综述：昼夜节律与非编码RNA：机制见解、临床影响及个性化医学的未来机遇

《Cancer Cell International》：Circadian rhythms and non-coding RNAs: mechanistic insights, clinical impact, and future opportunities for personalized medicine

　　

昼夜节律是调控睡眠-觉醒周期、代谢、免疫功能及激素分泌等多种生理过程的固有24小时周期性振荡，其分子振荡器由调控反馈环路与核心时钟基因构成。该节律可使生物体预判光暗转换、营养可利用性及温度波动等可预测的环境周期，从而优化能量利用并提升生存适应性。微RNA（microRNA, miRNA）、长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）及环状RNA（circular RNA, circRNA）等非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）可在多个层面调控昼夜节律，通过改变时钟基因的转录发挥关键作用。本综述系统阐述了ncRNA参与昼夜节律调控的研究进展，重点解析了靶向调控时钟基因的特异性miRNA，以及作为支架、海绵或转录调节因子精细调控昼夜振荡的lncRNA。遗传、环境或生活方式因素导致的昼夜节律失调会扰乱ncRNA的表达，并与癌症、心血管疾病、自身免疫性疾病、胃肠功能障碍、神经精神疾病及呼吸系统疾病的发生密切相关。研究人员探讨了循环miRNA作为昼夜节律失调生物标志物的临床应用潜力，以及靶向ncRNA恢复昼夜平衡的治疗策略，同时介绍了精准医学中纳入个体间差异的治疗方案设计新范式。最后，本综述明确了当前研究面临的挑战与未来发展方向，旨在深化ncRNA与昼夜节律互作机制的理解，推动基础研究向临床干预转化，并强调ncRNA既是昼夜节律生物学的重要调控因子，也是人类疾病治疗的潜在靶点。

本论文主体围绕昼夜节律与非编码RNA的调控关系展开系统性论述，各章节内容如下：

分子基础与昼夜振荡的组织架构

昼夜节律是生物体内在的约24小时周期性振荡，广泛存在于从蓝藻到人类的进化历程中，对维持机体稳态具有核心作用。哺乳动物昼夜节律由转录-翻译反馈环路（transcriptional–translational feedback loops, TTFLs）驱动：正调控臂中，昼夜运动输出周期蛋白（Circadian Locomotor Output Cycles Kaput, CLOCK）与脑和肌肉芳香烃受体核转运蛋白样1（Brain and Muscle ARNT-Like 1, BMAL1）形成异二聚体，结合E-box增强子元件启动Period（PER1-3）与Cryptochrome（CRY1-2）等核心时钟基因的转录；负调控臂中，胞质内累积的PER与CRY蛋白经翻译后修饰后转位入核，抑制CLOCK/BMAL1的转录活性，当PER与CRY降解后抑制作用解除，环路重启。辅助调控环路中，核受体REV-ERBα（核受体亚家族1D组成员1，NR1D1）与REV-ERBβ（NR1D2）作为BMAL1的转录抑制因子，视黄酸受体相关孤儿受体α（retinoic acid receptor-related orphan receptor α, RORα）、RORβ与RORγ作为激活因子，共同精细调控BMAL1表达以增强振荡稳健性。乙酰化、泛素化、SUMO化等翻译后修饰，以及染色质重塑、组蛋白修饰等表观遗传机制进一步调控时钟蛋白的稳定性、亚细胞定位与活性。昼夜系统呈层级组织架构：位于下丘脑前视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）的主起搏器通过视网膜下丘脑束接收光信号，同步外周组织（心脏、肝脏、脂肪、肌肉、免疫细胞等）的时钟，外周时钟除受SCN调控外，还可被进食-禁食周期、温度、体力活动等非光信号独立驯化。高通量转录组研究显示，哺乳动物至少半数蛋白编码基因在特定组织中呈现昼夜节律性，编码酶、转运体、受体及结构蛋白，支撑葡萄糖与脂质代谢、外源物解毒、细胞周期进程、DNA修复、激素分泌及神经元活动等日节律，使昼夜系统成为协调细胞与系统功能匹配环境需求的时间调控中枢。

核心机制与转录调控

昼夜时钟的分子核心是保守的TTFLs，CLOCK/BMAL1异二聚体通过结合E-box元件激活PER与CRY转录，PER/CRY蛋白复合物反馈抑制CLOCK/BMAL1活性，形成负反馈环路产生节律振荡。REV-ERB与ROR通过竞争结合RORE元件调控BMAL1表达，平衡振荡的时序与振幅，将时钟与代谢、生理过程偶联。翻译后修饰是决定昼夜周期长度、相位精度、振幅与振荡稳健性的核心因素：酪蛋白激酶1δ（casein kinase 1δ, CK1δ，由CSNK1D编码）与CK1ε（由CSNK1E编码）对PER蛋白进行时序磷酸化修饰，塑造PER/CRY的周转、核转运与周期长度——CK1δ是维持哺乳动物近24小时时钟的主导因子，CK1ε则发挥情境依赖性代偿作用。PER2的磷酸化修饰可作为“磷酸开关”：稳定位点磷酸化延迟PER2降解以维持负反馈所需的时间延迟，磷酸降解基序区域磷酸化则招募泛素依赖的降解机器，二者平衡决定PER2能否有效形成PER/CRY抑制复合物。E3泛素连接酶FBXL3与FBXL21对隐花色素（cryptochrome, CRY）稳定性具有区室特异性的拮抗调控作用，共同与CK1δ/CK1ε介导的磷酸化协同产生稳定的24小时振荡。ncRNA可通过多层机制介入该调控网络：miRNA与lncRNA可改变PER、CRY、BMAL1、CLOCK或激酶相关调控组分的丰度，调控CK1δ/CK1ε的底物可用性；通过调控E3连接酶、去泛素化酶或蛋白酶体活性影响泛素依赖的时钟蛋白周转；lncRNA可作为分子支架组织翻译后修饰、核转运与降解机器，如NRON（非编码NFAT抑制因子）形成的核糖核蛋白复合物可调控PER/CRY的核质穿梭，改变昼夜振幅与周期。此外，增强子关联昼夜lncRNA（如lnc-Crot）可通过标记BMAL1与REV-ERBα结合的调控区域、参与长程增强子-启动子互作，在染色质层面调控振荡稳健性。表观遗传层面，CLOCK兼具组蛋白乙酰转移酶活性，可乙酰化组蛋白H3（如H3K14ac）促进开放染色质状态，NAD⁺依赖的去乙酰化酶SIRT1则抵消该作用，将昼夜调控与细胞代谢状态直接关联；组蛋白甲基转移酶MLL1催化激活型标记H3K4me3，EZH2介导抑制型标记H3K27me3，共同形成染色质可及性的节律模式；SWI/SNF等ATP依赖的染色质重塑复合物可随时间重塑核小体位置，调控转录振幅；DNA甲基化则为昼夜调控提供长期稳定性。ncRNA（包括lncRNA与增强子RNA）可引导染色质修饰因子至时钟基因位点，促进长程调控互作，进一步整合至表观遗传调控网络中。

哺乳动物生理中的器官特异性昼夜调控

外周组织虽具备自主分子时钟，但仍受SCN的层级调控同步，器官特异性昼夜程序调控多元生理过程，其协调性破坏与代谢、心血管、炎症及神经退行性疾病密切相关。SCN作为中枢起搏器，通过神经与激素输出协调睡眠-觉醒、体温、摄食行为、激素分泌及自主神经活动，并调控认知、注意力、记忆巩固与突触可塑性，其信号紊乱与认知损伤、情绪障碍及神经退行性疾病相关。心血管系统的昼夜调控影响心率、血管张力、内皮功能、血压、血栓形成及心肌代谢，心肌梗死与卒中发病率在清晨显著升高，核心时钟基因BMAL1与PER2通过调控内皮完整性、炎症信号、脂质代谢、氧化应激与血管稳态维持心血管健康，节律失调可促进高血压、内皮功能障碍与心血管风险。肝脏是最重要的外周代谢振荡器之一，整合进食-禁食周期，节律性调控糖代谢、脂质合成、胆汁酸稳态、线粒体能量代谢与外源物解毒通路，其时钟基因调控糖酵解、糖异生、脂肪酸代谢与胆固醇合成相关酶的表达，节律紊乱与胰岛素抵抗、肥胖、代谢综合征及脂肪肝进展直接相关。肾脏时钟调控肾小球滤过率、电解质转运、肾小管重吸收、尿液浓缩及血压稳态，节律性调控钠转运体、离子通道与肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin–angiotensin–aldosterone system, RAAS）组分，节律破坏与高血压、慢性肾病及电解质代谢紊乱相关。内分泌系统的皮质醇、褪黑素、生长激素、胰岛素与糖皮质激素等分泌呈昼夜振荡，同步代谢、免疫、应激适应与睡眠-觉醒行为，节律失调可导致激素稳态失衡，诱发代谢、免疫与生殖异常。骨骼肌作为最大的器官之一，其内在时钟调控约2300个基因的节律表达，参与能量代谢、线粒体功能、肌生成、蛋白周转与收缩性能，受SCN信号、进食与体力活动共同驯化，节律破坏可导致肌纤维组成改变、线粒体呼吸受损、胰岛素敏感性下降与运动能力降低。综上，器官特异性昼夜时钟通过时间调控的基因表达与器官间信号通路，协调代谢、内分泌、心血管、肾脏与神经肌肉生理，维持系统稳态与环境适应。

ncRNA在昼夜调控中的作用

ncRNA通过转录、转录后、表观遗传与翻译机制调控昼夜节律。miRNA主要通过降解靶mRNA或抑制翻译发挥转录后调控作用，多数miRNA呈节律性表达并直接靶向核心振荡组分：如miR-375通过靶向timeless基因调控果蝇昼夜节律与睡眠；植物中miR-397通过反馈环路调控OsPRR37影响昼夜计时；miR-17-5p通过靶向Clock mRNA的3'UTR降低CLOCK蛋白水平，延长昼夜周期并降低振荡振幅；SCN中节律表达的miR-219可缩短昼夜周期，加速PER诱导；光诱导的miR-132通过抑制CREB依赖的PER1诱导，缓冲光刺激引起的相位重置；miR-183/96/182簇通过靶向PER2与CLOCK，以组织特异性方式调控昼夜计时；斑马鱼中miR-204-3-3p与miR-430a-3p分别靶向cry1a与cry1b，将光信号转化为分子与行为节律输出。lncRNA功能更为多元：MSTRG.19083.1通过竞争性内源RNA（competing endogenous RNA, ceRNA）机制吸附miR-429-y，上调NTRK2调控cAMP通路影响昼夜节律；RP11-414H17.5通过调控BMAL1与PER2维持振荡稳定性；NRON通过降低PER2磷酸化阻碍其核转位，延长周期并降低振幅；lnc-Crot通过介导染色质环形成，协调肝脏节律性转录与能量稳态；HULC与UCA1分别通过稳定CLOCK mRNA、吸附miR-206间接上调CLOCK表达；松果体中TCONS_00044595通过吸附miR-182上调CLOCK表达；肝脏节律性lncRNA FLRL2通过调控BMAL1 mRNA丰度维持外周代谢组织节律；PER2的反义转录本PER2-AS通过与PER2 mRNA形成双链调控其稳定性与核输出，并以反相位节律表达精细调控振荡振幅；粗糙脉孢菌中frq的反义lncRNA qrf通过转录干扰与表观遗传修饰负调控frq转录，该机制在物种间具有进化保守性。circRNA同样参与调控：如Cdr1as（ciRS-7）在SCN中呈节律性表达并被光诱导，通过吸附miR-7参与光驯化与相位重置，稳定中枢起搏器振荡。综上，ncRNA并非孤立发挥作用，而是通过多层网络共同靶向BMAL1、CLOCK、PER、CRY等核心组分，同时调控转录、RNA稳定性、蛋白定位、染色质可及性与信号通路，赋予昼夜振荡稳健性、适应性与组织特异性，其失调与癌症、代谢综合征、炎症性疾病及睡眠障碍密切相关。

循环ncRNA与昼夜基因在疾病发生中的串扰

循环ncRNA是连接昼夜失调与病理进程的关键介质，在多种疾病中发挥调控作用。癌症领域：非小细胞肺癌中，昼夜基因ARNTL结合circGUCY1A2启动子区上调其转录，circGUCY1A2吸附miR-200c-3p解除对磷酸酶与张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog, PTEN）的抑制，抑制PI3K/AKT通路抑制肿瘤进展；而LINC01234通过结合HNRNPA2B1招募DGCR8促进pri-miR-106b加工，成熟miR-106b-5p下调CRY2并升高c-Myc表达促进肿瘤进展；lncSTEAP2-AS1则通过结合ARNTL2上调DARS2促进肿瘤细胞增殖迁移。胶质瘤中，外泌体miR-7239-3p抑制BMAL1表达，促进上皮-间质转化（epithelial–mesenchymal transition, EMT）驱动进展；lncRNA UCA1通过吸附miR-206上调CLOCK促进细胞生长侵袭。肝细胞癌中，miR-494-3p下调BMAL1，解除BMAL1与EZH2对甘油-3-磷酸酰基转移酶线粒体（glycerol-3-phosphate acyltransferase mitochondrial, GPAM）的抑制，增强脂质合成促进生长转移；miR-199b-5p则通过靶向NPAS2下调HIF-1α抑制糖酵解重编程。乳腺癌中miR-182通过下调CLOCK诱导乙醛脱氢酶阳性肿瘤干细胞特性；头颈鳞癌中miR-3187-3p靶向抑制PER2激活Wnt/β-catenin通路促进迁移侵袭。心血管疾病领域：动脉粥样硬化中，lncRNA-AK023617通过结合BMAL1激活Irgm1转录，驱动巨噬细胞坏死性凋亡促进斑块进展；miR-21通过调控XIAP关联因子1（XIAP-associated factor 1, XAF1）的节律表达影响巨噬细胞凋亡；lncRNA NEAT1在氧化三甲胺诱导下上调Clock与BMAL1表达，抑制MAPK通路损害内皮增殖。炎症与其他疾病领域：溃疡性结肠炎中，lnc-UC受BMAL1与NF-κB共同上调，通过结合Cbx1降低Rev-erbα启动子的基因沉默活性，上调Rev-erbα抑制NF-κB与NLRP3炎症小体，建立抗炎状态；非酒精性脂肪性肝炎中，节律性lncRNA Platr4受Rev-erbα与NF-κB调控，通过阻断NF-κB/Rxrα复合物形成抑制Nlrp3与Asc转录，减轻炎症；髓系细胞中，miR-155与BMAL1形成相互抑制环路，BMAL1抑制miR-155表达以限制炎症，miR-155则靶向抑制BMAL1加剧脓毒症炎症；椎间盘退行性变中，hsa-let-7f-1-3p通过抑制BMAL1损害自噬促进细胞凋亡；年龄相关性骨丢失中，miR-142-3p抑制BMAL1表达，敲低miR-142-3p可通过上调BMAL1抑制YAP改善骨形成。综上，ncRNA-昼夜基因轴在癌症、心血管病、炎症及退行性疾病中普遍存在，BMAL1、CLOCK、PER2为核心交汇节点，共同调控细胞稳态、代谢重编程、炎症激活与疾病进展。

循环ncRNA作为昼夜节律失调的诊断与预后生物标志物

循环ncRNA（尤其是miRNA与lncRNA）因在血液中稳定性高、丰度高，成为昼夜节律失调的非侵入性生物标志物。轮班工作睡眠障碍患者血清外泌体中miR-92a水平显著降低，伴随棕色脂肪组织增多；睡眠质量差人群中，miR-619-5p与miR-4433b-3p联合检测可作为诊断标志物；阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea, OSA）患者中miR-499可作为缺氧相关基因调控的新型诊断标志物，miR-21与miR-23的下调则与TNF-α升高相关，提示炎症通路参与发病；失眠相关致命性家族性失眠症的风险与miR-146a的单核苷酸多态性相关。但循环ncRNA的表达存在显著昼夜波动性（“时间噪声”），采样时间、禁食状态、睡眠节律、光照暴露等因素均可导致测量偏差，因此未来研究需采用标准化时间分辨采样方案，控制混杂因素，并通过多时间点纵向采样区分病理性节律破坏与生理性波动，同时统一分析方法与数据归一化策略以提升临床转化可靠性。

ncRNA与昼夜节律的关联：个性化医学路径

ncRNA为个性化精准医疗提供了新维度，核心时钟调控药物吸收、代谢、排泄与组织反应性的昼夜节律，构成时间药理学基础。ncRNA通过调控时钟基因与下游药物处置通路（如miR-27b调控CYP3A4、miR-328调控转运体ABCG2），引入额外的时间调控层，可解释个体间时间药代动力学与时间药效学的差异。整合ncRNA特征与昼夜相位生物标志物可优化时间治疗方案设计，未来个性化时间医学可结合ncRNA谱、昼夜表型分型与治疗时序安排，最大化疗效并最小化毒性。个体昼夜节律存在显著异质性，可分为“夜猫型”“早鸟型”与中间型，受遗传突变、饮食、运动等多因素影响，原发性与继发性昼夜节律障碍均需在治疗前完成表型评估。传统活动监测、体温监测与新兴可穿戴设备、智能手机技术可实现个体昼夜相位与周期的精准测定，结合约半数基因组呈现节律性表达的特征，可开发新型个体化相位生物标志物。ncRNA通过调控核心时钟基因（CLOCK、BMAL1、PER、CRY）既可作为昼夜健康的生物标志物与治疗靶点，也可通过调控药物代谢酶、转运体与受体决定药物有效性、最佳给药时间与毒性，支持化疗或miRNA疗法在特定昼夜相位的时序安排，最终实现结合遗传谱、ncRNA特征与昼夜类型的个体化精准治疗，提升疗效并降低副作用。

挑战与未来展望

ncRNA与昼夜节律整合至个性化医学面临多重挑战：昼夜生物学网络复杂，同一ncRNA在不同组织的调控效应存在差异，难以确定普适的最佳给药时间；临床缺乏标准化的ncRNA谱分析与昼夜生物学检测工具、采样流程与生物信息学分析体系；个体遗传变异、生活方式与合并症可改变ncRNA表达与昼夜节律，增加治疗定制难度；循环ncRNA的昼夜波动性可导致生物标志物测量的时间偏差，需严格的时间分辨采样框架；ncRNA治疗药物仍面临组织选择性、稳定性与脱靶效应的局限，时间疗法的临床实施还需解决患者依从性与多学科协作的 logistical 问题。未来该领域发展潜力显著：人工智能与多组学技术可整合昼夜数据、ncRNA谱与药物基因组信息，构建个体化治疗算法；可穿戴生物传感器可实时监测体温、心率变异性、激素水平等昼夜指标，动态调整治疗时序；日益增多的昼夜临床试验将为循证时间疗法提供依据。最终，ncRNA生物标志物与昼夜表型分型的结合，有望实现“正确药物、正确剂量、正确时间”的精准医疗范式，推动疾病防治向动态、时间敏感与个体化方向发展。

结论

ncRNA是塑造核心时钟基因节律表达与生理过程时间调控的关键调节因子，其失衡破坏昼夜稳态，增加癌症、心血管与代谢疾病的易感性。阐明ncRNA与昼夜网络的互作机制，既深化了对基础昼夜生物学的理解，也为精准医学开辟了新路径。未来需重点突破ncRNA递送技术、建立标准化时间分辨采样方法、结合人工智能平台整合转录组与昼夜数据，最终实现基于ncRNA生物标志物、治疗手段与昼夜表型分型的个体化治疗，使昼夜疗法与ncRNA生物学共同革新疾病预防与治疗模式，为人类健康提供更契合自然生物节律的动态精准医疗方案。