综述：无论是在黎明还是黄昏——生物钟如何影响细菌感染的结局

《FEBS Letters》：By dawn or dusk—how circadian timing rewrites bacterial infection outcomes

沙门氏菌、李斯特菌和肺炎链球菌的感染易感性受昼夜节律调控，影响宿主免疫应答及病原体清除。研究显示，巨噬细胞炎症小体活性、中性粒细胞功能及微生物群（如 segmented filamentous bacteria）的昼夜振荡差异，导致不同感染时间点病原体负荷和宿主存活率变化。时钟蛋白（如 BMAL1、PER）调控的免疫通路（如细胞因子分泌、吞噬作用）呈现时间特异性，且宿主活动节律（昼夜）与物种差异（如鼠类夜间活动）影响结果解读。此外，病原体毒力差异（如沙门氏菌的SCV niche逃逸、李斯特菌的细胞间转移）导致时间依赖性机制异质性。研究建议优化感染时间模型，结合微生物群动态和器官特异性免疫调控，以揭示更普适的昼夜病原体相互作用规律。

　　免疫系统与病原体之间存在着持续的协同进化关系，而病原体的致病过程与宿主的免疫反应密不可分。在这一动态过程中，病原体利用宿主免疫系统来实现其生存和扩散，而宿主的免疫系统则通过一系列复杂的调控机制来应对病原体的攻击。近年来，越来越多的研究表明，免疫系统的多个方面受到昼夜节律的调控，这种调控不仅影响免疫细胞的活动和功能，还对病原体感染后的疾病进展产生重要影响。然而，尽管这一领域已经取得了显著进展，大多数研究仍然集中在揭示昼夜节律调控机制本身，而较少关注这些节律如何具体影响疾病的最终结果。因此，本文旨在探讨这些发现，并结合几种具有临床意义的病原体，如沙门氏菌（*Salmonella enterica*）、李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）和肺炎链球菌（*Streptococcus pneumoniae*），深入分析昼夜节律对疾病进展的调控作用。

在哺乳动物中，大量基因的表达呈现出接近24小时的周期性变化，这种现象被称为昼夜节律（circadian rhythms），源自拉丁语“circa diem”，意为“围绕一天”。这些节律帮助机体适应一天中的环境变化，如温度和光照。为了使这些节律与外部环境同步，哺乳动物通过多种方式接收时间信息，其中最重要的是光照。视觉系统感知光照，并通过视神经将信息传递给大脑中的下丘脑视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN），随后SCN通过调节体温和激素分泌将时间信息传递给全身的细胞。这一过程的结果是，各种细胞通路，包括许多免疫通路，都会出现每日的节律变化。已有大量研究表明，许多免疫功能是节律性的，例如细胞因子的产生和免疫细胞的迁移等。这些节律性变化可能意味着所有感染都存在一天中某些时段感染风险更高的现象。尽管目前仅对少数病原体进行了相关研究，但已有证据表明，宿主的昼夜节律对其感染的易感性具有重要影响。临床数据也支持这一观点，例如夜班工作者的昼夜节律被打乱，往往表现出更严重的疾病结果。鉴于病原体造成疾病的策略各异，本文的目标是将现有的昼夜节律研究置于更广泛的致病机制框架中进行分析。

昼夜节律由一个自我维持的转录-翻译反馈环调控，这种反馈环被称为昼夜钟（circadian clock）。在哺乳动物中，这一反馈环由CLOCK和BMAL1这两种昼夜转录因子组成，它们共同结合到基因启动子中的E-box区域，从而诱导大量基因的转录。其中一些基因是昼夜抑制因子，如PERIOD蛋白（PER1、PER2、PER3）和CRYPTOCHROME蛋白（CRY1和CRY2），它们在表达后会形成二聚体并进入细胞核，最终结合到CLOCK:BMAL1复合物上。在这样的异四聚体复合物中，CLOCK和BMAL1无法高效地结合到E-box位点，从而阻止了这些基因的进一步激活。当没有更多的PER和CRY蛋白产生时，这些抑制因子的浓度会下降，从而释放CLOCK和BMAL1，使反馈环进入新的周期。这一周期大约需要24小时完成，并在宿主多个器官的细胞中发生。

除了上述的基本反馈环，还存在另一个与昼夜钟相互作用的反馈环，用于微调昼夜钟的输出和节律。在这个反馈环中，CLOCK:BMAL1增强了转录抑制因子REV-ERBα的表达。REV-ERBα与RORα和RORγ这两个转录因子竞争结合到ROR/REV-ERB反应元件上。在没有ROR结合的情况下，另一组基因的表达会被下调。被REV-ERBα抑制的基因包括*CLOCK*和*Bmal1*。因此，这一系列事件形成了一个反馈环，使*CLOCK*和*Bmal1*的转录表达呈现节律性变化。这一机制表明，昼夜钟不仅调控基因的表达，还影响免疫反应的启动和维持。

昼夜节律对免疫过程的调控不仅限于基因表达层面，还影响免疫细胞的迁移和功能。例如，许多免疫细胞的黏附分子在昼夜节律下呈现周期性变化，导致不同时间点的免疫细胞迁移能力不同。此外，中性粒细胞的迁移能力也受到昼夜节律的影响，其活动在宿主的活跃期达到峰值，而在休息期则下降。这些变化可能与中性粒细胞的衰老有关，其中中性粒细胞在夜间保持活力，而在白天逐渐衰老。因此，昼夜节律不仅影响免疫细胞的迁移，还影响其功能和效率。

沙门氏菌（*Salmonella enterica*）是一种革兰氏阴性肠道病原体，主要通过污染的食物或水进入宿主，感染肠上皮细胞和巨噬细胞。尽管存在数千种血清型，但病原性沙门氏菌通常分为两种类型：伤寒型和非伤寒型。伤寒型如*S*. Typhi和*S*. Paratyphi，主要感染人类，导致伤寒；而非伤寒型如*S*. Typhimurium则通常在免疫功能正常的宿主中引起自限性胃肠炎，但在免疫缺陷的宿主中可能引发侵袭性感染。无论哪种类型，感染都会引发免疫反应，这是清除病原体的关键。然而，伤寒型沙门氏菌通过抑制早期肠道炎症来逃避免疫系统的识别，从而能够突破肠道屏障并扩散到全身，导致伤寒的发生。

在研究沙门氏菌的感染过程中，研究人员发现，宿主的昼夜节律在感染的控制和进展中扮演了重要角色。例如，宿主在白天（活跃期）对沙门氏菌的清除能力更强，这可能与昼夜节律调控的免疫反应有关。在一些研究中，研究人员发现，某些抗菌肽（如LCN2和REG3γ）的表达在白天达到峰值，这与宿主对沙门氏菌的易感性窗口相对应。这些抗菌肽虽然有助于清除微生物，但同时也可能促进沙门氏菌的定植。例如，一项研究表明，当沙门氏菌在白天被感染时，其感染的细菌负荷会增加，而在夜间感染时则会减少。这可能与抗菌肽在白天的表达有关，因为它们在白天对肠道微生物的抑制作用更明显，从而为沙门氏菌的侵入提供了机会。

除了抗菌肽，昼夜节律还影响宿主的营养免疫（nutritional immunity）。营养免疫是指宿主通过调控金属离子的可用性来限制病原体的生长。例如，宿主细胞在感染期间会通过铁蛋白的表达来限制病原体对铁的获取，而这种铁的限制对于沙门氏菌来说可能是一个不利因素。然而，一项研究表明，当宿主的NLRP6基因被敲除后，沙门氏菌的清除效果反而更好，这可能是因为NLRP6介导的铁聚集对沙门氏菌的生长是有益的。因此，NLRP6的表达在宿主的休息期达到最低点，而其抑制剂REV-ERBα的表达在休息期达到峰值，这可能解释了为什么宿主在休息期对沙门氏菌的抵抗力更强。

此外，中性粒细胞的招募和功能也受到昼夜节律的调控。例如，中性粒细胞在宿主的活跃期更容易迁移到感染部位，这可能与其黏附分子的表达有关。在一项研究中，研究人员发现，中性粒细胞在活跃期的迁移能力更强，而在休息期则较弱。这可能与中性粒细胞的衰老有关，因为它们在休息期会逐渐失去其功能。因此，中性粒细胞的招募和功能在不同时间点存在差异，这可能对沙门氏菌的清除效果产生影响。

李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）是一种革兰氏阳性病原体，主要通过污染的食物进入宿主。尽管它可以引起健康成年人的严重胃肠道疾病，但在大多数情况下，它被限制在肠道中，因为胃酸、抗菌肽和肠道微生物的定植屏障可以阻止其进入深层组织。然而，新生儿、老年人和免疫缺陷的宿主更容易发展为系统性李斯特菌病。在这些情况下，李斯特菌通过其毒力因子InlA与肠上皮细胞的E-cadherin结合，诱导内吞作用，从而进入宿主细胞。一旦进入细胞，李斯特菌会利用其毒力因子ActA来诱导细胞骨架的重排，从而通过细胞间运动扩散到新的宿主细胞。这种细胞内生存策略使李斯特菌能够逃避大多数细胞外免疫成分的识别，但其毒力因子的表达和宿主的免疫反应仍然受到昼夜节律的影响。

研究显示，李斯特菌的感染和清除在不同时间点存在差异。例如，当李斯特菌通过口服途径感染宿主时，宿主在白天（休息期）表现出更强的抵抗力。这种差异可能与肠道微生物的昼夜节律有关，因为某些微生物的附着能力在白天增强，从而促进了抗菌肽REG3γ的表达。然而，其他研究表明，李斯特菌在白天感染时可能因抗菌肽的表达而受到更大的影响，导致其感染负担增加。这些发现表明，宿主的昼夜节律在不同感染模型中可能产生不同的影响，需要结合具体的感染时间和宿主反应进行分析。

此外，李斯特菌的感染还受到昼夜节律调控的免疫细胞招募和功能的影响。例如，中性粒细胞和单核细胞的招募在白天更为活跃，这可能与昼夜节律调控的细胞因子表达有关。当李斯特菌通过腹腔注射感染宿主时，宿主在下午（休息期）表现出更好的清除效果，这可能与昼夜节律调控的细胞因子如CCL2、IL-6、IL-1β和IFN-γ的表达有关。这些细胞因子的表达在不同时间点呈现节律性变化，这可能与宿主的免疫反应调控有关。然而，一些研究也表明，过高的细胞因子水平可能反而导致宿主的免疫损伤，尤其是在高剂量感染的情况下。因此，昼夜节律不仅影响免疫反应的强度，还可能影响其对宿主的益害平衡。

最后，肺炎链球菌（*Streptococcus pneumoniae*）是一种革兰氏阳性病原体，可以无症状地定植于人类的上呼吸道。然而，它也可能引起一系列感染，包括鼻窦炎、中耳炎、血流感染（侵袭性肺炎球菌病）以及社区获得性肺炎。尽管这些感染在免疫功能正常的成年人中较为罕见，但新生儿、老年人和免疫缺陷的宿主更容易受到肺炎球菌的感染。肺炎球菌的感染和清除过程受到昼夜节律的调控，例如，肺泡巨噬细胞在休息期对肺炎球菌的吞噬能力更强，这可能与昼夜节律调控的细胞因子表达有关。然而，某些研究也表明，肺炎球菌的感染在活跃期可能更容易发生，这可能与其毒力因子的表达有关。因此，肺炎球菌的感染和清除过程在不同时间点可能表现出不同的结果，这需要结合具体的感染时间和宿主反应进行分析。

总的来说，昼夜节律对宿主的免疫反应和病原体的感染过程具有重要的调控作用。然而，这种调控作用因病原体种类、感染途径和宿主因素的不同而存在差异。因此，研究昼夜节律对疾病进展的影响需要结合具体的病原体和宿主模型进行分析。此外，宿主的昼夜节律在不同组织中可能呈现不同的节律性变化，这使得不同感染模型的比较变得复杂。因此，未来的研究需要进一步探索不同病原体在不同时间点的感染和清除过程，以及昼夜节律如何影响这些过程。这不仅有助于理解免疫系统与病原体之间的复杂互动，还可能为疾病的治疗和预防提供新的思路。