综述：昼夜节律睡眠-觉醒障碍潜在的遗传变异和DNA甲基化改变的系统综述

《Sleep Medicine Reviews》：A systematic review of genetic variations and DNA methylation alterations underlying circadian rhythm sleep-wake disorders

　　

摘要
昼夜节律睡眠-觉醒障碍（CRSWDs）源于昼夜节律计时系统的改变，或内源性昼夜节律与环境及行为需求之间的失调，导致睡眠障碍和功能受损。诊断仍具挑战性，主要依赖主观评估，凸显了对生物学相关标志物的需求。尽管遗传和表观遗传因素已被证实参与昼夜节律调节，但其在临床上定义的CRSWDs中的贡献此前尚未在跨疾病层面进行系统评估。本系统综述注册于PROSPERO（编号：1117673），检查了截至2024年10月发表的与CRSWDs相关的遗传多态性和表观遗传修饰研究。在筛选的871篇文章中，38篇符合纳入标准。睡眠时相延迟综合征在18项研究（47%）中进行了调查，轮班工作障碍在17项研究（45%）中进行了调查，非24小时睡眠-觉醒节律障碍在8项研究（21%）中进行了调查。其中，27项研究了遗传变异，主要采用候选基因方法，针对核心时钟基因和昼夜节律相关通路。10项研究调查了表观遗传改变，全部局限于DNA甲基化，且仅在轮班工作障碍的背景下进行。仅有一项研究同时评估了遗传和表观遗传变异。

研究结果表明，遗传变异（特别是但不限于核心时钟基因）与CRSWDs易感性增加有关。此外，时钟基因以及MTNR1B、SIRT1和SLC6A4等基因的DNA甲基化变化可能在调节昼夜节律适应中发挥作用，尤其是在轮班工作的背景下。然而，表型定义、研究设计和混杂因素控制方面的显著异质性限制了因果推断和跨疾病比较。仅五项发现符合本综述定义的证据标准：经功能验证的导致家族性睡眠时相提前综合征（FASPS）的PER2 S662G和CSNK1D T44A突变；独立重复的与睡眠时相延迟综合征（DSWPD）相关的PER2 p.Val1205Met和RORC rs3828057关联；以及与前列腺癌风险相关的MTNR1B rs10830963与夜班工作的交互作用。所有其他报告的遗传和表观遗传关联仍处于探索阶段。

总之，本综述识别出碎片化且不均衡的证据基础，在CRSWDs的表观遗传研究和遗传-表观遗传整合分析方面存在重大空白。表观遗传研究几乎仅在轮班工作人群中进行，使得内源性CRSWDs在很大程度上未被探索。未来研究应优先开展涉及多样人群和遗传背景的纵向、全基因组和系统化表型研究。扩大对CRSWDs亚型的表观遗传研究对于提高发现的普适性以及在昼夜节律和睡眠医学中推进生物标志物开发和个性化方法至关重要。

引言
昼夜节律睡眠-觉醒障碍（CRSWDs）是一组异质性条件，其中睡眠和觉醒的时相与外部环境不匹配，导致睡眠模式紊乱和显著的功能障碍[1, 2]。患者常经历失眠和过度日间嗜睡，影响情绪、认知、日间功能、职业表现和整体生活质量[1, 3]。除睡眠障碍外，CRSWDs增加精神和医学条件的风险，包括抑郁、焦虑和心血管疾病[1, 3]。

生物节律构成了所有生物体的基本组织原则，从单细胞生物到植物和人类，控制生理和行为过程的时间调节[4, 5]。这些节律跨越多个时间尺度，包括超日节律（短于24小时）、昼夜节律（约24小时）和次日节律（长于24小时）[6]。昼夜节律对睡眠-觉醒调节尤为相关，因为它们与地球24小时光暗周期对齐，并在协调每日行为生理模式中发挥核心作用[4, 5]。

昼夜节律系统的核心是视交叉上核（SCN），这是下丘脑中一群起主起搏器作用的神经元。SCN通过视网膜下丘脑束接收来自视网膜的直接输入，使其能够将机体内部节律与光暗周期对齐[4, 5]。这个主时钟协调分布于各种组织和器官的外周时钟，这些外周时钟调节局部生理过程，如代谢、免疫功能和心脏活动[4, 5]。在分子层面，昼夜节律由几乎存在于所有细胞中的核心分子振荡器产生，由时钟基因的正负转录和翻译反馈环组成[4, 5]。CLOCK和BMAL1蛋白形成复合物，激活时钟控制基因的转录，包括Period（PER）和Cryptochrome（CRY）基因。随着PER和CRY蛋白的积累，它们通过抑制CLOCK-BMAL1活性来抑制自身的转录，从而产生大约每24小时重复一次的基因表达振荡周期[4, 5]。这些周期调节多种生理功能，包括激素分泌、体温和睡眠-觉醒周期。尽管昼夜节律系统自主运行，但它受到外部线索（即授时因子）的授时，这些线索有助于维持与外部环境的对齐（例如光暗周期、进食、身体活动）[4, 5]（图1）。

CRSWDs可大致分为两类：内源性和外源性CRSWDs[2, 3]。内源性CRSWDs由内源性昼夜节律系统的改变引起，由于昼夜时钟调节或功能机制的慢性变化所致[2, 3]。内源性CRSWDs包括睡眠时相延迟综合征（DSWPD）、睡眠时相提前综合征（ASWPD）、不规则睡眠-觉醒节律障碍（ISWRD）和非24小时睡眠-觉醒节律障碍（N24SWD，又称自由运行节律障碍）[2, 3]。当环境变化破坏睡眠-觉醒周期与内部昼夜节律之间的对齐时，发生外源性CRSWDs。例如轮班工作障碍（SWD）和时差反应障碍（JLD）[2, 3]。表1概述了每种CRSWD的临床表现。不符合已定义类别但仍涉及昼夜节律失调的睡眠障碍被归类为其他未特指的昼夜睡眠-觉醒障碍（CRSWD-NOS）[2, 3]。

在流行病学方面，尽管患病率数据不完整且不足，但CRSWDs在美国可能至少影响80万人，甚至多达300万人[7]。DSWPD被认为是最常见的CRSWD，特别是在青少年期间，报告的患病率显著高于普通成年人群。据估计占睡眠诊所慢性失眠病例的5-10%[8]。ASWPD总体不太常见，但在中年和老年人群中报告的频率高于年轻人[8]。N24SWD在视力正常者中罕见，但影响约50%的盲人群体，常与晚睡型或DSWPD病史相关[8]。ISWRD的患病率不确定，但在机构患者中常见，特别是伴有痴呆、智力障碍或创伤性脑损伤的患者[8]。据估计SWD影响约10%的夜班、凌晨和轮班工作者[8]。关于JLD和CRSWD-NOS的数据仍然稀少[8]。

CRSWDs的诊断具有挑战性，因为存在主观症状报告、依赖间接昼夜节律测量以及与睡眠障碍的重叠[9]。昼夜节律紊乱也可能受外部因素或行为影响，如时间类型差异（例如早鸟型与夜猫子型）[10]。要诊断CRSWDs，症状通常应持续至少三个月，与临床上显著的社会、职业、教育或其他重要功能领域的痛苦或损害相关，且不能被另一种睡眠障碍、医学或精神状况或药物或物质的使用更好地解释[2, 11]。当前诊断方法包括临床病史、主观睡眠日志、关于时间类型的标准化问卷（例如，早晨-晚间倾向问卷（MEQ）、慕尼黑时间类型问卷（MCTQ））以及客观评估的综合，如体动图、多导睡眠图（PSG）和昼夜节律相位标志物（例如，昏暗光褪黑素起始时间（DLMO）和核心体温最低点）[12]。体动图特别适用于多日睡眠-觉醒模式监测[11]。对于N24SWRD，至少需要14天的监测，对非视力正常者建议更长的监测时间[11]。在实践中，可能需要数周到数月才能进行全面评估[11]。尽管体动图是客观的，但它反映的是受外部因素（如工作安排）影响的行为节律，使其成为内部生物节律的不完美替代指标[13]。现代设备包括光照强度和波长传感器，用于提供环境信息，但仍主要跟踪睡眠-觉醒周期而非内源性昼夜节律[13]。多导睡眠图虽然是评估睡眠时长和质量的金标准，但不提供昼夜节律相位信息，且除非怀疑存在共病睡眠障碍，否则不常规用于CRSWDs的诊断[14]。唾液昏暗光褪黑素起始时间（DLMO）和血浆褪黑素测量在研究环境中被广泛使用，可以提高CRSWDs的诊断精确度[14]。然而，由于采样方案繁琐、成本高、需要专业环境以及缺乏普遍标准化的解释指南，其常规临床使用仍然有限[14]。尿液6-磺氧褪黑素在某些特定临床情况（如N24SWRD）中可能有用，因为它更适合长期监测[14, 15]。尽管在适当的采样条件下，尿液褪黑素代谢物水平与血浆和唾液褪黑素测量之间存在相关性，但它们提供的是褪黑素分泌的间接和时间整合估计，与血浆或唾液方法相比，在精确昼夜节律相位评估方面可能提供较低的时间分辨率[15]。其他生物标志物，如皮质醇和核心体温，也反映昼夜节律时间，但面临实际限制。皮质醇测量需要频繁采样且对压力高度敏感，而传统的核心体温监测方法（如直肠探头）是侵入性的[15]。用于测量皮肤温度波动手表式温度计显示出前景，但需要进一步验证[15]。

新兴研究增加了另一层复杂性。尽管ASWPD和DSWPD的病理生理机制均被假设为由于昼夜节律相位失调，但近期测量ASWPD和DSWPD患者相位的研究发现，改变的昼夜节律相位可能并不总是存在，睡眠时相可能提前或延迟，而潜在的昼夜节律时间并未发生相应变化[7]。这些观察进一步强调了需要更准确的诊断方法。

关于治疗，如果患者的睡眠模式与其工作或社交时间一致，则无需治疗[3]。然而，如果不是这种情况，则必须考虑治疗。对于CRSWDs，总体目标是将生物节律重新调整到理想的24小时昼夜循环。当前主要治疗方法包括褪黑素、节律疗法、光疗、认知行为疗法（CBT）和抗精神病药物[3]。然而，CRSWDs容易被误认为失眠或早醒，导致不当治疗，如催眠药或促醒剂，无法解决昼夜节律功能障碍的根本原因[3]。提高诊断准确性和靶向治疗对于改善患者预后、降低医疗成本和最小化这些障碍的负担至关重要。

过去二十年的研究将遗传改变与CRSWDs的病理生理机制联系起来，表明遗传易感性至少促成了其中一些障碍。对CRSWDs遗传基础的首次洞察来自对极端睡眠表型家族的研究。2001年，在FASPS家族中鉴定到PER2的一个错义突变（S662G）[16]，表明核心时钟基因的变异可以直接改变昼夜节律周期长度。随后的研究报告了其他核心时钟基因与DSWPD等CRSWDs的关联[17, 18, 19]，以及与睡眠时相和日偏好性个体差异的关联[20, 21, 22]，突出了遗传变异对人类昼夜节律调节的广泛相关性。除遗传因素外，表观遗传机制也可能促成CRSWDs，反映了环境暴露（如光暗周期、轮班工作或生活方式因素）对昼夜节律功能和疾病表现的影响。表观遗传学指的是不涉及基础DNA序列改变的基因表达变化[23]。这些变化由DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA（ncRNA）调控等机制介导，这些机制控制基因的开启或关闭[23]。整合遗传和表观遗传信息不仅可能导致识别更客观的CRSWDs诊断和临床管理生物标志物，还可能支持个性化治疗策略的开发。药物基因组学分析可以通过预测疗效或不良反应来指导药物选择和剂量，而表观遗传特征可以告知治疗时机或可逆性。节律疗法，即治疗与昼夜节律生物节律对齐，说明了受遗传和表观遗传调控影响的分子计时机制如何被利用来优化治疗效果并减少毒性[24]。

尽管研究不断增加，信息仍然是碎片化的。

以往的综述在很大程度上以叙述为主，或者集中于个别昼夜节律睡眠障碍或特定的时钟基因，或者更广泛地探讨昼夜节律生物学，但未对临床上定义的昼夜节律睡眠障碍进行系统评估。此外，与昼夜节律调节相关的表观遗传机制尚未在昼夜节律睡眠障碍的背景下得到系统考察。迄今为止，尚无系统综述全面整合内在和外在昼夜节律睡眠障碍中的遗传和表观遗传证据，也未比较这些疾病之间共享的或疾病特异性的生物学改变。本综述通过系统整合所有昼夜节律睡眠障碍中的遗传和表观遗传发现来填补这一空白，提供了一个框架以指导未来研究、提高诊断精度并引导个性化治疗策略。除叙述性综合外，我们还额外提取了每项纳入研究的所用统计模型、效能/样本量论证、效应估计及置信区间、多重检验校正以及独立重复验证状态，从而能够对每项报告关联的证据强度进行系统评估而非假设。

章节片段

方法

本系统综述于2025年8月1日在国际前瞻系统综述登记数据库（PROSPERO）注册（ID：1117673）。本综述按照系统综述和荟萃分析首选报告条目（PRISMA）2020声明进行和报告[25]。

结果

我们的检索确定了871项研究。经标题筛选后，164项研究被认为可能相关，经摘要筛选后保留了108项。经全文评估后，38项研究符合所有纳入和排除标准[16]、[17]、[18]、[20]、[21]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]、[47]、[48]、[49]、[50]、[51]、[52]、[53]、[54]、[55]、[56]、[57]、[58]、[59]。一个详细说明选择的流程图

讨论

在本系统综述中，我们综合了内在和外在昼夜节律睡眠障碍的遗传和表观遗传证据，识别出共享的分子机制和疾病特异性的模式。总体而言，所选研究支持核心昼夜节律时钟基因变异和昼夜节律相关通路在昼夜节律睡眠障碍易感性中的作用，而DNA甲基化改变似乎介导了环境暴露（特别是轮班工作）对昼夜节律调节的影响。

结论

本系统综述表明，昼夜节律睡眠障碍一致地与核心昼夜节律调节通路的破坏相关联，由遗传易感性和环境暴露共同塑造。在内在和外在昼夜节律睡眠障碍中，时钟基因和昼夜节律相关基因的变异似乎影响昼夜节律相位、稳定性和适应性，而在轮班工作中观察到的DNA甲基化改变表明，慢性昼夜节律错位可能在生物学上深深嵌入，具有潜在的长期

研究议程

鉴于现有文献的局限性，未来研究应考虑：
1.超越候选基因方法，优先进行全基因组和全表观基因组关联研究，以识别涉及内在和外在昼夜节律睡眠障碍的新型分子通路。
2.建立大型、特征明确且多样化的队列，包括多中心和基于人群的样本，以提高统计效能、可重复性和在昼夜节律睡眠障碍亚型中的普适性。
3.统一表型评估

实践要点

1.昼夜节律睡眠障碍通常反映昼夜节律计时系统潜在的 instability，特别是在具有极端或家族性生物钟类型的患者中，支持对疑似昼夜节律睡眠障碍进行常规的生物钟类型、家族史和昼夜节律相位标记物的临床评估。
2.睡眠剥夺应当被视为一种生物学异质性的状态，其中个体对夜间或轮班工作的易感性和适应性存在广泛差异；新兴的表观遗传学证据表明，累积的昼夜节律错位

数据可用性

应要求提供（联系通讯作者）。

利益冲突声明

作者无利益冲突需要声明。

已提交使用已发表材料的许可申请。

致谢

我们衷心感谢来自葡萄牙科英布拉大学神经科学与细胞生物学中心的Rita Félix对本综述中图1设计的支助。

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