综述：卒中中血-脑界面的时间性脆弱性：昼夜节律动态、炎症与衰老的分子机制

《International Journal of Molecular Sciences》：Temporal Vulnerability of the Blood-Brain Interface in Stroke: Molecular Mechanisms of Circadian Dynamics, Inflammation, and Aging

　　

卒中仍是全球长期残疾与死亡的主要原因之一。日益增多的证据提示，卒中的发生时间及其严重程度均呈现显著的昼夜节律模式。血-脑界面（BBI）负责调控外周循环与中枢神经系统之间的双向通信，在脑血管损伤中发挥关键作用。衰老可通过削弱分子时钟功能并增强炎症激活而进一步加剧上述过程。本综述考察了血-脑界面（BBI）的昼夜节律性调控、衰老及其对卒中易感性的影响。阐明昼夜生物学如何调节神经血管功能，可能揭示新的治疗靶点以及依赖时相的卒中预防与治疗策略。

1. Introduction

文章首先指出，卒中是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要疾病之一，而衰老是最重要的不可改变危险因素。作者强调，传统上卒中常被视为一种静态的血管事件，但越来越多的流行病学证据表明，卒中的发生并非随机，而是受昼夜节律显著塑形，不仅发病时间具有规律性，损伤严重程度也具有时间依赖性。基于这一认识，文章提出“时间性脆弱性”这一核心概念，即内源性昼夜节律可能形成脑血管系统易损性的动态窗口。作者进一步引入血-脑界面（BBI）的概念，认为其不应被理解为单纯静态的血-脑屏障，而应被视为一个动态、多细胞、具有调控功能的界面。文章认为，衰老可削弱该界面的节律性与稳态维持能力，从而扩大卒中易损窗口，并导致老年个体出现更差的临床结局。

2. Circadian Modulation of Stroke Risk and Severity

2.1. Circadian Rhythms

本节系统阐述昼夜节律的生理与分子基础。昼夜节律是接近24 h的内源性振荡，由下丘脑视交叉上核（SCN）作为中枢主时钟进行协调。光信号经视网膜输入后同步SCN，使机体内在生物时间与外界昼夜周期保持一致。SCN再通过神经、内分泌及自主神经通路同步外周组织中的时钟。褪黑素作为重要激素介质，在暗相分泌升高，参与外周时钟的同步。分子层面上，昼夜节律依赖转录-翻译反馈环（TTFL）。核心时钟基因包括BMAL1与CLOCK，两者形成异源二聚体后结合Enhancer Box（E-Box），驱动PER（PERIOD）与CRY（CRYPTOCHROME）等基因转录；随后PER-CRY复合体反向抑制BMAL1-CLOCK介导的转录，形成循环振荡。作者借此说明，血-脑界面的节律调控具备明确的分子时钟基础。

2.2. Circadian Patterns of Stroke Onset

本节综述了卒中发病时间的昼夜节律模式。自20世纪70年代以来，多项临床观察逐步证实卒中发生存在明显时间聚集性。尽管早期研究结果并不完全一致，但后续大样本住院与社区人群研究普遍显示，卒中在早晨至中午时段更易发生，夜间则相对较少。一些研究还提示存在次级晚间高峰。作者认为，这一模式与晨起交感神经活性增强、血压升高、心率变化及血小板聚集增强等生理波动相吻合，说明卒中风险窗口可能由行为转换与内源性节律共同驱动。通过对多年代研究的整合，文章将卒中从“随机血管事件”重新界定为“受生物时间调控的疾病过程”。

2.3. Circadian Patterns of Stroke Severity

除发病风险外，作者进一步讨论卒中严重程度同样具有昼夜差异。临床研究显示，夜间起病卒中更易发生早期神经功能恶化（END），3个月功能结局更差，且梗死核心体积更大。动物研究也观察到类似现象：不同Zeitgeber Time（ZT）诱导的卒中虽然并非在所有研究中都表现为相同的发病率差异，但梗死体积和功能损害存在显著时相依赖性。文章据此指出，昼夜节律不仅影响卒中何时发生，也影响损伤一旦启动后的扩展程度与恢复潜力，但其底层机制仍有待深入阐明。

3. The Blood–Brain Interface in Stroke

3.1. Historical Evolution of the Blood–Brain Barrier

本节回顾血-脑屏障概念的历史演进。作者从Ehrlich、Goldman等经典染料实验谈起，说明中枢神经系统与外周循环之间存在选择性交换屏障。随着电子显微镜研究揭示脑微血管内皮细胞之间的紧密连接，血-脑屏障（BBB）长期被视为阻止血浆成分扩散入脑实质的被动“墙”。然而，分子生物学进展显示，脑内皮细胞并非单纯封闭结构，而是表达多种转运体、受体及信号分子，并与星形胶质细胞、周细胞及细胞外基质共同维持稳态。由此，神经血管单元（NVU）概念逐渐形成，并推动研究视角由静态BBB转向动态血-脑界面（BBI）。

3.2. Cellular and Structural Complexity of the NVU

作者随后详细概述神经血管单元（NVU）的细胞组成与结构复杂性。血-脑界面的核心为脑微血管内皮，其具有连续性紧密连接、极低跨胞吞转运率以及特异性紧密连接蛋白表达，包括claudin-5、occludin和ZO-1。内皮下方的基底膜由层粘连蛋白、胶原与nidogen等组成，为屏障提供结构支撑与信号调控。周细胞包裹于微血管外侧，可通过收缩与舒张调节血流，并经PDGF-B/PDGF-R、TGF-β、Ang-1/Tie2及connexin-43等通路与内皮双向交流，维持血管稳态和屏障完整性。星形胶质细胞则通过足突包绕微血管，其AQP4和Kir4.1富集有助于水与离子稳态调节；同时，星形胶质细胞可分泌bFGF、Ang-1、TGF-β和VEGF等旁分泌因子，从而调控内皮紧密连接与转运功能。作者强调，血-脑界面本质上是多细胞协同作用的动态调控系统。

3.3. The NVU in Stroke

在卒中背景下，血-脑界面是最早遭受损伤且决定病情演进的重要结构之一。缺血发生后，氧与葡萄糖供应骤停，引发神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞及内皮细胞能量衰竭，ATP耗竭导致离子泵失活、膜去极化以及坏死或程序性细胞死亡。濒死细胞释放损伤相关分子模式（DAMPs），包括细胞外ATP、线粒体DNA、高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、活性氧（ROS）及calprotectins等。这些危险信号通过模式识别受体（PRRs）激活小胶质细胞、血管周围巨噬细胞及内皮细胞，引发NF-kB、MAPKs和STAT等炎症通路，促进IL-6、TNF-α、IL-1β、CCL2与CXCL1等炎症介质上调。随后，内皮细胞表达P-selectin、E-selectin、ICAM-1与VCAM-1，并建立趋化因子梯度，驱动白细胞滚动、黏附与跨内皮迁移。中性粒细胞首先进入脑组织，释放基质金属蛋白酶-9（MMP-9）与ROS，破坏基底膜并增加出血性转化风险，同时形成中性粒细胞胞外诱捕网（NETs），促进微血管血栓形成。其后单核细胞和巨噬细胞募集增加，进入脑实质后与驻留小胶质细胞共同放大炎症或参与修复。T细胞浸润则进一步通过IFN-γ与IL-17A加剧屏障破坏与旁细胞通透性升高。随着病程进展，巨噬细胞与小胶质细胞逐渐向修复性状态转变，释放IL-10与TGF-β并促进VEGF、IGF-1及BDNF相关修复过程。然而，若炎症消退受阻，尤其在衰老或节律易损时窗中，血-脑界面不稳定可持续存在并恶化远期结局。

4. Circadian Regulation of the BBI

4.1. The Molecular Circadian Clock

本节讨论血-脑界面的昼夜节律性分子调控。作者指出，内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞均表达规范的分子时钟。研究显示，血-脑界面外排转运体P-glycoprotein（ABCB1/MDR1）的活性在小鼠中呈现昼夜振荡，并在活动相达到高峰。这种节律依赖内皮分子时钟，且与BMAL1调控TRPM7及细胞内Mg²⁺节律变化相关，而非单纯取决于ABC转运体转录水平变化。文章还引用外周屏障研究说明，occludin与claudin-5等紧密连接蛋白的表达也可能受时钟基因调节，提示血-脑界面的通透性与屏障强度或许同样具有时相性，只是在人脑中仍缺乏直接证据。

4.2. Astrocytes and Microglia Are Under Circadian Control at the BBI

作者进一步指出，血-脑界面相关胶质细胞活动也受昼夜节律显著调控。星形胶质细胞在中枢神经系统内具有较强时钟功能，AQP4定位和类淋巴系统流动均显示显著的节律变化，且在休息相更为突出。星形胶质细胞内Ca²⁺活动及ATP释放同样具有日周期特征。小胶质细胞方面，TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子的释放呈节律性变化，吞噬活性、形态分枝复杂度以及对突触的吞噬也随时相改变。作者据此认为，血-脑界面的炎症反应阈值、监视状态及代谢-免疫耦联能力均可能随一天中的不同时间而波动。

4.3. The Peripheral Immune System Is Under Circadian Control

除中枢局部机制外，外周免疫系统也具有明确昼夜节律。作者总结指出，在小鼠中，白细胞黏附、迁移及组织归巢随活动相增强，并受交感神经肾上腺素能调控影响。ICAM-1、VCAM-1、selectins及趋化因子等黏附与迁移相关分子也表现出组织特异性的节律表达。巨噬细胞转录组中有相当比例受时钟调节，其细胞因子表达及NLRP3炎症小体活性亦与线粒体代谢和ROS生成的节律控制相关。由此，作者提出，当卒中发生时，外周免疫系统已处于特定相位状态，这将直接影响免疫细胞募集至血-脑界面的速度与强度。

5. Aging and BBI Dysfunction in Stroke

5.1. Aging Impacts Stroke-Induced Inflammation

本节聚焦衰老如何放大卒中相关炎症。衰老伴随“炎性衰老”（inflammaging），表现为IL-6、TNF-α和IL-1B等促炎介质慢性低度升高，并与NF-kB通路及NLRP3激活有关。实验性脑缺血研究显示，老年小鼠卒中后死亡率更高，尽管部分研究中梗死体积未必更大，但出血性转化更明显，提示病情更为严重。老年个体卒中后循环中性粒细胞比例升高、白细胞浸润增强，并伴随ZO-1与claudin-5表达下降以及血-脑界面渗漏增加。作者据此认为，衰老改变了卒中后的免疫反应方式与屏障脆弱性。

5.2. Aging-Induced Vulnerability of the BBI

作者进一步从结构和分子层面分析衰老导致的血-脑界面易损性。老龄脑微血管表现为毛细血管密度下降、氧化应激增加及内皮功能障碍。内皮型一氧化氮合酶（eNOS）活性随年龄下降，导致一氧化氮（NO）生物利用度减少，并与caveolin-1（CAV-1）相关反馈失衡共同促进白细胞黏附增加、血管反应性下降和跨胞转运增强。与此同时，紧密连接蛋白表达降低且膜定位紊乱，旁细胞封闭能力减弱，内源性IgG外渗与屏障通透性上升。周细胞数量减少、形态萎缩，也会削弱神经血管耦联与内皮支撑。整体而言，衰老使血-脑界面在卒中发生前即处于预先脆弱状态。

5.3. Circadian Senescence: Aging and the Decline of Molecular Rhythmicity

本节提出“昼夜节律性衰老”概念。作者指出，衰老不仅削弱血-脑界面的结构完整性，还会降低中枢及外周时钟的振幅、相位精确性和振荡器耦联。视交叉上核（SCN）神经元在老龄状态下表现为放电节律减弱、同步性下降以及VIP和GABA能信号受损。分子层面上，核心时钟基因，尤其BMAL1，随年龄显著下降。BMAL1缺失与系统性早衰表型、血-脑界面功能障碍及神经血管单元破坏相关。更重要的是，这种时钟衰退并非被动结果，而是受到慢性炎症主动驱动：NF-κB通路可抑制BMAL1/CLOCK转录活性，在血管内皮中还可通过启动子甲基化抑制BMAL1表达，并进一步放大炎症信号。文章由此提出，炎性衰老与节律侵蚀在内皮层面形成自我强化的恶性循环。

6. Integrative Framework and Conclusions

最后，文章构建了一个整合性框架，将昼夜节律、血-脑界面、炎症和衰老统一纳入卒中易感性的解释体系。作者强调，人类为昼行性而啮齿类为夜行性，因此临床与动物研究必须重视生物学相位对应关系，并在实验与临床记录中报告Zeitgeber Time（ZT）、光暗周期、取样与干预时间，以提高可重复性和跨研究整合能力。文章进一步讨论了时间治疗学（chronotherapy）在卒中中的潜力，指出静脉溶栓、褪黑素及其受体激动剂、REV-ERBα激动剂等疗法均可能表现出时间依赖性效应。与此同时，作者认为，建立具有持续监测能力的体外模型，尤其是基于诱导多能干细胞（iPSC）和微流控技术的“BBI on chip”平台，将有助于解析人类血-脑界面的节律行为。总体而言，本文认为，衰老通过削弱分子时钟并增强慢性炎症而功能性、机制性地损害血-脑界面；随着时钟去同步化加重，炎症张力升高，界面稳定性下降，从而扩大卒中的时间性脆弱窗口。这一前馈循环为老龄人群卒中高风险和高严重度提供了机制解释，也提示基于昼夜节律的精准防治策略具有重要前景。