昼夜节律行为与遗传结构：限时进食时间、睡眠时长以及CLOCK基因变异与代谢风险的独立关联与交互作用

《Sleep Medicine》：Circadian behaviors and genetic architecture: independent and interactive associations of time-restricted eating window, sleep duration, and CLOCK variants with metabolic risk

　　

Danyel Chermon|Ori Busi|Shay Haikin|Ruth Birk

以色列阿里尔大学健康科学学院营养系

摘要

生物节律调控睡眠、新陈代谢和激素分泌，其紊乱与代谢性疾病风险增加有关。CLOCK基因变异可能通过影响睡眠时长等行为而与疾病易感性相关。我们对12,092名成年人进行了横断面分析，研究习惯性睡眠时长、限时进食时间以及常见的CLOCK单核苷酸多态性rs1801260和rs3749474与代谢性疾病之间的关联。遗传、人口统计学和生活方式数据通过逻辑回归分析，同时调整了年龄、性别、身体活动量和BMI等因素。睡眠时长（＜6小时 vs. ≥6小时）和限时进食时间（≤8小时/天）由受试者自我报告。限时进食时间≤8小时/天与肥胖（BMI≥30）（OR=0.88，95%CI：0.75–0.90，p=2×10^?5）、病态肥胖（BMI≥40）（OR=0.81，95%CI：0.67–0.97，p=0.02）、2型糖尿病（OR=0.81，95%CI：0.67–0.99，p=0.03）以及高血压（OR=0.84，95%CI：0.75–0.95，p=0.004）的风险降低显著相关。睡眠时长与肥胖相关结果呈U形关联，6–8小时的睡眠时长对应的风险较低，而更长的睡眠时长则无相应风险降低效应。研究还发现基因与睡眠之间存在显著交互作用：在CLOCK rs1801260 GG基因携带者中，睡眠＜6小时相比≥6小时，患糖尿病前期的风险更高（OR=2.11，95%CI：1.39–3.18，p=0.0004）。在CLOCK rs3749474 TT基因携带者中，睡眠＜6小时相比≥6小时，患2型糖尿病（OR=1.70，95%CI：1.22–2.37，p=0.004）和病态肥胖（OR=1.81，95%CI：1.34–2.44，p=9×10^?5）的风险更高。总之，CLOCK基因变异与睡眠不足之间的交互作用与代谢疾病结果相关。这些发现表明，在不同CLOCK基因型群体中，睡眠时长可能与代谢风险分层有关；不过仍需前瞻性研究来验证这些关联。

引言

生物节律是内在的、大约24小时的周期性变化，可调控多种生理过程，如睡眠-觉醒周期、激素分泌、能量代谢和免疫功能[1,2]。这些节律由下丘脑视交叉上核中的中央时钟机制调控，该机制能根据环境信号，尤其是光暗周期，同步外周组织的生物钟。除了约24小时的日常生物节律外，还存在各种不同的生物节律，包括持续时间短于24小时的超日节律和长于24小时的次日节律及年度节律，这些节律在健康人群中通常与日常生物节律相互关联[3,4]。生物节律的调控既受环境因素影响，也受遗传因素影响。现代工作模式如轮班工作、夜间接触人工光源以及不规律的睡眠或进食时间等行为，都会扰乱生物节律，进而引发代谢性疾病、心血管疾病和情绪障碍等病理变化[5]。国际癌症研究机构已将生物节律紊乱列为可能的致癌因素[[6], [7], [8]]。从遗传学角度看，CLOCK、BMAL1、PER、CRY等基因相互作用，共同调控生物节律相关的细胞和生理过程。PER、CRY和CLOCK等核心生物节律基因的功能异常与2型糖尿病、肥胖以及乳腺癌、结直肠癌和前列腺癌等疾病的发病风险增加有关[7,[9], [10], [11], [12]]。遗传因素和环境因素共同决定了个体在生物节律类型上的差异，包括睡眠-觉醒时间的偏好以及行为节律，如晨型或夜型人格[13]。内部生物节律时间与外部需求不一致的现象被称为“社会时差”，越来越多的研究表明它也是导致不良代谢结果的诱因之一[14]。例如，最近有研究指出，控制进食-禁食周期的节律是影响代谢健康的关键可调节因素。间歇性禁食，尤其是每日进食时间控制在8–10小时以内的限时进食方式，已在多项临床和观察性研究中被证明能够降低体脂含量、提高胰岛素敏感性，并降低心血管代谢风险[[15], [16], [17]]。生物节律基因的遗传变异可能会使个体更容易出现不良代谢状况，但保持充足睡眠时间和限制进食时间等行为干预措施可有效降低这种风险[18,19]。在分子层面，生物节律通过涉及CLOCK、BMAL1、PER1–3和CRY1/2等核心时钟基因的转录-翻译反馈循环来维持和调控。这些基因可调控与葡萄糖代谢、脂质合成和脂肪生成相关的下游靶基因的节律性表达[[20], [21], [22]]。CLOCK基因编码的一种转录因子可与BMAL1形成异二聚体，从而启动其他时钟基因的转录[23]。在众多研究的CLOCK基因多态性中，rs1801260（A＞G）位于3′-非翻译区，与夜间活跃的生物节律行为、较短的睡眠时长、食欲增加、情绪化进食以及肥胖有关，尤其是在地中海地区的人群中。另一种多态性rs3749474（C＞T）也属于3′-非翻译区变异，与较高的BMI、更高的能量摄入以及2型糖尿病和腹部肥胖的更高风险相关[[24], [25], [26], [27], [28]]。睡眠与皮质醇和胰岛素的生物节律调控密切相关，这两种激素均存在昼夜节律[29,30]。长期睡眠不足或睡眠时间不规律会导致皮质醇水平持续升高，进而降低葡萄糖耐量、增加体脂含量，并提升心血管代谢风险，尤其在具有遗传易感性的个体中更为明显[19]。

生物节律类型方面的个体差异，包括睡眠-觉醒时间的偏好和行为节律，以及它们与遗传因素相互作用对健康结果的影响，仍是相对较新的研究领域[31,32]。由于这一领域尚属新兴，目前缺乏来自不同人群的大规模队列研究。此外，不同人群的睡眠-觉醒时间偏好和行为节律也存在显著差异。例如，跨文化研究显示，不同国家的平均睡眠时长可相差1.5小时，而那些睡眠时长符合当地文化规范的人往往健康状况更好，这表明“健康”的睡眠标准并非固定不变，而是受社会和环境因素影响的[33]。另外，限时进食和睡眠-觉醒时间行为通常在肥胖和血糖指标等代谢相关疾病的背景下进行研究，而在病态肥胖和高血压等长期代谢异常状况下的相关研究则相对较少。

鉴于人们对基因-环境相互作用的兴趣日益浓厚，尤其是在生物节律生物学领域，本研究旨在探讨常见的CLOCK基因变异rs1801260和rs3749474与肥胖、糖尿病前期、高血压和2型糖尿病等多种代谢疾病结果之间的关联，并评估在以色列大规模人群队列中，这些关联是否与习惯性睡眠时长和限时进食时间存在交互作用。

章节节选

研究对象

这项横断面研究共纳入12,092名成年参与者（68.6%为女性，平均年龄57.2±14.5岁）。研究数据来源于以色列的注册数据库（编号#700068969）。所有参与者均签署了知情同意书，允许使用其匿名化的遗传和生活方式数据。该研究已获得阿里尔大学伦理委员会的批准（编号#AU-HEA-RB-20220214）。18岁以下、患有遗传性疾病，或缺失人体测量数据、行为数据及遗传数据的个体未被纳入研究。

研究对象特征

共有12,092名18岁及以上的成年人参与了此项分析。他们的平均年龄为57.2±14.5岁，其中68.6%为女性。平均BMI为31.5±6.4kg/m²，55.9%的人被归类为肥胖（BMI≥30），7.5%的人被归类为病态肥胖（BMI≥40）。糖尿病前期和2型糖尿病的患病率分别为18.8%和7.7%。平均睡眠时长为6.3±1.0小时。更多的临床和人口统计学特征详见表1。

间歇性禁食与代谢结果

间歇性禁食指的是限时进食时间≤8小时/天，这一概念在研究中有所体现。

讨论

在这项横断面研究中，在大规模人群队列中，与生物节律相一致的生活方式，尤其是限时进食时间≤8小时/天的间歇性禁食以及习惯性睡眠时长，与多种代谢疾病结果存在关联。那些每日进食时间≤8小时的参与者，患肥胖（OR=0.88）、病态肥胖（OR=0.81）、2型糖尿病（OR=0.81）和高血压的风险显著降低，这说明较短的每日进食时间有助于改善代谢状况。

结论

CLOCK基因多态性rs1801260和rs3749474与糖尿病前期、2型糖尿病和病态肥胖之间的关联可能因睡眠时长不同而有所差异。这些发现表明，在具有遗传易感性的个体中，考虑生物节律相关因素可能具有重要意义，不过在将其应用于临床之前，还需开展更多前瞻性和干预性研究。

伦理审批与参与同意

该研究已获得阿里尔大学伦理委员会的批准（编号AU-HEA-RB-20220214）。所有参与者均签署了知情同意书，同意参与此项研究。

数据可用性声明

由于隐私限制，本研究的相关数据无法公开获取。

CRediT作者贡献说明

Danyel Chermon：概念设计、数据整理、正式分析、研究实施、方法设计、资源获取、软件应用、结果验证、可视化处理、初稿撰写、修订润色。Ori Busi：研究实施、可视化处理、初稿撰写。Shay Haikin：研究实施、可视化处理、初稿撰写。Ruth Birk：概念设计、数据整理、正式分析、资金筹集、研究实施、方法设计、资源获取、软件应用、研究监督、结果验证。

利益冲突声明

Danyel Chermon、Ori Busi和Shay Haikin：无利益冲突。Ruth Birk是MyGenes公司的科学顾问。

致谢

资金说明：本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织提供的资助。