通过调节Bmal1基因的表达发挥促炎或抗炎作用，而Rev-erbα和Rorα蛋白通常具有抗炎作用。这些研究有助于对口腔条件致病菌感染导致的全身系统疾病提出新的预防及治疗方案。

2.生物节律性在口腔医学临床治疗中的应用

目前，基因治疗已经逐步应用于口腔疾病的治疗中。生物节律相关通路及CCGs参与口腔发育、肿瘤及炎症等多种疾病的发生、发展和预后过程，研究结果为生物节律性相关基因在口腔相关疾病的临床治疗中提供了参考。目前，生物节律性在口腔肿瘤的时辰治疗中的应用相对较为成熟。生物节律紊乱对癌症发生发展有显著的影响，这意味着抗癌时辰治疗可能可以产生最大的治疗效果和最小的副作用。至今，已有至少15种抗肿瘤药物被证实其药效与服用时间存在强相关性。

时辰疗法在包括口腔及颌面部肿瘤的多种头颈部肿瘤的治疗中呈现出良好的效果。大多数肿瘤细胞DNA合成高峰期与正常细胞相反。因此，把握好肿瘤药物服用或放化疗时间，可以最大程度上抑制肿瘤细胞的生长，同时将放化疗药物对正常细胞的杀伤副作用降到最低。研究亦证实，Bmal1基因作为抑癌基因可以增加抗肿瘤药物紫杉醇的敏感性，提高其对舌鳞状细胞癌的治疗效果。

其他抗肿瘤药物如阿霉素，氟尿嘧啶等均被证实在OSCC的治疗中其药效与服用时间存在强相关性。相比于晨间，晚间给OSCC患者服用氟尿嘧啶后，患者出现恶心、呕吐和嗜中性白血球减少症等药物副作用较少，因此生物时辰治疗有可能降低某些化疗药物的副作用的严重程度。此外，根据Pfkfb3基因在包括口腔肿瘤在内的众多癌症组织中都呈现出高表达的研究结果，针对其研发出的小分子抑制剂3PO已被作为单靶点药物进入临床试验。

3PO治疗效果与时间存在强相关性，在细胞同步化后7h这一时间点下应用3PO更有助于抑制肿瘤细胞的增殖，促进细胞凋亡，为时辰治疗在口腔癌治疗中的应用提供了理论依据。其次，在炎症疾病的治疗中，时辰疗法也显示出良好的前景。现代生活方式导致的昼夜节律紊乱会导致营养不良，这可能会使宿主容易出现代谢紊乱和炎症。因此，定期喂养或益生菌治疗可作为预防措施。此外，口腔致病菌导致的全身系统疾病与生物节律性相关基因调控存在强相关性，提示抗生素治疗的最佳每日时间表可使副作用最小化，药物有效性最大化。但总体上来说，时辰治疗在口腔相关疾病中的应用尚处于起步阶段，仍需要更多的临床试验予以证实。

3.总结与展望

随着研究的不断深入，生物节律性及相关CCGs对口腔疾病发生、发展、监控及治疗具有关键的作用。时辰治疗在口腔发育、肿瘤及多种炎症疾病的治疗中也显示出了优势及良好的应用前景。然而，每种CCGs在这些口腔疾病中的具体调节机制及相关信号通路尚未完全阐明，仍需要更深入的研究。时辰疗法在各种口腔相关疾病中的应用方式也需要更多的临床试验予以证实与验证。

来源：崔勇,赵佳佳.生物节律性在口腔医学研究中的最新进展及临床应用[J].临床口腔医学杂志,2022,38(09):567-570.

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