综述：膳食丙烯酰胺的时间毒性：来自昼夜节律神经生物学与转化毒理学的启示

《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》：Chronotoxicity of dietary acrylamide: insights from circadian neurobiology and translational toxicology

　　

丙烯酰胺（acrylamide）是一种公认的神经毒性化合物，并具有潜在致癌性，其在高温（>120?°C）食品加工过程中通过还原糖与天冬酰胺之间的美拉德反应（Maillard reaction）而形成。来自脊椎动物和无脊椎动物模型的新证据表明，膳食丙烯酰胺可扰乱昼夜节律（circadian rhythmicity）——这一调控代谢与行为稳态的基础生物学过程。本综述引入了"时间毒素"（chronotoxin）的概念，将其定义为干扰昼夜节律调控并产生昼夜节律相关毒性效应的毒物，并提出丙烯酰胺作为相关候选化合物。研究人员总结了丙烯酰胺驱动昼夜节律紊乱的机制性见解，重点关注氧化应激（oxidative stress）、线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）、激酶信号通路（ERK/CREB/BDNF）以及与褪黑素（melatonin）和血清素（serotonin）系统的相互作用。此外，研究人员强调了昼夜节律生物标志物在膳食神经毒理学和公共卫生监测中的转化相关性，特别是在慢性低剂量暴露条件下。在此情境下，昼夜节律终点可用于向膳食暴露情景进行外推，同时需认识到实验条件与膳食条件之间的固有差异。本综述通过将丙烯酰胺确定为研究昼夜节律紊乱的模型化合物，推进了时间毒性（chronotoxicity）概念，对生物标志物开发、膳食风险评估和公共卫生监测具有启示意义，并为评估与食源性化学物质相关的神经毒性之昼夜节律方面提供了框架。

从时间毒性视角重新框定丙烯酰胺神经毒性

丙烯酰胺毒理学基础

丙烯酰胺是一种小型高活性有机分子，主要于高温食品加工（≥120?°C）过程中形成，尤其通过游离天冬酰胺与葡萄糖或果糖等还原糖之间的美拉德反应产生。其生成受多种相互作用因素影响，包括前体物质丰度、加工条件及食物基质特性，这反映了不同食物类别中丙烯酰胺生成的复杂性。从监管角度，国际癌症研究机构（IARC）基于实验动物的充分证据和人类的有限证据，将丙烯酰胺归类为2A类可能人类致癌物；美国环境保护署（EPA）将其定为B2组可能人类致癌物；美国国家毒理学计划（NTP）主要依据动物数据认可其致癌潜力；欧洲食品安全局（EFSA）则认定丙烯酰胺具有遗传毒性和致癌性，该结论为欧盟委员会制定相关风险管理措施提供了依据。尽管国际上对危害分类达成共识，但对膳食丙烯酰胺暴露公共卫生相关性的评估存在差异。日本食品安全委员会（FSCJ）认为典型膳食中丙烯酰胺摄入量致癌风险较低，强调暴露估计和种间外推的不确定性；美国则主要聚焦于减缓指导而非正式暴露限值，尤其对于咖啡等产品。这些差异反映了评估框架、基本假设及评估长期低剂量膳食暴露的固有风险。从毒理学角度，丙烯酰胺因广泛的生物学效应而持续受到关注。除遗传毒性、生殖毒性、发育毒性和器官特异性毒性外，神经毒性是实验系统中最一致记录到的不良结局之一。

丙烯酰胺的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）

丙烯酰胺具有高水溶性和低分子量特性，其理化性质有利于口服暴露后快速胃肠道吸收和广泛的全身分布。实验和人体生物监测数据均表明，丙烯酰胺能够穿越包括血脑屏障（BBB）和胎盘屏障在内的生理屏障，从而到达中枢神经系统和胎儿区室。丙烯酰胺的代谢主要通过两条竞争性肝脏途径进行：（1）细胞色素P450酶CYP2E1介导的氧化生物活化，将丙烯酰胺转化为高反应性和遗传毒性的环氧代谢物环氧丙酰胺（glycidamide），该代谢物可形成DNA和蛋白质加合物；（2）通过谷胱甘肽（GSH）结合进行解毒，生成巯基尿酸类代谢物后经肾脏排泄。代谢活化与解毒之间的平衡决定内部环氧丙酰胺负荷，因此是毒性效力的关键决定因素。丙烯酰胺及其代谢物主要通过肾脏途径消除，在多种暴露条件下尿液中可检测到母体化合物和结合代谢物。大多数毒代动力学（PK）和神经毒性研究在成年生物体中进行，而跨神经发育阶段的口服暴露动态特征尚不清楚，尤其在人类中更为缺乏。然而，对其他环境神经毒物（包括有机磷农药）的研究表明，发育期暴露可诱导神经发育相关基因的早期改变。因此，考虑到CYP2E1活性和谷胱甘肽依赖性解毒能力差异导致的个体间变异，丙烯酰胺暴露可能影响神经发育易感性的可能性值得考虑。总体而言，丙烯酰胺的ADME特征表现为高效吸收、广泛全身分布以及在慢性膳食摄入条件下活化为环氧丙酰胺；同时，由于显著的个体间变异、年龄依赖性差异以及组织水平长期低剂量PK数据有限，预测中枢神经系统内部暴露仍具挑战性。

暴露水平与屏障功能相关性

鉴于丙烯酰胺的高口服生物利用度及其在广泛消费的主食（包括面包、咖啡、早餐谷物、马铃薯制品和烘焙零食）中的存在，人类接触丙烯酰胺频繁、慢性且实际上终身持续。这一暴露模式尤为重要，因为许多常见食品中的丙烯酰胺水平可能每日超过建议参考值。一般人群中，平均膳食摄入量通常估计约为0.3?1.0?μg/kg体重/天，全球平均值约为0.6?μg/kg bw/day；特定亚群（包括儿童、青少年以及频繁食用油炸或烘烤富含碳水化合物食品的个体）摄入量更高，可达2–4?μg/kg bw/day。在此背景下，持续内部丙烯酰胺负荷可能影响保护性大脑屏障。新兴证据表明，丙烯酰胺在长期暴露条件下可损害屏障功能。尽管现有研究主要聚焦于血-脑脊液屏障（BCSFB）而非血脑屏障，但这些屏障协同调节外周与中枢神经系统之间的分子交换。值得注意的是，BCSFB通常更具通透性，因此可能对毒性扰动更为敏感，为屏障相关神经毒性提供有生物学意义的早期指标。Yao等人在特征明确的大鼠研究中证明，连续每日丙烯酰胺暴露7–28天导致屏障功能进行性下降，早期改变在暴露第一周内即可检出，随后通透性增加，长期给药后运输缺陷更为明显。这些发现表明，屏障功能障碍在持续暴露下逐渐出现。虽然这些实验范式中使用的剂量在每日基础上超过典型人类膳食摄入量，但仍对定义暴露阈值具有参考价值。目前尚未在人类中直接评估膳食丙烯酰胺暴露与BBB完整性的关系。然而，来自膳食、吸烟相关和职业暴露环境的证据表明，丙烯酰胺可到达人体神经组织，并可诱导中枢和外周神经毒性。综合而言，人类暴露的慢性性质为动物模型中确定的屏障相关机制可能适用于人类神经毒性提供了生物学合理性。

全身性后果

丙烯酰胺穿越保护性大脑屏障的能力不仅凸显其神经毒性潜力，还表明其能够扰乱具有更广泛全身性后果的中枢调控机制。中枢神经系统内启动的紊乱可能波及多个生理系统，加剧已与丙烯酰胺毒性相关的全身效应，包括肝脏、心血管、内分泌-生殖和发育结局。在此背景下，新兴实验证据表明丙烯酰胺可在哺乳动物和无脊椎动物模型中作为昼夜节律调节的干扰物。在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和小鼠中，慢性丙烯酰胺暴露后均报告了昼夜节律输出的改变。鉴于昼夜节律钟结构的高度进化保守性，果蝇及更直接的小鼠模型中的发现为丙烯酰胺可能干扰哺乳动物（包括人类）昼夜节律调控的假设提供了机制支持。虽然物种特异性差异在暴露模式、代谢和神经组织方面需加以考虑，但这些模型系统被广泛用于研究与人类昼夜节律神经生物学相关的保守分子和神经元过程。丙烯酰胺的毒效学特征反映其ADME特征与作用机制（MOA）的相互作用：高效吸收、广泛全身分布、向反应性环氧代谢物的转化，以及个体间解毒能力的变异，共同决定驱动丙烯酰胺毒性下游分子事件的亲电和氧化物种内部负荷。

从时间毒性到时间毒素：昼夜节律干扰毒物的框架

昼夜节律性指由分子昼夜节律钟产生并协调于中枢和外周组织的约24小时内源性振荡，调控广泛的生理和行为过程，包括睡眠-觉醒周期、激素分泌、代谢稳态和认知表现。昼夜节律组织的破坏——无论是由环境、遗传还是化学因素驱动——已与神经、代谢、精神、心血管、免疫和内分泌功能障碍相关联，支持昼夜节律失调作为生理稳态受损重要贡献因素的观点。新兴研究进一步表明，昼夜节律性通过多层调控维持，这些调控赋予系统对环境扰动和生化扰动的稳健性和脆弱性。Baser等人表明，昼夜节律破坏与褪黑素信号失调、线粒体稳定性受损、氧化还原平衡破坏和神经炎症通路紊乱相重合，促进神经退行性疾病进程。Zheng等人则鉴定出昼夜节律性组蛋白单胺化作为直接调控昼夜节律基因表达和行为节律性的表观遗传机制，确立染色质水平动态作为昼夜节律控制的关键层面。环境化学物质也已被证明可在多种实验模型中破坏昼夜节律功能。Zheng等人提供了超过40种昼夜节律干扰化合物的系统综述，包括甾体激素、金属、农药、多氯联苯、神经活性药物、蓝藻毒素和双酚A等，在多种鱼类模型中进行了测试。值得注意的是，本综述引入"时间毒素"（chronotoxin）术语，将其定义为通过干扰分子钟组件、昼夜节律信号通路或昼夜节律调控下的生理过程来破坏昼夜节律调控的毒物。这一区分——"时间毒性"作为效应、"时间毒素"作为致病因子——为毒理学提供了概念和操作上的清晰性。在此框架下，Wang等人使用"时间毒性"概念描述小鼠肝脏对丙烯酰胺的时间依赖性易损性，反映代谢时间毒性而非昼夜节律系统破坏；而Tan等人和Górska-Andrzejak等人的慢性暴露研究则证明丙烯酰胺削弱昼夜节律性、改变睡眠-觉醒模式和调控时钟基因表达，支持其作为昼夜节律干扰毒物的分类。

丙烯酰胺诱导昼夜节律破坏的机制性见解

丙烯酰胺诱导的细胞应激与昼夜节律破坏

丙烯酰胺暴露已与氧化应激、线粒体损伤和钙信号失调持续相关。例如，丙烯酰胺在50?μM浓度作用4小时后增加人淋巴细胞的ROS（reactive oxygen species）形成、脂质过氧化和线粒体膜电位 collapse。星形胶质细胞中也报告了类似的氧化和代谢改变，影响线粒体生物发生和动态；人Caco-2细胞在5.9–12.5?mM浓度24小时暴露后亦如此。这些发现共同证明丙烯酰胺诱导明确的剂量和时间依赖性细胞应激反应。虽然丙烯酰胺诱导的氧化/线粒体紊乱与昼夜节律破坏之间的直接实验证据仍有限，但类似细胞应激机制已在多种动物模型（如果蝇、斑马鱼和小鼠）中被证明干扰昼夜节律调控。慢性系统性应激条件下，包括人外周血单核细胞（PBMCs）中，已报告外周组织和血细胞中时钟基因表达的改变，支持分子钟组件对代谢和氧化扰动的敏感性。氧化和代谢应激源——包括百草枯和过氧化氢等ROS诱导化学物质、双酚A等内分泌干扰物、以及脂多糖等免疫毒物——在限定暴露条件下可改变昼夜节律基因表达、节律幅度和行为周期性。集体而言，现有证据表明丙烯酰胺诱导的细胞应激可能与昼夜节律通路发生合理相互作用，尽管这一可能性尚未得到系统证明。额外机制支持来自染色质水平扰动：Zheng等人表明细胞内生化应激可通过影响昼夜节律性组蛋白单胺化破坏昼夜节律转录循环。时钟基因在转录-翻译反馈环路（TTFLs）中运作，其中基因激活和抑制的节律周期产生并维持约24小时振荡。在哺乳动物中，核心TTFL由转录因子CLOCK和BMAL1驱动，激活PER和CRY时钟基因的表达；相应蛋白PER和CRY随后转位至细胞核并抑制CLOCK-BMAL1活性，关闭反馈环路。在果蝇中，该核心环路的进化保守变体通过PER和TIM抑制CLOCK-CYCLE复合物运作，产生类似的振荡节律。由于核心TTFL蛋白的稳态和转录活性对细胞内氧化还原平衡、线粒体功能和Ca²⁺依赖性信号敏感，丙烯酰胺诱导的细胞应激为TTFL动态间接受扰提供了合理途径。氧化应激可改变PER和CRY蛋白的磷酸化和降解动力学，而Ca²⁺依赖性CREB信号调控Per1等钟控基因的转录。值得注意的是，PER蛋白本身表现出氧化还原敏感调控，其稳态和功能可被氧化扰动调节。

丙烯酰胺诱导的突触信号破坏：ERK/CREB/BDNF通路与时钟基因调控

除诱导氧化和线粒体应激外，丙烯酰胺已被证明在啮齿动物模型中破坏与昼夜节律调控相接口的突触信号通路。Tan等人的研究中，成年C57BL/6J小鼠经饮用水口服暴露于0.003%（约3–4?mg/kg/day）丙烯酰胺16周，同时接受标准AIN-93M饲料。这一长期暴露调控了ERK/CREB/BDNF信号级联，并降低了突触蛋白SNAP-25和PSD-95的水平——分别为前突触和后突触完整性标志物——尤其在夜间活动期。ERK/CREB/BDNF通路将活动依赖性突触可塑性与睡眠和昼夜行为调控脑区的时钟基因调节相联系。与此一致，Tan等人报告长期丙烯酰胺暴露显著降低脑组织中核心时钟基因——Clock、Bmal1、Per1、Per2、Cry1和Cry2——的表达。丙烯酰胺在夜间活动期降低了这些基因的蛋白水平，该时段突触可塑性通常达到峰值，同时伴有相同时段的认知障碍。这些结果表明丙烯酰胺可能损害该啮齿动物模型中昼夜节律调控的神经功能。虽然给药剂量（mg/kg）超过典型人类膳食暴露（μg/kg），但这些发现仍为持续暴露情景提供了初步机制见解。此前描述的丙烯酰胺诱导的氧化和代谢应激在突触背景下提供了额外机制合理性：Ca²⁺失调、线粒体功能障碍、轴突变性和神经炎症激活均为已知损害ERK和CREB依赖性突触可塑性的机制。Chen等人进一步表明丙烯酰胺以CYP2E1依赖性方式降低PSD-95并增加CaMKII（钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II）和NMDAR-2B受体亚基的磷酸化，提示丙烯酰胺及其代谢物环氧丙酰胺均可直接影响后突触蛋白组成和信号。Raje报告了神经传递、氧化还原稳态和炎症平衡的进行性损害，强化了突触通路对丙烯酰胺的模型依赖性脆弱性。这些机制概述了丙烯酰胺——特别是通过其CYP2E1衍生代谢物环氧丙酰胺——可能影响时钟基因表达的合理途径。突触对丙烯酰胺的敏感性与独立证据相一致，即突触结构和功能本身受昼夜节律调节。在果蝇视觉系统中，前突触活性区蛋白Bruchpilot（BRP）显示丰度的 robust 每日振荡。在哺乳动物中，海马CA1神经元和星形胶质细胞显示NMDA受体信号和突触整合的时间依赖性调节，支持ERK/CREB/BDNF轴在昼夜节律敏感突触框架内运作的观点。

丙烯酰胺诱导的神经炎症与焦亡：NLRP3激活与昼夜节律破坏

昼夜节律调节与神经炎症通路紧密互联。促炎细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α通过NF-κB、MAPK依赖性炎症信号和CREB依赖性转录控制调节核心时钟基因（包括Bmal1、Per1和Per2）的表达，改变节律幅度和相位稳定性。Das等人强调神经炎症和昼夜节律破坏双向互动：细胞因子升高可削弱昼夜节律性，而昼夜节律失调可能进一步放大神经炎症信号。在此机制背景下，丙烯酰胺已被证明激活神经元细胞中的NLRP3炎症小体——该多蛋白传感器复合物驱动IL-1β/IL-18释放和gasdermin介导的焦亡细胞 NOTIFY。在SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞中，低至中微摩尔浓度丙烯酰胺激活NLRP3，6小时内即可检测到caspase-1/gasdermin D（GSDMD）依赖性焦亡和IL-1β/IL-18释放；延迟的caspase-3/gasdermin E（GSDME）依赖性焦亡提示典型和非典型焦亡通路的顺序激活。斑马鱼研究同样报告低毫摩尔丙烯酰胺暴露48–96小时后NLRP3上调和caspase依赖性焦亡。这些发现与丙烯酰胺增加ROS产生并激活MAPK连接应激信号上游于NLRP3组装——这些通路涉及神经元炎症小体组装——的证据相一致。NLRP3驱动的IL-1β/IL-18信号是多种中枢神经系统损伤模型中神经炎症、神经元功能障碍和认知障碍的关键介质，支持丙烯酰胺诱导炎症小体激活可能影响神经功能的合理性。

丙烯酰胺诱导的褪黑素和血清素通路破坏：对昼夜节律和神经行为调控的启示

丙烯酰胺诱导的氧化、炎症和内质网（ER）应激也可能干扰褪黑素和血清素信号——两个对昼夜节律调控、情绪稳态和神经保护至关重要的神经化学系统。在啮齿动物模型中，40–50?mg/kg剂量丙烯酰胺给药14天可观察到褪黑素相关通路和血清素能张力的破坏，与已知影响单胺能信号的细胞应激条件一致。褪黑素合成通过视交叉上核（SCN）受昼夜节律控制，使褪黑素既是时钟输出也是昼夜节律时间的效应器。其夜间分泌作为协调睡眠-觉醒时相和全身昼夜节律组织的激素性黑暗信号。虽然丙烯酰胺与褪黑素受体的直接相互作用尚未证实，但现有证据提示对褪黑素合成和下游信号的间接干扰，这些效应似乎源于丙烯酰胺诱导的氧化应激、炎症信号和内质网应激——在体内40–50?mg/kg 14天以及体外24小时神经元暴露后 robust 诱导的机制。褪黑素还作为强效抗氧化剂和免疫调节剂发挥功能。在25–50?mg/kg丙烯酰胺暴露的啮齿动物模型中，褪黑素补充（10–20?mg/kg）一致地减轻了氧化应激相关和炎症终点，支持其在丙烯酰胺诱导细胞应激条件下的保护作用。血清素作为褪黑素的生化前体，在昼夜节律调控、情绪和认知中发挥关键作用。去往SCN的血清素能投射调节光同步，其破坏可能使昼夜节律与光-暗周期的对齐失稳。丙烯酰胺暴露已被证明降低脑血清素水平、改变单胺氧化酶活性，并在15–50?mg/kg剂量21–28天的啮齿动物研究中破坏神经递质平衡。

丙烯酰胺和环氧丙酰胺加合物形成在昼夜节律失调中的拟议作用

丙烯酰胺及其代谢物环氧丙酰胺（GA）可能与昼夜节律调控相关的一个关键生化特性是其与蛋白质和DNA亲核位点形成共价加合物的能力。丙烯酰胺衍生加合物的形成不限于实验环境，因为人体生物监测研究已证明一般人群中存在可测量的血红蛋白加合物水平，表明典型膳食条件下持续内部暴露。由于此类加合物具有持久性和生物学后果，其在昼夜节律失调中的潜在作用值得考虑，尽管目前缺乏直接昼夜节律终点数据。在20–50?mg/kg/day高剂量丙烯酰胺神经毒性模型中，此类加合物优先修饰参与细胞骨架组织、轴突运输过程和突触囊泡循环的前突触蛋白，导致神经递质释放受损和特征性轴突病变。蛋白质组学和计算分析进一步证实，丙烯酰胺通过亲核加成一致性地修饰多种神经元蛋白的半胱氨酸残基，支持该机制作为突触功能障碍贡献因素。环氧丙酰胺则形成共价DNA加合物。在哺乳动物V79细胞中，环氧丙酰胺诱导剂量依赖性DNA加合物形成，与增加的姐妹染色单体交换（SCEs）——遗传毒性应激的公认标志物——相关。在人XP2OSSV细胞中，结构稳定的N⁶-GA-dA加合物也在生理条件下（37?°C，pH 7）被鉴定，证明GA介导的DNA损伤可在人细胞中形成并持续。鉴于昼夜节律基因表达依赖于核心时钟基因（Per、Cry、Bmal1和Clock）的精确计时转录-翻译循环，化学稳定的GA DNA加合物理论上可能通过阻碍聚合酶进程、改变启动子可及性或激活DNA损伤反应通路来影响昼夜节律计时。

慢性丙烯酰胺暴露与重复组织暴露：对昼夜节律功能的潜在启示

丙烯酰胺可在真实暴露条件下到达神经组织。然而，描述慢性低剂量膳食摄入下区域脑水平的定量毒代动力学数据仍然稀少。因此，当前证据更准确地解释为重复组织暴露而非生物蓄积，特征为神经组织中丙烯酰胺或环氧丙酰胺的残余水平。啮齿动物研究表明，重复口服给药产生微摩尔范围的脑浓度而无明显神经病理学改变。在这些实验条件下，功能扰动持续出现，包括昼夜节律破坏、认知和记忆缺陷、ERK/CREB/BDNF信号受损、SNAP-25和PSD-95水平降低、海马自噬增加和神经炎症激活。补充证据显示氧化还原失衡、硫氧还蛋白失活、微管相关基因失调、前突触囊泡运输缺陷和行为改变。总体而言，这些观察表明即使在缺乏明显神经病理学的情况下，功能改变可能在啮齿动物模型的膳食范围暴露条件下占主导地位。黑腹果蝇中的补充发现表明，即使非常低浓度的丙烯酰胺（食物中10?μg/mL）——处于昆虫膳食范式的标准低剂量范围内——也可改变昼夜节律行为，提示潜在的分子时钟干扰。

实验模型及其在时间毒理学中的转化相关性

无脊椎动物模型：来自黑腹果蝇的机制性见解

黑腹果蝇在昼夜节律生物学中发挥了基础性作用，核心时钟基因编码Period（PER）和Timeless（TIM）蛋白的发现即源于果蝇研究。除历史贡献外，果蝇因其昼夜节律调控和神经生物学过程中的高度进化保守性而仍是强大的机制模型。约75%的人类疾病相关基因在果蝇基因组中具有功能直系同源物，支持其用于识别与神经毒性和昼夜节律破坏相关的保守分子通路的效用。此外，果蝇中昼夜节律驱动的行为输出不仅包括运动节律性，还包括由昼夜节律时钟紧密调控的睡眠-觉醒模式，这些为神经生理完整性提供了敏感的功能读出。最近果蝇中的实验工作证明，慢性膳食丙烯酰胺暴露显著降低了昼夜节律运动活动节律的稳健性——昼夜节律钟的经典功能输出。这些效应在食物相关性丙烯酰胺浓度（10?μg/g）下被检测到，对应于热加工食品（如马铃薯制品和某些面包）中报告范围的上限。虽然具有强大的机制可解释性，但果蝇对人类暴露水平或剂量-反应关系的定量外推能力有限。物种特异性代谢、神经解剖学组织和解毒途径的差异限制了直接风险预测。

哺乳动物模型：啮齿动物中的转化验证

啮齿动物模型——特别是小鼠——提供了验证和扩展无脊椎动物研究发现所必需的神经解剖学和生理学框架。小鼠大脑与人类大脑具有广泛的结构和功能同源性，包括中央昼夜节律起搏器SCN。啮齿动物SCN与人类SCN共享保守的神经元亚类、网络耦合特性、光同步通路和特征性电生理放电模式。这种保守性延伸至核心TTFL结构（CLOCK/BMAL1–PER/CRY）、基于激酶的时钟速度调节（如酪蛋白激酶1亚型CK1δ和CK1ε），以及将昼夜节律计时与代谢、神经免疫信号和突触可塑性相联系的下游通路，以及海马、皮层和肝脏中的外周昼夜节律振荡器。这种结构和功能保守性程度使啮齿动物模型能够重现昼夜节律破坏的关键特征，将其定位为机制发现与人类昼夜节律生物学之间的必要转化桥梁。Tan等人在膳食丙烯酰胺暴露背景下啮齿动物模型的转化相关性得到了强调，该研究提供了首个哺乳动物证据，证明慢性丙烯酰胺暴露涉及具有直接昼夜节律相关性的分子和功能通路。该工作证明改变的时钟相关基因表达、破坏的睡眠-觉醒组织和相位依赖性认知障碍，伴有ERK/CREB/BDNF信号失调和神经炎症激活。重要的是，这些观察与果蝇模型中报告的功能性昼夜节律扰动一致，支持跨物种对昼夜节律易损性上游机制的趋同。同时必须承认，现有啮齿动物研究主要聚焦于神经病理学和认知终点而非靶向昼夜节律表型分析。

整合性两级方法在时间毒理学中的应用：从实验室发现到人类风险评估

推进人类时间毒理学风险评估——特别是针对丙烯酰胺——需要整合性实验方法，以捕获昼夜节律破坏的分子机制和功能结果。由于单一实验系统无法完全重现人类昼夜节律系统的复杂性，同时提供遗传可及性和高通量能力，因此需要整合性两级框架。该方法在互补模型系统中建立发现，从遗传可操控的无脊椎动物模型（如果蝇）开始，延伸至生理学相关的哺乳动物模型。这一策略使机制发现能够得到功能和生理学验证，从而增强转化相关性。尽管有这些优势，跨物种整合仍存在固有挑战。神经解剖学、昼夜节律组织、代谢和丙烯酰胺毒代动力学的物种特异性差异使直接剂量-反应外推复杂化。此外，昼夜节律读出在不同生物学水平间存在差异——从无脊椎动物的运动节律性到哺乳动物的激素、睡眠相关或认知终点——需要谨慎的跨模型解释。为增强转化相关性，未来时间毒理学研究应优先跨模型系统协调昼夜节律终点，同时纳入反映现实膳食情景的暴露范式。

神经毒性评估中的昼夜节律生物标志物

在上述整合框架基础上，基于昼夜节律的生物标志物为评估神经毒性提供了补充传统结构和分子终点的功能维度。与传统依赖检测明显结构损伤或晚期行为缺陷的神经毒性测量不同，昼夜节律破坏可通过更早的功能读出捕获，包括节律幅度降低、相位提前或延迟、节律稳定性下降和节律性丧失的出现。这些参数反映时间系统组织的改变而非粗略神经病理学，因此在慢性低剂量暴露条件下可能特别具有信息价值。在果蝇等实验模型中，昼夜节律行为输出可使用高通量监测系统（如Drosophila Activity Monitoring System, DAMS）连续量化，这些记录能够定量提取核心昼夜节律指标——周期、相位、幅度、节律稳健性和节律性——以及睡眠相关参数，从而敏感检测细微功能破坏。在哺乳动物中，类似昼夜节律参数可通过遥测和活动记录术评估日常活动节律，并通过多导睡眠图解析睡眠-觉醒组织和睡眠结构。在人类研究中，可穿戴技术的最新进展允许对行为和生理节律进行连续、非侵入性监测，包括活动-休息周期、体温振荡和心率变异性（HRV）。HRV尤其反映昼夜节律控制下的交感-副交感平衡（自主节律性），并提供昼夜节律完整性的系统水平生理相关性。关键的是，昼夜节律生物标志物可整合入现有神经毒性测试框架而不取代已建立终点，而是扩展其时间分辨率。其非侵入性、定量可及性和机制相关性使其对评估缺乏即时病理学的慢性暴露特别有价值。

结论与未来方向：走向昼夜节律信息毒理学

新兴证据表明，昼夜节律节律构成丙烯酰胺诱导神经毒性背景下敏感的功能终点。在无脊椎动物和哺乳动物中进行的首次直接实验研究表明丙烯酰胺暴露可干扰昼夜节律调控，从而支持其不仅作为经典神经毒素，而且作为候选时间毒素的考虑。然而，由于当前证据范围有限、依赖实验模型且缺乏人类相关暴露水平的系统验证，这一解释仍应被视为假设驱动。同时，可用证据的若干优势值得强调：在果蝇和小鼠模型中，昼夜节律破坏在功能水平上已被观察到——表现为活动节律改变和睡眠-觉醒组织破坏——且通常先于明显的结构或炎症病理。这支持昼夜节律参数作为早期神经毒性应激机制性信息读出的价值，并强调其检测细微时间组织功能障碍的效用。这些优势必须与重要局限性相平衡，包括昼夜节律聚焦研究数量少、剂量-反应特征有限，以及暴露范式和模型系统间缺乏标准化昼夜节律表型分析。因此，关于昼夜节律破坏作为丙烯酰胺神经毒性组成部分的普遍性，关键不确定性仍然存在。特别是，此类效应是否在不同暴露持续时间、生物学背景和物种间持续存在，以及是否在人类膳食摄入相关的慢性低剂量条件下可检测，尚待确定。解决这些差距需要长期昼夜节律结果（包括活动模式、时钟基因动态、突触可塑性和涉及神经元及神经胶质振荡器的昼夜节律网络结构动态）的定向调查。应特别关注可能先于经典神经毒性结局的细微早期昼夜节律扰动，因为它们可能指示干预的关键窗口——这一可能性尚未在不同暴露条件下得到证实。超越丙烯酰胺，这些考虑提出了更广泛的研究问题，即昼夜节律失调是否代表多种环境神经毒物的共享机制通路。该领域的进展将依赖于整合时间生物学、毒理学和人群水平监测的跨学科方法，以及适用于实验和人体研究的标准化昼夜节律生物标志物方案的开发。在时间毒性背景下，相关术语"时间毒素"提供了组织未来研究和在时间毒理学研究中明确考虑昼夜节律终点的实用框架，但并不暗示监管分类或危害指定。