植物化学物经REV-ERB调控昼夜节律系统神经功能机制的研究进展

《Nutrients》：REV-ERB-Mediated Regulation of Neural Functional Mechanisms by Phytochemicals in the Circadian System

　　

摘要 REV-ERB作为昼夜节律调控网络中的核受体，通过调控时钟基因表达维持昼夜节律稳定性，并参与中枢神经系统（central nervous system, CNS）稳态的维持，已成为神经退行性疾病有前景的干预靶点。除昼夜节律调控外，REV-ERB在多种关键生理过程中不可或缺，包括器官功能调节、代谢、免疫应答以及神经活动和转录调控。多种植物化学物已被证实可通过REV-ERB及其下游级联反应调控CNS功能与全身代谢。本综述总结了REV-ERB在CNS稳态与功能中的调控潜力，考察了多种植物化学物在该调控通路中的作用，特别关注其调节神经健康的潜力。本工作有助于加深研究人员对REV-ERB介导的植物化学物神经保护与代谢作用的理解，并为以昼夜节律为导向的功能性食品设计及植物化学物在预防神经退行性疾病中的应用提供科学依据。

1. 2.
   REV-ERB的中枢调控潜力

2.1 神经炎症

神经炎症指发生在CNS内的炎症反应，与脑卒中、阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）、亨廷顿病和抑郁症等疾病相关。REV-ERBα通过调节胶质细胞反应和免疫信号通路在神经炎症调控中发挥重要作用，并影响促炎与抗炎介质之间的平衡，从而塑造整体神经炎症环境。REV-ERBα激动剂可抑制脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）诱导的IκBα激酶（IκK）磷酸化，阻止IκBα降解和核因子κB（nuclear factor kappa B, NF-κB）核转位，从而抑制包括IL-6和TNFα在内的促炎基因表达与分泌。REV-ERBα激动剂SR9009可抑制LPS或部分坐骨神经结扎诱导的Iba1上调，并降低大鼠脊髓小胶质细胞中IL-1β和IL-6 mRNA水平。REV-ERBα还可通过与RORγt竞争结合DNA反应元件抑制IL-17a表达，从而调控Th17细胞及相关促炎因子的产生。因此，REV-ERBα通过阻断NF-κB激活、调节小胶质细胞和拮抗Th17通路抑制炎症因子产生，具有作为抗神经炎症药物的潜力。

2.2 神经可塑性

神经可塑性是理解脑发育、学习和CNS稳态调节的基础框架。REV-ERBα参与神经可塑性的调控，从而影响突触重塑和神经元功能。小鼠内侧前额叶皮层兴奋性神经元中Bmal1敲低不仅阻断氯胺酮的抗抑郁效应，还下调突触可塑性关键分子Homer1a的表达；REV-ERB激动剂SR10067处理同样下调Bmal1和Homer1a，损害氯胺酮的抗抑郁疗效。Bmal1缺失会上调海马中补体C4B（C4b）和补体C3的表达，Rev-erbα缺失进一步增强该效应，导致小胶质细胞突触吞噬增强，尤其在CA3区域。突触吞噬呈现昼夜节律性，但在Rev-erbα缺陷小鼠中该节律消失。REV-ERB激动剂SR9009对成年海马神经干/祖细胞（adult hippocampal neural stem/progenitor cells, AHPs）的增殖和神经发生具有双向效应：0.1 μM促进突触生长，而2.5 μM则抑制该过程。REV-ERB通过调节Bmal1-Homer1a轴、调整小胶质细胞突触吞噬的昼夜节律以及影响AHPs的增殖分化，维持神经可塑性，在神经发育和退行性疾病中发挥突触稳态调控作用。

2.3 小胶质细胞功能

小胶质细胞是CNS中的主要固有免疫细胞，根据激活状态分为M1（经典激活）和M2（替代激活）两种表型。REV-ERBα可结合NF-κB信号通路基因（如Traf2和Nfκb2）的启动子区域，抑制其表达，从而维持小胶质细胞的静息状态。REV-ERBα缺失时Traf2表达上调，NF-κB信号增强，促进IL-1β、TNFα、IL-6等促炎细胞因子的表达。REV-ERBα激动剂SR9011通过抑制线粒体呼吸链降低小胶质细胞能量代谢，减少氧消耗和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP）产生，并下调肉碱棕榈酰转移酶1（Cpt1）、丙酮酸脱氢酶激酶1（Pdk1）和己糖激酶2（Hk2）等关键代谢基因的表达。REV-ERBα通过调控NF-κB信号基因和线粒体活性调节小胶质细胞免疫应答和能量代谢，参与神经系统疾病的发病过程。

2.4 淀粉样斑块沉积

AD的典型病理特征为细胞外淀粉样蛋白-β（amyloid-beta, Aβ）斑块和过度磷酸化tau蛋白组成的神经原纤维缠结。APOE4等位基因通过抑制Aβ清除、增强小胶质细胞活化和促进促炎细胞因子产生加剧AD进展。动物模型中Rev-erbα基因敲除可减少5XFAD小鼠淀粉样斑块的数量和大小，并降低TREM2、CD45和Clec7a等疾病相关小胶质细胞标志物的表达。体外实验中，抑制REV-ERB可增强小胶质细胞对Aβ的摄取。REV-ERB激动剂SR9009可降低APOE4脑内皮细胞中线粒体超氧化物水平和细胞硬度，同时降低MCP-1/CCL2和KC/CXCL1等趋化因子水平。REV-ERB通过调节淀粉样斑块数量和大小、增强小胶质细胞Aβ清除以及调节ApoE表达，减少AD中Aβ肽积累，从而缓解阿尔茨海默病理。

2.5 神经代谢

神经代谢异常不仅是癫痫的慢性伴随状态，也可能是癫痫发生的直接因素。REV-ERB对神经代谢的调控包括γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）合成和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信号通路等途径。吡哆醇代谢对神经递质GABA的生物合成至关重要，该过程与癫痫发生密切相关，且相关酶受昼夜节律调控。REV-ERBα通过抑制结节性硬化复合物1（Tsc1）的转录激活mTOR复合物1（mTORC1）信号通路，该作用还影响BMAL1的磷酸化水平，从而诱导昼夜节律改变。REV-ERB通过调节吡哆醇代谢相关酶的昼夜节律以及通过抑制Tsc1转录激活mTORC1信号通路来调控神经代谢。

2.6 睡眠与食欲调节

REV-ERB通过转录调控核心昼夜节律基因来调节睡眠相关和促食欲基因。Rev-erbβ敲除小鼠在暗期清醒时间显著减少，慢波睡眠和快速眼动睡眠增加，同时睡眠促进基因（如Fos、Gabrα5）和促醒基因（如Hrh1）表达上调。下丘脑产生的食欲素（orexin）通过与单胺能、胆碱能和GABA能神经元系统相互作用参与睡眠/觉醒周期调节。Rev-erbα敲除小鼠对蔗糖和巧克力等高奖赏食物表现出更高的摄入量和偏好，该表型在夜间活跃期更为明显。REV-ERBα通过结合食欲素启动子中的ROR元件（RORE）抑制其表达，从而调节食欲。REV-ERB通过调节Fos和Gabra5等睡眠相关基因的表达以及影响食欲素表达来调控睡眠和食欲，在协调睡眠-觉醒行为与代谢过程中发挥重要作用。

2.7 C/EBP家族相关转录调控

CCAAT/增强子结合蛋白（C/EBP）家族包括C/EBPα、C/EBPβ和C/EBP同源蛋白（CHOP），参与神经元发育、神经炎症和神经退行性疾病。C/EBPα可反式激活MIR128-1并调节miR-128表达，从而影响tau磷酸化和淀粉样蛋白-β积累。REV-ERBα可通过Chop启动子中的RORE区域激活C/EBP同源蛋白（CHOP, DDIT3）的转录。REV-ERBα激活可损害C/EBPβ与SAA1启动子的结合，抑制SAA1相关炎症反应和焦亡。C/EBPβ调节delta-分泌酶表达，促进AD模型中的淀粉样蛋白和Tau病理、神经炎症及认知障碍。这些发现支持REV-ERBα与C/EBP家族介导的转录调控在炎症和神经退行性过程中的功能联系，但REV-ERBα是否直接调控CNS驻留细胞中的C/EBPα或C/EBPβ仍有待确定。

1. 3.
   植物化学物通过昼夜节律时钟中的REV-ERB调控神经与代谢系统

3.1 川陈皮素

川陈皮素（Nobiletin, NOB）是从柑橘皮中提取的多甲氧基黄酮类化合物，具有抗炎、抗肿瘤和神经保护等多种生物活性。NOB可剂量依赖性地抑制手术诱导的全身和神经炎症，逆转手术引起的前额叶皮层昼夜节律时钟基因（包括Bmal1、Rev-erbα和Rorγ）表达降低，同时抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的产生。NOB可降低APP/PS1双转基因小鼠大脑皮层中Bace1和ApoE等AD相关基因的表达，减少APP蛋白水平，改善Aβ病理，并激活Bmal1、Npas2和Rorα等核心时钟基因的表达。NOB还可恢复酒精诱导的Rev-erα和Rev-erβ表达下调，降低ALT、AST、TG和TC水平，通过激活BMAL1-AKT-脂质生成通路改善肝脏病理和葡萄糖耐量，缓解酒精性肝病。NOB通过激活RORs并增加Bmal1、Per2和Cry1等时钟基因蛋白水平来调节RORs与REV-ERBs之间的平衡，减少糖尿病小鼠体重增加、降低血糖水平、改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。

3.2 姜黄素

姜黄素（Curcumin）是从姜黄根茎中提取的生物活性化合物，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤和降脂等药理特性。姜黄素补充可恢复中年大鼠Per1、Per2、Cry1和Cry2的相位以及老年大鼠Per1相位和每日脉冲，并增加视交叉上核（SCN）中Bmal1、Per2、Cry1和Cry2的表达水平。姜黄素可恢复衰老大鼠肾脏中时钟基因的表达，并降低Nfκb1、TNFα、IL-6、Tlr4和Tlr9等免疫基因的表达。在大鼠C6胶质瘤细胞中，5 μM姜黄素诱导节律性凋亡，而10 μM姜黄素抑制有丝分裂并破坏细胞死亡的昼夜节律调控。姜黄素补充可恢复衰老破坏的昼夜节律和时钟基因表达，减弱免疫相关基因表达，并以剂量依赖方式与昼夜节律系统相互作用发挥中枢保护作用。

3.3 (-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯

绿茶多酚(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（(-)-epigallocatechin-3-gallate, EGCG）是绿茶中最丰富的儿茶素和主要活性成分。EGCG可通过调节下丘脑中食欲调节基因（包括AGRP、POMC和CART）的表达来调节高脂饮食诱导的肥胖小鼠的进食行为，减少每日食物摄入量和频率。在大鼠手术性脑损伤模型中，EGCG升高脑组织中Bmal1表达并降低氧化应激标志物丙二醛（MDA），减轻神经元凋亡和变性，缓解脑水肿。EGCG可通过增强昼夜节律振幅恢复高脂高果糖饮食（HFFD）诱导的下丘脑时钟基因（如Bmal1、Clock和Cry1）和食欲调节基因（如AGRP、POMC和CART）的节律性表达紊乱，改善代谢紊乱和进食行为。EGCG还可改善HFFD引起的肝脏和脂肪组织中Bmal1、Clock、Rev-erbα和Rev-erbβ等昼夜节律基因的节律紊乱，并影响Sirt1和Pgc1α的表达，从而改善代谢功能。

3.4 葛根素

葛根素（Puerarin）是从葛根中提取的关键异黄酮，具有血管舒张、抗炎、抗凋亡和降血糖等特性。葛根素通过阻断Rev-erbα介导的转录抑制，上调关键同型半胱氨酸代谢酶甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）、胱硫醚β-合酶（CBS）和胱硫醚γ-裂解酶（CTH）的表达，从而缓解小鼠高同型半胱氨酸血症。该调控效应在Rev-erbα缺陷细胞中被消除，表明葛根素通过拮抗Rev-erbα介导的转录抑制发挥抗高同型半胱氨酸血症的保护作用。在DSS诱导的慢性结肠炎模型中，葛根素靶向Rev-erbα，在ZT10给药比ZT2给药更能有效抑制结肠中Nlrp3、IL-1β、IL-6、TNFα和Ccl2等炎症因子的表达，并减轻结肠损伤。葛根素通过靶向Rev-erbα解除对同型半胱氨酸清除酶BHMT、CBS和CTH的抑制，降低同型半胱氨酸水平，并以时间依赖性方式抑制结肠炎症因子表达，从而发挥血管舒张、抗炎和心脑保护作用。

3.5 辣椒素

辣椒素（Capsaicin, CAP）是辣椒中的活性成分，具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎和神经保护作用。新生期注射CAP可降低SD大鼠背根神经节中瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）表达，损害有害热感知，并逆转核心体温昼夜节律，该紊乱与肝脏和下丘脑中Hsf1和Per2表达异常升高相关。在持续黑暗诱导的昼夜节律紊乱小鼠模型中，CAP修复结肠屏障并重塑肠道菌群多样性，同时恢复肝脏和结肠中Bmal1、Clock和Rev-erbα等昼夜节律基因的表达。CAP激活TRPV1通道并恢复HFFD诱导的肝脏时钟基因（如Rev-erbα、Bmal1）昼夜节律紊乱。在HepG2细胞中，Rev-erbα敲低消除了CAP诱导的脂肪酸合酶（FAS）、乙酰辅酶A羧化酶（ACC）抑制以及AMPK和Pgc-1α的恢复，与TRPV1敲低效果一致，表明CAP以TRPV1依赖性方式通过REV-ERBα介导脂质代谢调控，缓解肝脏脂质积累和损伤。

3.6 白藜芦醇

白藜芦醇（Resveratrol）是存在于葡萄、花生和浆果等食物中的天然多酚化合物。在帕金森病（Parkinson's disease, PD）模型中，白藜芦醇通过激活SIRT1降低中枢神经系统纹状体中BMAL1乙酰化水平，恢复Per2和Cry1等昼夜节律基因的表达，并增强多巴胺能神经元中过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化酶的活性。白藜芦醇上调Rev-erbα表达并抑制AMPK/TANK结合激酶1（TBK1）介导的线粒体自噬通路，减弱高脂高蔗糖（HFS）诱导的骨骼肌线粒体含量下降。白藜芦醇还可逆转高脂饮食（HFD）诱导的大鼠白色脂肪组织中Rev-erbα的异常表达，并伴随FAS活性和脂质合成降低。白藜芦醇通过激活SIRT1和降低BMAL1乙酰化改善PD模型中的抗氧化能力，同时通过抑制AMPK/TBK1介导的线粒体自噬并升高Rev-erbα来逆转饮食诱导的肌肉和脂肪代谢衰退。

3.7 原花青素

原花青素（Proanthocyanidins, PAs）又称缩合单宁，是决定茶、葡萄酒和果汁等饮料风味和涩味的类黄酮聚合物。在ZT0给予PAs可调节下丘脑Bmal1及其下游靶点烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）的表达，从而改变血浆褪黑素水平和多种代谢物的昼夜振荡。在ZT12给予PAs可上调Rev-erbα的mRNA水平，表明Rev-erbα是时钟网络中的时间敏感调节因子。PAs还可上调NAMPT表达，增加烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD?）水平，增强健康和肥胖大鼠中的BMAL1乙酰化，进而调节肝脏、肠道和白色脂肪组织中Bmal1、Clock、Per2、Rev-erbα和Rorα等昼夜节律基因的表达。原花青素在ZT0抑制Bmal1/NAMPT、在ZT12诱导Rev-erbα，发挥对昼夜节律基因的时间依赖性调控，并通过激活NAMPT-NAD?通路缓解肥胖相关的昼夜节律和代谢紊乱。