生物钟Per1基因在肿瘤和正常组织中表达的昼夜节律及意义

摘要：自然界各种生物体的昼夜节律性生理活动由生物钟基因控制和调节。已有研究证实，生物钟基因不仅在生物体昼夜节律的维持中起重要作用，而且参与调控机体内多种其他重要生理活动。生物钟基因表达异常可能引起一系列病理改变，导致严重疾病的发生，如各种恶性肿瘤，心血管疾病，精神疾病，药物依赖等。Per1作为重要的核心生物钟基因，在中枢系统及周围组织中均有表达，其表达异常与恶性肿瘤的发生发展有着密不可分的关系，了解其在正常组织及肿瘤组织中表达的昼夜节律变化及在二者中的表达差异，有利于临床上对肿瘤进行早期诊断，早期治疗，尤其是时辰治疗，在将治疗时对机体的损害控制在最小化的情况下，达到疗效最大化。故本文将对Per1基因在肿瘤和正常组织中的表达及昼夜节律及意义进行综述。

关键词：肿瘤；Per1；表达；昼夜节律

恶性肿瘤是威胁人类生命健康的重要疾病，其对人体的严重危害仅次于心血管疾病，且近年来全世界恶性肿瘤的发病率持续增高，已经引起了人们的高度重视。人们对肿瘤的发生、发展及预后做了大量实验室及临床研究，并分别从基因、分子、细胞水平取得了重要成果。近年来对生物钟基因的研究取得了突破性进展，生物钟基因在癌症中的作用也越来越受到人们的重视，大量研究证明生物钟基因不仅对机体的生理性昼夜节律活动进行调控，同时生物钟基因在肿瘤的发生、发展中起着重要作用，生物钟基因的表达异常与体内多种癌症的发生、发展、转移、治疗效果及预后等关系密切。对生物钟基因尤其是核心生物钟基因的研究将为探索癌症的发生发展和治疗提供新的思路和方法。

1 生物钟基因及生物钟Per1基因概述

生物钟系统[1]普遍存在于自然界中的各种生物体中，起着调节控制生物体从细胞新陈代谢到机体睡眠-觉醒，从细胞增殖、凋亡到机体的生长发育，从生物体内生化指标到机体的行为活动等一系列生理活动，使生物体的生理活动呈现出约24 h周期的昼夜节律性变化以适应外环境的变化。生物钟系统由一系列生物钟基因组成，目前已经证实：生物体至少包括9个核心生物钟基因[2]：period1（Per1）period2（Per2），period3（Per3）CLOCK，cryptochrome1（CRY1），cryptochrome2（CRY2），BMAL1，casein kinase1 epsilon（CSNK1E），timeless（TIM）。哺乳动物的生物钟系统（节律中枢）位于下丘脑视上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）[3]，外界信号通过输入通道传达到SCN，在中枢系统产生昼夜节律性震荡后通过输出通道到达相应靶器官，使机体的生理活动形成与外界环境相适应的昼夜节律性改变。当构成生物钟系统的核心生物钟基因的表达量、表达节律及其振幅等改变会导致一系列病理改变及疾病，如昼夜节律消失，肿瘤的发生、记忆力衰退，心血管疾病、精神障碍及药物依赖性等。

2生物钟Per1基因在肿瘤中的表达及昼夜节律

在一定条件下细胞内原癌基因被激活、表达增高，抑癌基因突变或缺失、表达下降或不表达，在二者表达失衡的基础上，细胞内的DNA修复功能下降或缺失，从而导致细胞内细胞增殖程序与凋亡程序的平衡被打破，致使细胞增殖、分化异常，形成肿瘤。Per1具有调节细胞周期及促进DNA修复的作用，从而预示着Per1的表达异常与肿瘤的发生发展有着重要关系。既往的研究也证实了Per1表达异常会导致机体多种肿瘤的发生、发展。对Per1在各种肿瘤中的表达及昼夜节律的研究可在人体组织、动物及体外培养细胞中进行。由于在人体内取材及伦理的限制，所以临床实验多是在肿瘤行手术切除时取部分肿瘤组织及瘤周正常组织作为标本进行研究，实验方法多选用免疫组化、蛋白质印迹（western blot）及RT-PCR等，因为条件的限制，故临床上所得到多是某一时间点的Per1的表达量，而不是Per1表达的昼夜节律变化规律。为了研究Per1表达的昼夜节律变化规律，可采用细胞培养或在动物体内建立的肿瘤模型进行研究，因动物模型可根据需要改变外界环境从而更接近人体内肿瘤所处的内环境，故目前对Per1基因表达昼夜节律变化规律的研究多数在动物模型上进行，而利用体外细胞进行实验的还比较少。

2.1临床研究 有人通过对慢性期（CP）、加速期（AP）及急变期（BP）、慢性髓细胞样白血病（CML）的骨髓取样行RT-PCR检测，结果显示Per1的表达在CML中较正常组织中下降，且随着CP、AP及BP期的变化，Per1的表达量呈递减趋势。

Gery将人非小细胞肺癌癌症组织及癌周正常组织进行western blot及RT-PCR检测，二者对比发现Per1在癌症组织中的表达较正常组织中降低。Sato等将在12∶00～13∶00获得的胰腺癌肿瘤组织进行免疫组化染色发现：Per1表达的百分细胞比及表达强度均较正常组织中升高。

将在12∶00～14∶00获得的脑胶质瘤肿瘤组织、瘤周正常组织及在10∶50～14∶30获得口腔颊粘膜鳞状细胞癌的癌症组织和癌周正常组织进行免疫组化染色及RT-PCR检测发现Per1在脑胶质细胞瘤及口腔颊粘膜鳞状细胞癌中的表达均较癌周正常组织中降低，且Per1的表达量随脑胶质瘤的恶性程度增加表达量进一步降低，与口腔颊粘膜鳞状细胞癌分期及有无转移呈负相关，与患者性别、年龄及病理分级无明显相关性。

Per1在结肠癌中的表达与癌细胞的分化程度有关，Krugluger将于09∶00～12∶00从结肠癌手术患者体内取得的癌症组织及癌周正常组织进行RT-PCR检测，结果证实在未分化癌中Per1表达较正常组织显著下降，而在分化癌中下降不显著[5]。

2.2动物 在以12 h∶12 h光照/黑暗（L/D）条件下以人体颊鳞癌及乳腺癌癌细胞建立的小鼠颊癌及乳腺癌模型中，Per1的表达均遵循余弦定律，均以24 h为昼夜节律周期。其中Per1在口腔颊鳞癌中表达的峰值发生在19.48 HALO（hours after light onset），谷值发生在7.64 HALO，而Per1在小鼠乳腺癌中的表达峰值约为11HALO，谷值约为22 HALO，如将最低表达量设为单位1，Per1表达相的振幅为2.5。

Per1在脑胶质细胞瘤中呈严格的周期性节律性表达。在以12h：12hL/D实验条件下建立的小鼠脑胶质瘤模型动物实验中，脑胶质瘤细胞中per1的表达量较正常脑细胞中减少，振幅降低，周期缩短。在小鼠脑胶质瘤细胞中Per1表达的波动周期缩短为12 h，在一天中Per1表达量在ZT（Zeitgeber time）4，ZT16降到谷值，在ZT12，ZT24升至峰值。

3生物钟Per1基因在正常组织中的表达及昼夜节律

目前已有的研究表明，SCN作为哺乳动物的近日节律中枢在对生物体的昼夜节律及相关生理活动的调节及控制中起着至关重要的作用。Per1基因作为核心生物钟基因，不仅在SCN中表达，在脑组织的其他部位及机体周围组织中也有表达，如在脑胶质细胞、口腔、心、肝、肾、肺、乳腺、子宫及胃肠道等均有表达，起着调节机体诸如血压、体温、内分泌、进食等生理活动的作用。

4对生物钟Per1基因表达昼夜节律的研究意义

由于证明Per1表达异常可以引起机体的一系列病理改变，导致器官功能障碍，从而导致机体疾病，在不久的将来临床上有望根据测定机体内Per1的表达量及昼夜节律表达规律的改变，达到早期诊断疾病的作用，调整体内相应器官内Per1的表达，从而达到治疗疾病，改善疾病预后等作用，如改善患者的药物依赖作用，治疗精神疾病、心血管疾病等。

由此我们可以得出，对Per1在正常组织及肿瘤组织中的表达规律和机制的研究，有利于明确肿瘤的发生发展机制，为肿瘤的预防、诊断和治疗提供一条新思路。

参考文献：

[1]Hara Y，Onishi Y，Oishi K，et al.Molecular characterization of Mybbp1a as a co-repressor on the Period2 promoter[J].Nucleic Acids Res，2009，37，（4）：1115-1126.

[2]Badiu C.Genetic clock of biologic rhythms[J].J Cell Mol Med，2003，7（4）：408-416.

[3]Bell-Pedersen D，Cassone VM，Earnest DJ，et al.Circadian rhythms from multiple oscillators：lessons from diverse organisms[J].Nat Rev Genet.2005 Jul；6（7）：544-556.

[4]Gery S，Komatsu N，Baldjyan L，et al.The role in cell growth and DNA damage control in human cancer cells[J].Mol Cell2006，22（3）：375-382.

[5]Hsu CM，Lin SF，Lu CT，et al.Altered expression of circadian clock genes in head and neck squamous cell carcinoma[J].Tumor Biol2012，33（1）：149-155.