昼夜节律与MAPK信号通路在缺血性卒中中的研究进展总结2026

昼夜节律与MAPK信号通路在缺血性卒中中的研究进展总结20261990~2021年的全球疾病负担研究数据显示，缺血性卒中(ischemicstroke，IS)每年导致约590万人死亡及1.02亿残疾调整寿命年丧失[1]。目前，静脉溶栓和机械取栓是临床公认用于恢复IS患者脑部血流的主要治疗方法。然而，血流再通后继发的脑缺血再灌注损伤(cerebralischemiareperfusioninjury，CIRI)会进一步加重脑组织病理损伤，显著影响患者预后[2]。因此，深入阐明IS的病理机制、探寻安全有效的干预靶点与治疗策略，具有重要的临床意义。昼夜节律是指生物体内源性、接近24h的生物振荡。哺乳动物的昼夜节律系统由下丘脑视交叉上核(suprachiasmaticnucleus，SCN)的中枢振荡器和遍布全身各器官(如心脏和肾脏等)的周围振荡器组成[3]。其中，松果体作为SCN的关键神经内分泌效应器官，通过节律性分泌褪黑素将中枢节律信号转化为体液信号，以协调外周振荡器的同步运行[4]。流行病学数据显示，IS发病具有明显的昼夜分布差异：37.0%~47.8%的IS患者发病集中在6:00~12:00间，这一现象与SCN主导的昼夜节律调控网络密切相关[5-6]。然而，昼夜节律影响IS发生发展的具体分子与细胞机制目前仍未完全阐明。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase，MAPK)信号通路广泛存在于真核生物中，能接受多种细胞外信号并将其转化为细胞内生物学效应[7]。现有研究已证实，MAPK信号通路在IS病理进程中发挥关键作用，且MAPK信号通路与昼夜节律之间存在密切的相互作用[8]。基于此，本文重点综述IS中昼夜节律和MAPK信号通路的研究进展，探讨昼夜节律-MAPK信号通路相互作用的潜在病理意义，以期为IS机制探究及靶向防治提供新思路。一、昼夜节律(一)昼夜节律的分子机制昼夜节律的分子机制离不开生物钟正向调控因子(circadianlocomotoroutputcycleskaput，CLOCK)、脑肌肉芳香烃受体核转运样蛋白1(brainandmusclearnt-like1，BMAL1)、周期昼夜节律调节器(periodcircadianproteinhomolog，PER)和隐花色素(cryptochrome，CRY)四大核心生物时钟基因所构成并调控的转录－翻译负反馈环路(transcription-translationfeedbackloop，TTFL)[9]。在该环路中，转录激活因子CLOCK与BMAL1形成CLOCK-BMAL1异二聚体，启动核心时钟基因PER和CRY的转录表达和蛋白翻译；随着PER和CRY蛋白在细胞质中逐渐累积并进入细胞核，二者结合形成抑制性复合物，反向抑制CLOCK-BMAL1的转录活性，从而下调自身基因的表达[10]。当PER和CRY蛋白通过泛素－蛋白酶体途径被降解后，转录效应随之解除，CLOCK-BMAL1重新激活新一轮转录循环，形成约24h的生理性节律振荡周期[11]。除主要反馈环路外，核心时钟基因网络还存在一个次级负反馈环路。该环路主要由维A酸相关孤儿受体(retinoid-relatedorphanreceptor，ROR)(含α、β、γ亚型)和核受体REV-ERB(含α、β亚型)家族介导，二者可通过与CLOCK、神经元PAS结构域蛋白2(neuronalPASdomainprotein2，NPAS2)和BMAL1基因启动子区的顺式作用元件结合，发挥拮抗调控作用，且其调控核心聚焦于BMAL1基因启动子区的维A酸相关孤儿受体响应元件(RORresponseelement，RORE)。ROR和REV-ERB通过竞争性结合RORE实现对BMAL1转录的差异性调控，其中ROR作为转录激活因子促进BMAL1表达，而REV-ERB作为转录抑制因子抑制BMAL1转录，共同构成稳定时钟基因网络的次级调节环路[12]。(二)昼夜节律与IS已有研究证实，昼夜节律能够影响IS患者脑损伤程度及其预后。一项大规模回顾性队列研究发现，与白天发病的IS患者相比，夜间发病的IS患者缺血核心体积更大，侧支循环代偿水平更差[13]。一项系统综述亦提示，昼夜节律紊乱可直接影响IS患者梗死病灶范围与神经功能预后[14]。这一现象在动物实验中也得到了验证。Ramsey等[15]通过构建环境昼夜节律紊乱(environmentalcircadiandisruption，ECD)小鼠模型，比较不同光照扰乱模式对IS预后的影响，发现每周经历“相位前移”(模拟反复跨时区倒时差)的小鼠，IS后脑梗死体积显著增大。Zhang等[16]进一步发现，在ECD大鼠IS模型中，昼夜节律紊乱可抑制脑血管新生能力，该效应与BMAL1调控血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)-Notch信号通路活性相关。上述研究提示，维持或调控昼夜节律有望减轻缺血性脑损伤，改善IS预后。二、MAPK信号通路(一)MAPK信号通路级联激活机制MAPK信号通路依赖经典的三级激酶级联反应：上游的丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(mitogen-activatedproteinkinasekinasekinase，MAPKKK)接收来自细胞表面受体或细胞内应激信号后被激活，发生磷酸化并激活下游丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activatedproteinkinasekinase，MAPKK)，MAPKK再对MAPK激活环上T-X-Y基序的苏氨酸和酪氨酸残基进行双磷酸化修饰，激活MAPK[17-18]。这种级联激活机制受到多阶段精密调控：上游配体－受体复合物通过激活不同的鸟苷三磷酸(guanosinetriphosphate，GTP)酶，特异性结合并激活相应的MAPKKK家族成员，激酶之间通过对接基序，以非催化性结合的方式进行识别[18]。此外，支架蛋白可通过招募信号分子形成复合物，调控MAPK信号通路的时空特异性转导[19]。(二)MAPK信号通路的主要成员1.

细胞外信号调节激酶1/2：细胞外信号调节激酶(extracellularsignal-regulatedkinase，ERK)1/2是MAPK家族经典核心成员，为Ras信号级联的主要调控者，可通过磷酸化胞质和胞核内多种底物参与调控细胞迁移、增殖及分化等过程[20]。ERK1/2的激活依赖于上游MEK1/2磷酸化修饰其T-E-Y基序中的苏氨酸和酪氨酸残基。为防止ERK1/2的自发异常激活，位于αC-螺旋的保守精氨酸残基(R84/65)可发挥“门闩”作用[21]。此外，ERK1第271位半胱氨酸(C271)和ERK2第254位半胱氨酸(C254)发生可逆性S-酰基化修饰，与磷酸化修饰协同调控其功能活性[22]。2.c-Jun氨基末端激酶：c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminalkinase，JNK)是细胞应激反应的核心调控者，其激活主要依赖于上游MAPKK4和MAPKK7磷酸化修饰其T-P-Y基序；激活后的JNK通过磷酸化c-Jun等下游转录因子，广泛参与细胞凋亡、自噬等过程[23]。3.p38MAPK：p38MAPK是机体炎症反应的重要调控因子，其激活环含有T-G-Y基序；上游MAPKK3和MAPKK6通过磷酸化修饰该基序的苏氨酸和酪氨酸残基，实现对p38的活化调控[24]。p38各亚型存在显著功能分化，甚至呈现截然相反的生物学效应，如p38α主要发挥促炎作用，而p38β表现出细胞保护特性[25]。(三)MAPK信号通路与ISMAPK信号通路是IS中连接应激信号与细胞应答的核心枢纽。ERK1/2、JNK和p38MAPK在脑缺血时被快速激活，其调控作用呈现显著的双重性。适度的MAPK信号通路激活通常介导神经保护作用。在脑缺血预适应研究中发现，海马CA1区磷酸化p38MAPK与谷氨酸转运体-1(glutamatetransporter-1，GLT-1)的表达水平升高，而当使用p38抑制剂SB203580阻断其活性后，GLT-1表达显著下降，脑缺血耐受效应随之消失[26]。在短暂性大脑中动脉闭塞(tMCAO)大鼠模型中，左旋冰片通过激活p38MAPK信号通路，抑制炎症反应和细胞凋亡，减轻脑损伤[27]。而持续异常激活的MAPK信号通路可显著加重脑损伤。当CIRI发生时，ERK1/2持续过度激活可通过上调组蛋白去乙酰化酶9(histonedeacetylase9，HDAC9)促进炎症反应，加剧血脑屏障(blood-brainbarrier，BBB)破坏[28]。JNK和p38的异常激活则驱动小胶质细胞极化、促炎因子释放及神经元凋亡[29]。上述证据表明，MAPK信号通路的激活时程与强度，共同决定了其在IS中的保护或损伤效应。三、昼夜节律与MAPK信号通路的相互作用昼夜节律与MAPK信号通路之间存在双向的调控关系(图1)。(一)MAPK信号通路对昼夜节律的调控MAPK信号通路对昼夜节律具有重要调控作用，主要通过磷酸化修饰生物钟核心蛋白参与节律振荡。CRY1是CRY蛋白家族中的关键成员。Czarna等[30]发现MAPK可通过磷酸化修饰CRY1蛋白的丝氨酸第247位点，削弱CRY1对CLOCK-BMAL1的转录抑制活性。JNK通路亦可通过磷酸化CLOCK-BMAL1调控核心生物钟周期：JNK1/2对BMAL1的磷酸化修饰可调控昼夜节律周期，而JNK特异性抑制剂SP600125可明显延长细胞和动物行为节律周期[31]。此外，MAPKK7-JNK信号轴可诱导PER2蛋白磷酸化，并抑制酪蛋白激酶1ε(caseinkinase1ε，CK1ε)介导的PER2降解，从而维持PER2蛋白稳态并参与昼夜节律调控[32]。同时，MAPK信号通路还是光信号调控昼夜节律的关键转导节点。在哺乳动物中，SCN通过视网膜下丘脑束接收内在光敏性视网膜神经节细胞释放的谷氨酸，进而激活ERK/MAPK级联反应，将光信号转化为时钟相位信号[33]。ERK1/2作为光信号的关键分子，夜间特定时间的短暂激活有助于环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(cAMP-responseelementbindingprotein，CREB)调节PER1/PER2的正常光同步；而ERK1/2过度激活会导致PER基因表达时序紊乱，干扰CLOCK、BMAL1和CRY蛋白的稳态，最终破坏TTFL的稳定性[34]。(二)昼夜节律对MAPK信号通路的调控在哺乳动物核心生物钟中，MAPK家族成员的活性均呈现出显著的昼夜节律性。Obrietan等[35]最早发现，大鼠SCN中ERK1/2的磷酸化水平存在明显的昼夜波动，仅在夜间短期光照才能显著激活ERK信号级联反应，表明光信号对ERK的激活具有严格的时间窗口限制。Pizzio等[36]进一步发现ERK、JNK、p38MAPK在光照－黑暗循环及持续黑暗条件下均呈节律性磷酸化状态。丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶(mitogen-activatedproteinkinasephosphatase，MKP)是调控MAPK活性的负性调控因子，其自身表达亦受昼夜节律直接调控。研究发现，MKP1基因启动子包含环磷酸腺苷应答元件(CRE)和增强子盒(E-Box)：前者响应光诱导的CREB信号，随后上调MKP1水平；而后者则是昼夜时钟核心调控因子，可与正向调控复合体CLOCK-BMAL1或负向调控因子CRY1相结合，影响MKP1时钟依赖的昼夜周期性变化[37]。此外，核心时钟蛋白BMAL1本身也可直接或间接影响MAPK家族成员的磷酸化水平。在创伤性脑损伤(TBI)条件下，BMAL1蛋白减少可增强p38MAPK的磷酸化水平[38]。在IS模型中，BMAL1表达的节律性波动也与ERK1/2激酶的活性变化相关联[39]。四、昼夜节律与MAPK信号通路在IS中的作用IS的发生发展具有显著的昼夜节律性，同时MAPK信号通路异常激活可显著加重IS后继发性脑组织损伤。昼夜节律系统与MAPK信号通路的相互作用，可共同参与IS中神经炎症、BBB破坏、氧化应激和线粒体功能障碍等多个核心病理损伤过程，并最终诱导细胞凋亡。(一)昼夜节律与MAPK信号通路在神经炎症中的作用神经炎症是IS的核心病理环节，昼夜节律与MAPK信号通路在神经炎症中扮演关键角色。核心时钟基因BMAL1的缺失可引起小胶质细胞的过度活化，进而加剧大脑炎症反应[40]。中性粒细胞是介导脑缺血性炎症的关键细胞，中性粒细胞特异性BMAL1缺失会使其失去正常的昼夜节律，从而被过度激活，转化为促炎表型[41]。此外，IS后SCN直接受损可导致下丘脑－垂体－肾上腺轴功能亢进，通过上调FKBP脯氨酰异构酶5(FK506-bindingprotein5，FKBP5)间接激活p38MAPK[42]。p38MAPK可激活小胶质细胞向促炎M1表型极化，上调白细胞介素(interleukin，IL)-1β、肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor，TNF)-α等促炎因子水平[43]。p38的持续激活还可与ERK产生协同效应，通过过氧化物还原酶6-非钙依赖型磷脂酶A2-NADPH氧化酶2(PRDX6-iPLA2-NOX2)通路增加活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)产生，进一步放大IS中的神经炎症[44]。(二)昼夜节律与MAPK信号通路在BBB破坏中的作用在IS病理进程中，BBB破坏是导致神经功能缺损的核心事件。其中，BMAL1表达下降是导致BBB破坏的关键分子机制之一[45]。正常生理状态下，BMAL1通过维持周细胞功能稳定和调控紧密连接蛋白(occludin、claudin-5)的节律性表达，共同维持BBB的结构与功能完整性[46]。而在IS中，BMAL1可通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/AKT/mTOR)信号通路发挥血管保护作用，BMAL1下降可导致AKT磷酸化受损、氧化损伤加重[47]。同时，缺血诱导的ERK持续激活，并通过上调基质金属蛋白酶9(matrixmetalloproteinase-9，MMP-9)，加速降解claudin-5、occludin等紧密连接蛋白，进一步延缓BBB修复进程[48]。(三)昼夜节律与MAPK信号通路在氧化应激中的作用核因子红细胞相关因子2(nuclearfactorerythroid2-relatedfactor2，Nrf2)是机体抵御氧化损伤的关键分子，在大脑中动脉闭塞(MCAO)大鼠模型中其表达量显著升高[49]。Nrf2可通过结合靶基因的抗氧化反应元件(ARE)，调控血红素氧合酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)等抗氧化酶的表达。抗氧化防御系统的核心功能受昼夜节律的严密调控，二者形成协同调控网络：在细胞氧糖剥夺/复氧模型中，过表达BMAL1能够上调Nrf2/HO-1通路蛋白水平，进而抑制细胞氧化应激损伤[50]；当IS导致BMAL1表达下降时，Nrf2的节律性抗氧化功能被削弱，机体清除ROS的能力下降，氧化应激水平升高，激活MAPK信号通路[51-52]。而IS后硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interactingprotein，TXNIP)表达上调，通过激活MAPK信号通路抑制Nrf2水平，导致HO-1、SOD等下游抗氧化酶表达下降，加剧IS中的氧化应激[53]。(四)昼夜节律与MAPK信号通路对线粒体功能障碍的调控线粒体功能紊乱是IS的重要病理机制。在脑缺血模型中，Beker等[51]发现BMAL1可调控氧化磷酸化及线粒体代谢通路。Ye等[54]进一步发现，在缺血再灌注损伤中，BMAL1通过去乙酰化酶1(sirtuin1，SIRT1)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(peroxisomeproliferator-activatedreceptorgammacoactivator1-α，PGC-1α)轴调控线粒体生物发生，其表达下调会导致SIRT1活性下降及线粒体功能障碍。IS后BMAL1表达下降可通过多种途径介导线粒体功能障碍：一方面，BMAL1表达下降可直接减弱线粒体相关基因的转录；另一方面，BMAL1表达下降可解除对p38MAPK的抑制，使p38持续磷酸化激活[38]。p38MAPK激活后可促进线粒体ROS的释放及线粒体通透性转换孔的开放，从而诱导IS的线粒体功能障碍与细胞损伤[55]。此外，MCAO大鼠缺血脑区造血细胞激酶(HCK)表达显著上调，能通过激活p38MAPK促进神经元的线粒体损伤[56]。(五)昼夜节律与MAPK信号通路对细胞凋亡的调控细胞凋亡是IS中神经元的主要死亡方式。昼夜节律对细胞凋亡的调控依赖于核心时钟基因BMAL1和REV-ERBα的节律性表达。BMAL1主要发挥抗凋亡作用。在MCAO模型中，电针刺激可显著上调缺血脑区CLOCK、BMAL1蛋白表达，同时上调B淋巴细胞瘤-2蛋白/Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2/Bax)比值，抑制脑组织细胞凋亡，发挥神经保护作用[57]。REV-ERBα主要通过间接途径发挥抗凋亡作用。在IS中，REV-ERBα负向调节NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)炎症小体的活性与炎性因子的释放，从而抑制胱天蛋白酶(caspase)-1介导的线粒体凋亡通路[58]。MAPK信号通路中的JNK和p38是凋亡的关键执行者。MAPKKK家族成员凋亡信号调节激酶1(ASK1)是JNK/p38MAPK的上游激活分子，脑缺血后可被激活参与凋亡通路[59]。JNK是凋亡的核心促发者：一方面，JNK通过磷酸化转录因子c-Jun/激活蛋白-1(AP-1)，上调促凋亡基因的表达；另一方面，JNK通过直接磷酸化抗凋亡蛋白Bcl-2使其失活，促进Bax与Bcl-2同源拮抗蛋白(Bak)寡聚化，启动线粒体凋亡通路[60]。此外，p38MAPK还可通过磷酸化p53增强其稳定性，促进p53入核，上调p53上调凋亡调控因子(PUMA)、Bax等凋亡基因水平[61]。五、IS后昼夜节律紊乱神经机制及MAPK的介导作用IS患者常出现昼夜节律紊乱[14，62]。首个针对IS患者时钟基因表达谱的临床研究发现，与健康对照组相比，IS组清晨7:00褪黑素浓度显著降低、皮质醇浓度显著升高，且REV-ERBα基因在7:00的表达以及PER1基因在12:00的表达均出现显著差异，表明IS可致昼夜节律紊乱[63]。其机制与分子时钟基因表达失调相关。58kDa抑制