《Biochemistry and Biophysics Reports》：Loss of daily phase relations identified by multiomic analyses in acute pancreatitis
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这项研究致力于探索急性胰腺炎(AP)这一临床常见但缺乏靶向疗法的炎症性疾病的新治疗途径。研究人员整合分析了从AP患者外周全血样本获取的转录组、代谢组和临床实验室测量等多组学数据，发现昼夜节律(CR)失调与AP严重程度存在潜在关联，特别是核心节律基因（如CLOCK、BMAL1）和特定代谢物的节律性表达在AP中发生改变。这些探索性结果为未来研究靶向CR作为AP潜在治疗策略奠定了基础。
胰腺是我们体内一个默默工作的器官，负责消化食物和调控血糖。当它突然“发炎”——即发生急性胰腺炎(AP)时，情况会变得非常棘手。这种疾病发病急骤，是全球范围内因胃肠道疼痛住院的最常见原因之一。虽然大部分AP病例属于轻度，但约20%的患者会发展为重症，可能导致胰腺外器官衰竭、多器官功能障碍综合征(MODS)，死亡率高达30-50%。目前临床上对AP的治疗主要以支持性护理为主，缺乏直接针对疾病进程的靶向疗法，因此探索新的治疗途径迫在眉睫。
近年来，生物体内的“生物钟”——即昼夜节律(CR)，在多种疾病（如癌症、糖尿病、精神障碍）的发生发展中扮演的角色日益受到重视。我们的生理和行为、乃至基因表达和代谢活动，都以大约24小时为周期规律波动，这被外部“授时因子”（如光线、进食）和位于下丘脑视交叉上核(SCN)的中枢起搏点所精密调控。越来越多的证据表明，全身性炎症会干扰昼夜节律，反之，节律紊乱也可能加剧炎症反应。AP作为一种引发强烈炎症反应的疾病，是否会导致昼夜节律失调？而疾病发作时生物钟所处的相位，又是否会影响AP的病程和结局？这些问题此前并未得到阐明。
针对这一知识空白，一项发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》上的探索性研究应运而生。来自英国爱丁堡大学等机构的研究人员Heather Waddell、Xiaozhong Zheng、Lucile Neyton、Tyler J. Stevenson、Natalia Bochkina和Damian J. Mole联手，旨在探究AP与昼夜节律之间的双向关系。他们利用来自“AP炎症、代谢与器官衰竭”(IMOFAP)研究和“AP犬尿氨酸通路验证”(KAPVAL)研究的两组患者队列数据，开展了一项创新的多组学分析。
研究人员综合运用了几项关键技术方法来回答他们的科学问题。首先，他们利用了来自IMOFAP前瞻性队列的纵向多组学数据，该队列包含57名确诊的AP患者，在入院后多个时间点（0、3、6、12、24、48、72、168小时）采集了外周全血样本。从这些样本中，他们获取了转录组（RNA测序，RNA-Seq）、代谢组（超高效液相色谱-质谱联用，UPLC-MS）和临床实验室（如白细胞计数、炎症因子）数据。其次，他们引入了一个独立的验证队列KAPVAL，该队列包含312名AP患者，但仅提供单个时间点的代谢组数据，用于进行部分对比和趋势验证。在数据分析方面，他们采用了关键的生物信息学方法：使用CircWave软件和R包“HarmonicRegression”进行谐波回归分析，以检测基因、代谢物和血细胞计数是否呈现具有统计学显著性的24小时节律性表达模式。此外，他们还使用了线性混合效应模型来探究疾病发作时间与炎症标志物水平之间的关联。所有分析数据都统一转换为“授时时间”(ZT)以对齐昼夜节律相位。
研究结果
1. 转录组数据集的整体节律性
研究人员首先在IMOFAP队列的转录组数据中筛选具有昼夜节律表达模式的基因。在设定p值<0.01的阈值后，他们从19,206个基因中鉴定出315个基因呈现显著的节律性表达。其中表达节律性最强的十个基因包括ABHD3、ARL17B、ASXL2等。
2. 外周血样本中核心生物钟基因的整体节律性
接下来，研究团队专门分析了14个已知的核心生物钟基因。在全体AP患者中，只有CLOCK基因（昼夜运动输出周期故障基因）表现出显著的节律性表达（F: 5.07, p=0.0091），而其他基因如BMAL1（脑和肌肉ARNT样蛋白1）、PER（周期蛋白）、CRY（隐花色素）等均未达到统计学显著性。
3. 按AP严重程度分层后的生物钟基因
当按修订版亚特兰大标准将患者分为轻度、中度和重度AP组后，一个关键模式浮现出来。在轻度AP患者中，CLOCK和BMAL1两个基因均显示出显著的节律性表达。然而，在中度和重度AP患者中，这两个基因的节律性完全丧失。这表明，核心生物钟基因的日节律性表达在重症AP中可能受到了破坏。
4. 白细胞的整体节律性
与先前一些研究报道不同，本研究发现中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞计数在整个AP队列中，以及按疾病严重程度分层后，均未显示出显著的昼夜节律模式。
5. 疾病发作时间与AP炎症标志物
研究还探讨了AP发病时间（一天中的不同时段）与四种关键炎症标志物[C反应蛋白(CRP)、白介素-6(IL-6)、白介素-10(IL-10)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)]水平之间的关系。线性混合效应模型分析显示，在纳入AP严重程度作为变量后，发病时间与这些炎症标志物水平之间未发现统计学显著关联。然而，AP严重程度本身与CRP、TNF-α、IL-6（而非IL-10）的水平升高相关，这与这些标志物可作为AP严重程度预后指标的现有文献一致。
6. 代谢组数据集的整体节律性
在代谢组层面，研究也有重要发现。在IMOFAP队列的683种代谢物中，有42种呈现显著的节律性；在更大的KAPVAL队列（单时间点）的869种代谢物中，有143种呈节律性。
7. 按AP严重程度分层后的代谢物
当按AP严重程度对代谢物进行分析时，趋势变得更加明显。在IMOFAP数据中，轻度和中度AP患者分别有22和24种代谢物保持节律性，而重度AP患者仅有1种代谢物（酪氨酸）仍具节律性。在KAPVAL数据中，非重症监护室(ICU)患者有41种代谢物呈节律性，而ICU患者仅有3种。这表明重症AP可能导致代谢物的节律性表达严重紊乱。
8. 超级和亚代谢组学通路
对呈节律性的代谢物进行通路分析发现，无论是在IMOFAP还是KAPVAL数据集中，脂质代谢通路都占主导地位。在IMOFAP中，约50%的节律性代谢物属于脂质代谢超级通路，其中以单酰基甘油最为常见。KAPVAL数据也呈现类似趋势，脂质占节律性代谢物超级通路的46.9%，以磷脂酰胆碱和鞘脂代谢亚通路为主。
研究结论与讨论
这项探索性研究通过整合多组学数据，首次在AP患者中系统评估了昼夜节律的状态，并取得了若干新颖发现。研究得出结论：在AP患者的外周血中，包括核心生物钟基因CLOCK在内的众多基因和代谢物（尤其是脂质）确实呈现出昼夜节律表达模式。然而，这种节律性在疾病严重程度更高的患者中显著减弱甚至消失，特别是CLOCK和BMAL1基因的节律性在轻症AP中存在，但在中、重症AP中丧失。同时，重症AP也伴随着大量代谢物节律性的丧失。这些结果表明，AP的严重程度可能与昼夜节律系统的失调存在潜在关联。
该研究的意义重大。首先，它将昼夜节律生物学与AP这一重要的炎症性疾病联系起来，为理解AP的病理生理机制提供了全新视角。研究表明，严重的全身性炎症（如重症AP）可能破坏外周生物钟的节律性，这或许可以部分解释为何重症患者预后更差。其次，研究提示靶向调节昼夜节律可能成为未来AP治疗的一个新思路，例如通过时间疗法（在一天中特定时间给药）或使用节律调节药物来改善患者结局。最后，该研究强调了在重症患者中考虑“时间生物学”因素的重要性，为未来开发降低AP高死亡率的新干预措施开辟了道路。
当然，研究也存在一些局限性，例如缺乏健康对照组作为基线参考、样本量相对较小（特别是重症亚组）、患者住院环境（如不规则光照、睡眠干扰）可能混淆疾病特异性效应、以及统计分析未对多重检验进行严格校正等。未来的研究需要在更大规模、设计更严谨的队列中验证这些发现，并进一步阐明AP导致节律紊乱的具体分子机制，以及恢复节律是否能够改善AP的临床结局。尽管如此，这项开创性的工作无疑为AP和昼夜节律这两个领域的交叉研究奠定了重要的基石。
