综述：昼夜节律与免疫：利用模式生物黑腹果蝇解码时间免疫学

本综述系统探讨了果蝇模型中昼夜节律与先天免疫的双向调控机制（即“时间免疫学”）。文章重点解析了核心时钟基因（如per、tim）通过转录-翻译反馈环路调控免疫基因（如Imd）表达、吞噬功能及抗感染能力的分子基础，并揭示了免疫挑战（如病毒激活cGLR-STING通路）对节律行为的反馈调节。为理解节律紊乱相关疾病（如自身免疫病、代谢综合征）提供了进化保守的机制见解。

　　

2. 黑腹果蝇昼夜节律时钟概述

2.1 果蝇昼夜节律的分子机制

黑腹果蝇的昼夜节律由核心分子钟基因调控，包括period (per)、timeless (tim)、clock (clk)、cycle (cyc)和cryptochrome (cry)。这些基因构成转录-翻译自动调节反馈环路：CLK/CYC异二聚体结合E-box启动per和tim转录，累积的PER/TIM蛋白复合物入核抑制CLK/CYC活性，形成负反馈循环。光通过CRY和JET蛋白降解TIM，重置节律周期。此外，CLK/CYC还调控第二反馈环路基因vri和Pdp1ε，以精细调节时钟输出。

2.2 中枢与外周时钟

果蝇中枢时钟位于脑部约240个节律神经元中，分为腹侧侧神经元（s-LNvs、l-LNvs）和背侧神经元（DN），分别调控晨间活动、光响应和温度节律。外周时钟存在于脂肪体、肠道和卵巢等组织，独立调控代谢、消化和生殖等生理功能。光通过复眼视蛋白（如rhodopsin 1/6）激活时钟神经元，其分泌的色素分散因子（PDF）介导神经元间同步。

2.3 时钟的生理功能

节律系统不仅调控果蝇的运动和睡眠，还通过外周时钟调节脂肪体代谢、肠道营养吸收和卵巢激素分泌。中枢与外周时钟形成层级网络，通过体液因子和神经信号协调全身生理状态。

3. 哺乳动物与果蝇的免疫节律证据

早期研究发现人类淋巴细胞数量和小鼠内毒素敏感性存在昼夜波动。在哺乳动物中，时钟蛋白BMAL1通过E-box调控ICAM-1表达，促进树突细胞节律性浸润淋巴结，增强疫苗接种效果（如晨间BCG接种反应更佳）。免疫细胞（T细胞、NK细胞）和细胞因子（IL-6、TNFα）的释放亦呈昼夜节律性。果蝇中，免疫基因（如Imd、PGRP-SA）的表达和抗感染能力同样受时钟调控。

4. 果蝇免疫系统概述

4.1 细胞免疫

果蝇血细胞分为三类：浆细胞（90%，吞噬病原体）、片状细胞（寄生蜂感染时包裹大颗粒）和晶体细胞（储存酚氧化酶原，介导黑化反应和伤口愈合）。

4.2 体液免疫

脂肪体通过Toll和IMD通路识别病原体：Toll通路响应革兰氏阳性菌和真菌，IMD通路响应革兰氏阴性菌。通路激活后NF-κB家族蛋白（Dif/Dorsal或Relish）入核诱导抗菌肽（AMP）表达。血细胞与脂肪体通过信号交流协同激活免疫反应。

5. 时钟对免疫基因的调控

微阵列分析发现clk突变导致imd等免疫基因节律性消失。CLK直接或间接调控免疫相关基因（如ush、吞噬受体基因），但部分AMP（如Dpt）无节律表达，提示时钟可能调控信号分子而非效应分子，以避免稳态失衡。

6. 睡眠与免疫的交互

睡眠剥夺或cyc⁰¹突变体果蝇中Relish表达上调，感染清除能力增强。神经元过表达睡眠诱导肽NEMURI可提升感染后的睡眠时间和存活率，证实睡眠增强抗感染能力。

7. 感染存活率的节律调控

野生型果蝇夜间感染肺炎链球菌存活率更高，但节律突变体（per⁰¹、tim⁰¹）存活率变化不一：per⁰¹更易感，而clk^Jrk和tim⁰¹部分病原抗性增强，提示时钟基因病原特异性调控。PGRP-SA等模式识别受体表达节律与感染时间协同变化。

8. 吞噬作用的节律性

果蝇血细胞吞噬活性夜间达峰，tim突变体丧失此节律且感染后存活率下降。抑制吞噬使野生型表型模拟tim突变体，证实Tim蛋白通过调控吞噬相关基因表达增强夜间免疫防御。

9. 免疫对节律的反馈调节

肺炎链球菌或李斯特菌感染导致果蝇运动节律紊乱和睡眠减少。病毒感染通过cGLR-STING通路激活神经元STING蛋白，显著减少睡眠时间和质量，证明免疫信号直接调控中枢时钟输出。

10. 时钟与AMP的双向调控

时钟输出基因Achilles抑制AMP（如Drosomysin）表达，其敲除可提升细菌抵抗能力但缩短寿命，显示免疫激活与生理代价的平衡。

11. 结论与开放问题

果蝇研究揭示了节律-免疫双向调控的保守机制，但仍需解析：①时钟直接靶向的免疫基因群；②中枢与外周时钟的免疫调控分工；③免疫细胞时钟的同步机制；④免疫信号反馈节律的途径；⑤病原体对时钟的劫持策略。解答这些问题将推动时间免疫学在疾病治疗和 chronotherapy 中的应用。