肠胶质细胞昼夜节律紊乱：连接CMM轴失同步、肠道时差与慢性功能性便秘的潜在机制

《Cells》：Disrupted Enteric Glial Cell Circadian Oscillation: A Proposed Mechanism Linking CMM-Axis Desynchronization, Gut Jet Lag, and Chronic Functional Constipation

　　

慢性功能性便秘（CFC）患病率高且易反复发作，由昼夜节律紊乱引发的肠道时差（gut jet lag）是现代生活方式相关的重要危险因素。尽管针对昼夜节律紊乱相关功能性便秘的Chrono-Microbiota–Motility（CMM）轴概念框架已发表，现有工作主要描述宏观层面的菌群–运动交互作用，在很大程度上忽视了肠胶质细胞（EGCs）作为肠壁内次级外周昼夜节律中继（secondary peripheral circadian relays）的角色。本综述基于人群流行病学、人类结肠标本、多组学研究及昼夜节律紊乱动物模型的证据，阐述了肠胶质细胞昼夜节律振荡紊乱介导CMM轴层级性失同步并促成肠道时差的病理机制。本综述进一步勾勒了从外部昼夜节律扰动与肠胶质细胞时钟紊乱，到宿主–菌群时间性失同步，进而导致结肠运动网络崩溃的渐进性病理级联，讨论了该机制对慢性功能性便秘临床风险分层的潜在意义，并为肠道时间生物学（gut chronobiology）的未来基础与转化研究提供了理论基础。需要强调的是，本文所提出的整合机制框架构成一个可检验的假说，主要建立在临床前动物观察与间接人体组织证据之上，而非已确立的病理生理学现实。该框架凸显了复杂的多细胞肠道昼夜节律调控网络中一个潜在的间质性分支。

主体内容总结

1. 引言

慢性功能性便秘（CFC）是一种常见的功能性胃肠疾病，全球约10%的成年人长期受其困扰。传统病因学讨论多聚焦于膳食纤维摄入不足、缺乏体力活动及不良排便习惯，而昼夜节律紊乱作为现代生活方式相关的日益普遍的危险因素长期未获足够重视。人群队列研究显示，轮班工作与睡眠剥夺使CFC风险增加2.1至2.8倍，且昼夜节律相位紊乱程度与便秘严重度之间存在剂量–反应关系。Li等提出“肠道时差”（gut jet lag）概念，将宿主昼夜节律时钟与微生物节律之间的失同步定义为其核心机制，并在此基础上提出Chrono-Microbiota–Motility（CMM）轴理论框架。然而，该框架忽视了肠胶质细胞（EGCs）作为肠道次级外周昼夜节律时钟及时间信号关键中继的核心作用。肠道昼夜生理是由视交叉上核（SCN）中央时钟、肠神经元、肠胶质细胞、肠上皮细胞、间质起搏细胞及免疫细胞群共同协调的多细胞网络过程。本综述聚焦于该多细胞网络中一个可检验的间质性分支：EGC昼夜节律功能紊乱对CMM轴失同步与肠道时差的潜在贡献。

2. 生理基础：肠胶质细胞昼夜节律作为CMM轴稳态的核心中继

CMM轴的生理稳态依赖于中央时钟、肠道菌群与结肠运动之间的多层时间性同步，EGCs位于这些信号的汇聚点。

2.1 中央SCN对EGC外周时钟的授时

在哺乳动物中，昼夜节律由中央与外周振荡器的层级网络调控。SCN接收光等外部时间线索，通过自主神经通路（包括迷走神经背核的副交感通路和脊髓中间外侧核的交感通路）及神经内分泌途径（如糖皮质激素和褪黑素）将时间信息传递至肠壁。规律进食提供了一条部分独立于中央时钟的额外授时通路。在组织水平，胃和结肠的Bmal1相位与SCN相差不超过约3小时，而Per2的相位差可达10小时，表明肠道时钟在受中央时钟授时的同时保留了组织特异性的相位灵活性。在细胞水平，肠神经元、EGCs、平滑肌细胞、巨噬细胞样细胞及Cajal间质细胞（ICCs）均能维持自主昼夜节律振荡。EGCs的自主振荡由经典的CLOCK/BMAL1–PER/CRY转录–翻译反馈环路维持，且进食–禁食周期的改变可重置EGC振荡的相位。

2.2 CMM第一层中EGC–菌群的时间耦合：宿主–菌群同步

肠道菌群的组成、功能活性及代谢产物均呈现昼夜节律性。EGC对菌群的时间性调控在昼夜周期中呈现功能性分区：日间阶段，EGC主要调控微生物增殖与代谢活动。小鼠EGC耗竭实验表明，EGC通过潘氏细胞介导的抗菌分泌调控可改变菌群组成。人类观察性研究显示，睡眠时间缩短与潘氏细胞来源的人α-防御素5（HD5）分泌减少、产短链脂肪酸（SCFAs）菌群丰度降低及粪便SCFA水平下降相关。夜间阶段则以肠上皮屏障通透性的时间性调控为特征。EGC释放的胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和S-亚硝基谷胱甘肽（GSNO）可调节上皮紧密连接与屏障通透性，而肠道上皮紧密连接与通透性呈现HDAC3依赖的昼夜节律。菌群来源的SCFAs可通过组蛋白去乙酰化酶抑制反馈作用于肠上皮时钟，验证了该双向耦合的相互依赖性。

2.3 CMM第二层中EGC与ICC及PDGFRα⁺运动细胞的时间耦合：肠壁的时间执行

Cajal间质细胞（ICCs）产生慢波并通过缝隙连接驱动平滑肌活动，血小板衍生生长因子受体α阳性（PDGFRα⁺）细胞介导嘌呤能抑制性输入，二者与平滑肌细胞共同构成SIP合胞体。体外小鼠肠组织研究显示，ICCs虽具有自主振荡器但无法被进食–禁食周期授时，而EGC振荡器可被进食节律重置，提示进食相关时间信号需经可授时的中介细胞传递至运动效应细胞。5-羟色胺（5-HT）通过ICC上的5-HT_2B受体增强起搏活动并促进结肠运动，与24小时人体测压研究观察到的活动期排便高峰一致。PDGFRα⁺细胞介导的嘌呤能神经传递可抑制结肠收缩，为静息期运动抑制提供细胞基础。菌群也可通过TLR4持续激活黏膜EGC并促进睫状神经营养因子释放，菌群来源的SCFAs可通过FFAR2/3激活肌间神经元。FFAR2/FFAR3及TGR5等微生物代谢物感应受体在肠神经元和EGC亚群上均有表达，其转录和蛋白水平本身受昼夜节律调节。

2.4 肠道昼夜节律网络多细胞协同的简要概述

肠道昼夜稳态通过多个携带时钟的细胞群之间的层级信号传播与相互反馈实现。肠神经元作为主要信号整合枢纽，接收SCN来源的中央时间信息、局部胶质介质及微生物代谢物输入。EGCs作为与肠神经元平行的间质性中继节点，可被进食相关代谢线索独立授时，并通过分泌胶质介质微调神经元、上皮及间质细胞活动的相位与幅度。肠上皮细胞整合神经元–胶质信号与微生物代谢物刺激，设定节律性屏障通透性与抗菌分泌。下游间质起搏细胞解码整合的神经元–胶质时间信号，产生时间依赖的平滑肌收缩反应。肠道驻留免疫细胞感知组织活动与微生物产物，施加时间门控的炎症反馈。

3. 肠胶质细胞昼夜节律崩溃作为驱动肠道时差与CMM轴失同步的核心病理通路

3.1 外部昼夜节律扰动破坏EGC内在昼夜节律振荡（起始阶段）

昼夜节律扰动（包括夜班、轮班、夜间强光、不规律进食及睡眠剥夺）导致光暴露、睡眠和进食等时间线索在不适当时刻出现，引起中央与外周时钟的错位。当进食移至非活动期时，EGCs、肠神经元及其他肠壁细胞发生不同程度的相位偏移，从同步状态转变为细胞间失同步。SCN特异性Bmal1缺失及模拟轮班工作模型均显示胃肠道不同区域外周时钟的失同步。持续错位可进一步导致外周时钟振荡幅度降低和节律稳定性受损。胶质细胞自主时钟不仅决定振荡状态，还参与维持胶质功能与免疫表型。衰老、核心时钟基因多态性及既往肠道炎症等易感因素可能促进从短暂相位偏移进展为持续性外周节律不稳定。

3.2 EGC节律紊乱损害宿主–菌群同步并驱动早期肠道时差（CMM第一层失同步）

EGC节律性胶质因子分泌的丧失首先损害其对肠道菌群的时间性调控。小鼠EGC耗竭模型中，PLP1⁺ EGC的选择性耗竭减少潘氏细胞功能性溶菌酶分泌并伴随粪便菌群组成改变。肠道上皮特异性Bmal1敲除后，呈现昼夜节律振荡的微生物分类群数量减少约三分之二，包括毛螺菌科和瘤胃菌科在内的多个原本具有节律性的分类群变为无节律性。慢性时差小鼠中血清胆汁酸节律完全消失。仅将进食移至静息期即可同时改变宿主时钟基因、粪便胆汁酸及多个微生物分类群的昼夜波动，表明错误进食时间本身足以破坏宿主代谢与菌群之间的时间同步。

3.3 EGC时间调控失效驱动结肠运动细胞昼夜节律功能崩溃（CMM第二层失同步，核心致病步骤）

静息期进食不仅使代谢与神经元节律失同步，还伴随胃排空和胃肠运动受损。高振幅传播性收缩（HAPCs）是结肠推进性运动的重要形式，24小时人体测压研究显示HAPCs主要出现在晨醒后，清晨最频繁、夜间最少。当EGC节律性分泌丧失且GDNF不再呈现昼夜相位变化时，EGC主要通过肌间神经元作为中间中继将时间信号间接传递至SIP合胞体。肌间神经元可能失去相位依赖的兴奋性输入，进而减弱ICC钙瞬变的日间峰值，显著减少甚至消除HAPCs。PDGFRα⁺细胞静息与激活状态交替的相位组织也可能被破坏，使全天的全局慢波节律趋于平坦。肠嗜铬细胞（EC细胞）的TPH1–5-HT信号通路在小鼠实验中呈现明显昼夜变化，而5-HT的节律性分泌依赖EGC的GDNF支持。菌群来源的促运动信号（SCFAs）本身具有节律性，也作用于EGCs，其时间性运动效应经EGC中继传递。

3.4 EGC介导的昼夜节律低度炎症恶性循环使肠道时差持续并固化

持续性炎症与微生物刺激可诱导EGC反应性改变。TNF-α和IL-1β等促炎细胞因子可显著增加GFAP阳性EGC比例及GFAP表达。炎症或微生物刺激可激活EGC中S100B–RAGE/NF-κB–iNOS轴，增加NO及其他炎症介质产生。Bmal1调控小鼠Ly6C^hi炎性单核细胞的昼夜节律迁移，时钟基因功能丧失导致这些细胞全天持续炎症反应。当EGC节律性分泌崩溃时，其促炎程序失去昼夜节律门控，免疫细胞不再在昼夜周期中切换炎症反应，低度炎症全天持续。EGC来源GSNO释放的昼夜节律模式丧失进一步加重肠上皮屏障通透性的时间性紊乱。EGC节律崩溃、反应性胶质激活、昼夜节律低度炎症、EGC分子时钟进一步抑制及菌群–运动系统失同步可能构成一个自我强化的正反馈环路。

3.5 便秘亚型中EGC昼夜节律紊乱的差异分子特征：慢传输型便秘与盆底肌协同失调

慢传输型便秘（STC）累及全结肠，而盆底肌协同失调（PFD）局限于远端出口。STC动物模型及人类手术标本证据提示全结肠广泛EGC损伤。洛哌丁胺诱导的STC动物模型中，EGCs呈现线粒体损伤、氧化应激增加及GDNF等胶质营养因子水平降低，恢复EGC中PINK1/Parkin介导的线粒体自噬可改善便秘。STC患者中GDNF减少伴随所有结肠节段的ICC网络广泛丢失，晨间HAPCs的频率、幅度和持续时间均低于健康对照。STC患者粪便宏基因组与代谢组中乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐及多种胆汁酸的分布与正常传输者显著不同。PFD则呈现相反模式，损伤局限于远端出口，主要异常在于排便协调。约三分之一的慢性便秘患者存在排空障碍。PFD中远端直肠感觉减退削弱便意信号并损害排便反射。人类肠道单细胞研究显示EGCs并非均质群体，而是包含具有不同分子特征和空间分布的胶质亚群。PFD患者EGC的时间性紊乱可能主要局限于远端结肠和直肠，而近端结肠的EGC时钟与微生物昼夜节律可能相对保留。

4. 支持EGC时间性紊乱假说的人体组织多组学证据与临床前动物模型

4.1 慢性功能性便秘患者肠–胶质网络损伤的人体组织证据

人类结肠肌层的连续24小时测量显示Bmal1、Per1和Clock均呈现节律性表达。24小时动态结肠测压显示，STC患者日间结肠压力波和运动活动显著减少，而夜间活动与健康个体差异相对较小，晨醒后和餐后运动的正常增强也明显减弱。STC患者结肠手术标本中肌间及黏膜下神经丛内S100阳性胶质细胞显著减少，同时伴随肠神经元和ICC减少，表明STC中存在肠神经–胶质–起搏器网络的广泛损伤。

4.2 人体组织证据的内在局限性

几乎所有可用标本均来自手术切除，缺乏严格控制昼夜节律采样时间的24小时活检队列。常规内镜黏膜活检难以捕获完整的肌间神经–EGC网络。小鼠与人类在肠神经元与肠胶质细胞比例上存在显著种属差异，人类肌间神经丛的胶质–神经元比值远高于小鼠。肠胶质细胞在单细胞多组学工作流程的组织解离过程中机械脆弱，可能导致采样偏差。

4.3 临床前动物模型中EGC与菌群时间性相互作用的整合组学证据

时间谱系动物研究首先揭示了EGC本身的明确相位变化。EGCs表现出稳定的近24小时细胞自主振荡，并可响应进食–禁食周期发生相位重置。当进食移至非活动期时，EGCs、肠神经元、平滑肌细胞等发生不同程度相位偏移，而ICCs对进食授时相对不敏感。肠道上皮Bmal1缺失后，呈现昼夜节律振荡的微生物分类群数量显著减少。模拟轮班工作模型中观察到胃肠外周时钟失同步，伴随微生物节律减弱及SCFA和胆汁酸相关代谢功能改变。

5. 当前研究空白与未来方向

建立解释EGC核心分子时钟如何控制其功能输出的全面时间性调控网络仍需进一步工作。未来研究可整合EGC特异性时间分辨转录组学、染色质可及性分析、蛋白质组学与分泌组学，结合ChIP-seq、CUT&Tag等BMAL1/CLOCK结合位点分析，区分仅呈现时间依赖性表达的效应分子与受核心时钟直接调控的时钟控制靶标。现有模型（包括SCN Bmal1缺陷、模拟轮班工作、错误进食时间及肠道时钟紊乱）同时影响多种肠壁细胞类型和系统性授时信号，难以分离EGC时钟紊乱的特异性贡献。未来应建立涉及Bmal1、Clock及Per/Cry的EGC特异性节律紊乱模型，同时评估EGC振荡、菌群昼夜变化、SCFA与胆汁酸代谢节律及结肠运动。该假说框架可能为轮班工人和慢性睡眠剥夺人群等便秘高危人群的风险分层提供思路，但尚不能提供经过验证的生物标志物或可直接用于临床的决策工具。

6. 局限性

当前机制证据主要来源于啮齿类昼夜节律紊乱模型，便秘患者结肠的EGC特异性多时间点时间性数据仍然有限。人类与啮齿类在活动相位、进食模式、激素分泌、胃肠功能节律及神经–胶质解剖特征上均存在差异。现有大多数人类研究依赖单时间点或少数时间点采样，各研究在采样时间、昼夜节律紊乱定义及菌群分析方法上存在显著异质性。横断面研究和稀疏时间点采样通常仅捕获单一疾病阶段的状态，无法确定EGC节律异常与CFC病程之间的时间关系。本工作为产生假说的叙述性综述而非系统综述或荟萃分析，未进行正式预注册、系统性文献筛选或定量荟萃分析综合。

7. 结论

肠道昼夜稳态依赖于多种肠道细胞群之间的协同信号传递，昼夜节律紊乱（肠道时差）是CFC重要的可调控危险因素。生理条件下，EGCs可作为肠道多细胞网络中的一类次级外周时钟，接收中央授时信号，协调菌群昼夜节律振荡及ICC和PDGFRα⁺细胞的时间性功能，从而维持CMM轴的多层次时间同步。外部昼夜节律扰动可削弱EGC分子时钟振荡并诱导相位偏移，逐步导致第一层宿主–菌群失同步（早期肠道时差）和第二层肠壁运动网络失同步（完全肠道时差）。EGC介导的昼夜节律低度炎症可能进一步建立正反馈环路，将初始可逆的节律紊乱固化为持续性病理状态。本综述提出的大多数病理推断为基于动物研究和人体组织标本间接证据的可检验假说，需在EGC特异性遗传干预模型和人体时间分辨多组学队列中进一步验证，不应被解释为已证实的人类疾病机制。