骨吸收内在昼夜节律的首次人体实证：破骨细胞活动受生物钟精准调控

本研究通过恒定常规实验设计，首次在严格控制外源因素条件下证实了人类血清Ⅰ型胶原C端肽(sCTX)存在内在 circadian rhythm，而Ⅰ型前胶原N端前肽(sP1NP)节律性不明显。该研究揭示了骨吸收活动在凌晨03:00达到峰值的内在时间生物学规律，为解释轮班工作者骨质疏松风险提供了机制依据，对骨代谢疾病 chronotherapy 具有重要指导意义。

　　

当夜幕降临，大多数人进入梦乡时，我们体内的骨组织正上演着繁忙的代谢活动。长期以来，科学家们观察到骨转换标志物在24小时内呈现波动变化，但这种每日波动究竟是外界环境因素（如进食、睡眠、活动）驱动的表象，还是源于生物体内部生物钟的内在节律？这个根本性问题一直困扰着骨代谢研究领域。

先前的研究表明，骨吸收标志物在凌晨达到峰值，但由于实验设计未能排除外在因素干扰，这些发现只能称为"日间节律"(diurnal rhythm)，而非真正意义上的"昼夜节律"(circadian rhythm)。值得注意的是，流行病学研究发现轮班工作者和睡眠剥夺者骨密度较低，暗示昼夜节律紊乱可能与骨骼健康存在内在联系。解决这一科学问题，需要采用能够剥离外在干扰的实验方法——恒定常规(constant routine)协议。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，英国萨里大学和谢菲尔德大学的研究团队利用精心设计的恒定常规实验，对22名健康年轻人（11男11女）进行了26小时的连续监测。研究通过每2小时采集血样，分析了骨形成标志物Ⅰ型前胶原N端前肽(sP1NP)和骨吸收标志物Ⅰ型胶原C端肽(sCTX)的浓度变化，同时测定褪黑素(melatonin)和皮质醇(cortisol)水平作为内在生物钟的参照。

研究人员采用的主要技术方法包括：①恒定常规实验设计，严格控制光线、姿势、进食和睡眠等外源因素；②电化学发光免疫分析法(ECLIA)检测血清骨转换标志物；③放射免疫分析法测定褪黑素和皮质醇浓度；④余弦节律分析(cosinor analysis)数学模型评估节律特征；⑤以暗光褪黑素起始时间(DLMO)为内在生物钟相位标记。

骨标志物 profiles 分析

通过个体和群体数据的时间序列分析发现，男性sCTX呈现明显的余弦节律模式，峰值时间集中在02:48±14小时，振幅为0.15±0.02 ng/mL。所有女性个体的sCTX数据则最佳拟合余弦+线性模型，峰值时间为03:24±20小时，振幅显著低于男性（0.05±0.01 ng/mL，P<0.001）。sP1NP在大多数参与者中未显示显著节律性，仅4名男性和1名女性表现出统计学显著的节律模式。

时钟时间与性别关联分析

混合方差分析显示，sCTX浓度存在显著的时钟时间与性别交互作用（P=0.017）以及主要效应（时间P=0.01，性别P=0.003）。sP1NP:sCTX比率仅显示时间主效应（P<0.001），而无性别差异。sP1NP本身仅表现时间主效应（P=0.018），无性别相关差异。

昼夜节律评估

余弦分析确证所有男性sCTX存在显著余弦节律（节律性≥40%），而所有女性sCTX最佳拟合余弦+线性模型。sP1NP在两组中均未呈现一致节律性。皮质醇作为阳性对照，在两性均显示稳健昼夜节律（峰值时间：男性09:54±50分钟，女性09:29±12分钟）。

相位关系分析

sCTX峰值相对于DLMO的相位角为+4-5小时（即DLMO后4-5小时），相当于时钟时间02:00-03:00。这与皮质醇节律形成明显相位差——sCTX峰值比皮质醇峰值早约7小时，sCTX谷值比皮质醇谷值晚约14小时。

研究结论表明，骨吸收活动存在内在生成的昼夜节律，峰值出现在生物夜间期（约03:00），这一节律受内源性生物钟系统调控，而非外界环境因素驱动。骨形成则缺乏显著的内在节律性，提示生物钟对破骨细胞(osteoclast)活动的调控比对成骨细胞(osteoblast)活动的调控更为显著和直接。

这一发现具有多重科学意义：首先，从机制上解释了夜间骨吸收增强的生理现象——可能有利于在钙摄入中断期间维持血钙稳定，并促进睡眠期间的骨组织修复；其次，为轮班工作者骨质疏松风险增加提供了机制解释，因为昼夜节律紊乱可能直接导致骨吸收节律异常；最后，为骨质疏松的时相治疗(chronotherapy)提供理论依据，建议将抗骨吸收药物的给药时间与骨吸收自然峰值相吻合，可能获得更佳疗效。

研究的局限性包括样本年龄范围较窄（19-33岁），缺乏骨密度数据，以及女性参与者均使用口服避孕药可能影响结果。未来研究需要扩展至老年人群和骨质疏松患者，探讨年龄和疾病状态对骨代谢昼夜节律的影响，以及节律紊乱与骨骼健康之间的因果关系。

这项研究首次在严格控制的实验条件下揭示了人类骨吸收的内在昼夜节律特征，为理解生物钟与骨骼健康的关系提供了重要证据，也为开发时间治疗策略改善骨代谢疾病预后奠定了科学基础。