糖皮质激素节律缺失破坏小鼠肾动脉昼夜转录组与血管反应性

《Cardiovascular Research》：“Loss of circulating glucocorticoid rhythm disrupts the circadian transcriptome and vascular reactivity in the mouse renal artery.”

　　本研究针对糖皮质激素（GC）节律紊乱导致非杓型血压（BP）这一临床难题，探讨了其对血管昼夜功能的影响。研究人员通过给予小鼠持续释放皮质酮（CORT）以模拟GC节律紊乱模型，利用血管环张力测定技术发现GC节律缺失消除了肾动脉对乙酰胆碱（ACh）和硝普钠（SNP）诱导的血管舒张反应的昼夜差异。进一步通过高频采样（每2小时）和RNA测序（RNAseq）技术，结合LimoRhyde和CircaCompare生物信息学分析，揭示了肾动脉存在459个节律性表达基因（REG），而GC节律紊乱导致156个基因（如Nox4, Mmp14）节律丧失，同时诱导492个与线粒体功能相关基因获得新节律。该研究为理解GC诱导血管功能障碍的分子机制提供了重要框架，对代谢综合征和慢性应激等疾病状态下的血管病变具有重要启示。

　　

在健康人体中，心血管系统展现出精妙的昼夜节律性，血压（BP）在夜间睡眠期间会下降10-20%，形成所谓的“杓型”曲线。然而，当这种夜间血压下降现象减弱或消失，即变为“非杓型”血压时，心肌梗死、中风等心血管事件的风险便会显著增加。这种节律紊乱常见于糖尿病、肾脏疾病以及长期接受糖皮质激素（GC）治疗的患者中。尽管分子时钟几乎存在于所有细胞中，通过核心时钟基因（如Bmal1, Clock, Period, Cryptochrome）的转录-翻译反馈环路调控着约半数蛋白质编码基因的节律性表达，但外周血管，特别是对血压调节至关重要的肾动脉，其内在的昼夜转录组景观及其如何受GC节律调控，尚不清晰。GC作为重要的外周时钟授时因子，其体内循环水平具有显著的昼夜节律。临床上广泛使用的合成GC药物常常会打乱内源性GC的节律，这可能与其心血管副作用相关。因此，探究GC节律紊乱如何影响血管功能与基因表达的昼夜模式，对于理解非杓型血压的发病机制和开发新的治疗策略至关重要。

为了回答上述问题，由英国爱丁堡大学Jess R. Ivy领导的研究团队在《Cardiovascular Research》上发表了一项研究。他们利用小鼠模型，通过植入缓释皮质酮（CORT） pellets 以模拟体内持续高水平且无节律的GC状态，系统性地研究了GC节律缺失对肾动脉血管反应性和全转录组昼夜节律的影响。

研究人员主要运用了几项关键技术：首先，通过皮下植入缓释 pellets 建立GC节律紊乱的小鼠模型；其次，使用离体血管环张力测定技术（Wire Myography）在一天中的不同时间点（活动期ZT12和休息期ZT0）精确测量肾动脉对血管收缩剂苯肾上腺素（PE）和血管舒张剂乙酰胆碱（ACh，内皮依赖性）及硝普钠（SNP，内皮非依赖性）的反应性；最后，为了全面绘制肾动脉的昼夜转录组图谱，研究团队在48小时内每2小时采集一次肾动脉样本（样本来源于对照和CORT处理组小鼠，每组n=2，每个n由2只小鼠的左右肾动脉合并而成以获取足够RNA），进行了高通量RNA测序（RNAseq），并采用LimoRhyde和CircaCompare这两种互补的生物信息学工具进行节律性分析和差异比较。

3.1. 节律紊乱的循环糖皮质激素减弱了内皮依赖性和非依赖性血管舒张的昼夜差异

研究人员证实，与对照组相比，CORT处理组小鼠血浆皮质酮水平显著升高且其昼夜节律消失。在离体血管功能实验中，对照组的肾动脉对ACh和SNP诱导的血管舒张反应在活动期（ZT12）均比休息期（ZT0）更敏感，表现出明显的昼夜差异。然而，在CORT处理组小鼠的肾动脉中，这种时间依赖性差异消失了。具体表现为，在活动期，CORT处理组肾动脉对SNP的舒张反应敏感性显著低于对照组，而对ACh的反应也呈现降低趋势。此外，CORT处理还意外地引起了肾动脉对PE的收缩反应在休息期敏感性降低。作为比较，二级肠系膜动脉也显示出类似的SNP反应昼夜节律，且该节律同样被CORT处理所消除，表明GC节律紊乱的影响可能具有普遍性。

3.2. 肾动脉拥有一个丰富的昼夜转录组，其被节律紊乱的糖皮质激素广泛重塑

通过高频RNA测序和严格的分析（p<0.005），研究发现对照组肾动脉中有459个（约3%）蛋白质编码基因呈现昼夜节律性表达（REG）。令人惊讶的是，CORT处理组中节律性基因的数量翻倍，达到917个（约6%）。然而，两组之间仅有140个节律性基因是共同的。对照组REG的峰值表达时间（acrophase）在24小时内分布相对均匀，而CORT处理组REG的峰值时间则集中在光照转换后约5小时（ZT5和ZT17）的两个集群中，且振幅普遍低于对照组。基因本体（GO）分析显示，对照组REG富集在“昼夜节律”、“光周期对昼夜时钟的引导”等通路，而CORT处理组REG则富集于“内皮细胞分化”、“能量前体代谢物生成”等通路。特别值得注意的是，有492个基因在CORT处理后获得了新的节律性，其中许多与线粒体活性相关。

3.3. 节律紊乱的糖皮质激素导致156个基因节律丧失，并下调202个基因

研究重点关注了在对照组中有节律、但在CORT处理后节律消失的156个基因。这些基因涉及“肌肉细胞骨架”（如Ky, Csrp2）、“过氧化物稳态”（如Ctns, Nox4）和“TNF信号通路”（如Mmp12, Lif）等关键生物学过程。此外，差异表达分析（不考虑时间因素）发现，CORT处理导致211个基因表达发生变化，其中202个基因下调，仅9个基因上调。下调基因包括参与局部皮质酮合成的Cyp11b1和Hsd11b2，以及Apelin信号通路相关基因（ApInr, ApIn）和细胞外基质基因（Col6a5, Col28a1）。上调基因则包括Timp4和Ltf。

3.4. 血管平滑肌特异性基因的差异节律表达

针对血管平滑肌功能相关的基因集进行深入分析发现，CORT处理改变了其中多个基因的表达水平（MESOR）。表达上调的基因（如Nos3, Trpv4, Pecam1, Kcna5, Slc4a7）在活动期表达升高，且其表达模式高度相关，并与转录因子Srf的模式相似。表达下调的基因包括Mmp2, Mmp9, Col3a1和内皮素B受体（Ednrb）。此外，一些基因的峰值表达时间（acrophase）在CORT处理后发生了显著改变，例如编码毒蕈碱乙酰胆碱受体的Chrm3基因，其峰值从ZT9（对照组）偏移至ZT15（CORT组）。

本研究首次详细描绘了小鼠肾动脉的昼夜转录组图谱，揭示了其拥有一个虽不如肝脏、肾脏等器官丰富，但功能重要的节律性基因表达网络。更重要的是，研究明确了循环糖皮质激素节律是维持肾动脉正常昼夜血管功能和转录组动态平衡的关键因素。GC节律的紊乱不仅消除了血管舒张反应的昼夜差异，导致活动期血管舒张能力受损（这可能与非杓型血压的发生相关），还深刻地重塑了肾动脉的转录组节律，诱导了大量与线粒体功能等相关基因获得新节律，同时使一批涉及氧化应激、炎症和细胞骨架的基因丧失节律。这些发现为理解糖皮质激素治疗、慢性应激等状态下伴随的血管功能障碍和心血管风险增加提供了重要的分子框架。研究所产生的数据集为心血管研究领域提供了宝贵资源，提示针对节律敏感血管通路的干预可能成为改善血压节律的新策略。未来的研究需要进一步阐明这些转录组变化在蛋白质水平和具体细胞类型（如内皮细胞、平滑肌细胞）中的表现，并探索性别因素在此过程中的作用。