综述：昼夜节律：肌肉骨骼疾病背后隐藏的“提线木偶师”

《Journal of Orthopaedic Translation》：Circadian rhythm: The hidden “puppet master” behind musculoskeletal disorders

　　

昼夜节律（circadian rhythm, CR）由下丘脑的中枢生物钟调控，并与外周组织的局部时钟同步，可协调局部组织对环境的周期性节律变化做出生理响应。光暴露、进食、运动等环境线索和行为因素可使这些节律同步或去同步化，异常状态可导致人体昼夜节律紊乱。跨时区旅行、倒班工作、不规律饮食等现代行为会破坏机体自然昼夜节律，进而可能通过多种通路促进肌肉骨骼疾病的发生发展。本综述总结了昼夜节律在骨、软骨、肌腱和肌肉等肌肉骨骼系统生理中的作用，以及昼夜节律紊乱参与各类肌肉骨骼疾病的机制。此外，研究人员还讨论了基于昼夜节律的肌肉骨骼疾病干预策略，包括重置生物钟或优化给药时间。 本综述的转化潜力在于：全面阐明昼夜节律在肌肉骨骼系统生理与病理中的作用，可为肌肉骨骼疾病的防治提供重要的治疗与预防思路，对推进相关疾病的诊疗进展具有重要意义。

1. 1.
   引言
   昼夜节律是人类和动物为适应地球自转而形成的规律性生理活动与行为模式，与摄食-禁食、活动-休息、睡眠-觉醒周期密切相关。完整的昼夜节律系统（又称生物钟系统）包含位于下丘脑视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）的主时钟、脑内非SCN生物钟，以及分布于外周组织的外周亚时钟（又称昼夜节律振荡器）。主时钟通过驱动节律性生理过程并产生调节神经元活动和激素释放的信号，实现对外周亚时钟的同步调控。外周组织的细胞自主分子钟通过产生组织特异性节律以满足日常需求，进而调节局部生理与代谢。主时钟与外周亚时钟协同作用，维持机体正常生理功能。光暴露、进食、运动等被称为授时因子（zeitgebers）或昼夜节律导引因子的环境与行为因素，可使这些节律同步或去同步化。“zeitgeber”一词源于德语，意为“时间信号”，指能够使机体内部时钟与24小时昼夜周期同步的外部信号。昼夜节律导引可使内部生物钟与外部环境的24小时昼夜周期在时间上对齐，优化代谢与能量分配以适应生理需求的日间变化，健康的昼夜节律需要昼夜节律系统在光暗周期内维持最佳功能、节律性和协调性，从而保持生理与行为稳态。
   人类肌肉骨骼系统也具有内在的细胞昼夜节律，受外部环境线索和内部主时钟共同调控。细胞内的分子钟使组织能够预判局部环境的节律性变化及特定需求，表现出组织特异性。肌肉骨骼系统的所有组分——包括骨、软骨、骨骼肌和肌腱——均拥有维持组织稳态的组织特异性节律系统。组织内的振荡基因（时钟调控基因）包含关键的组织特异性转录因子、特征性结构蛋白，以及该组织基础代谢通路相关的基因。因此，肌肉骨骼系统的局部组织时钟在组织生理与疾病中发挥关键作用。生理状态下，昼夜节律基因表达的相位与动物的休息-活动周期耦合，有利于维持肌肉骨骼系统稳态；而昼夜节律失调会损害肌肉骨骼健康的内分泌、炎症和生物力学决定因素，加速肌肉骨骼疾病进展。已有研究证实，骨质疏松、关节炎、肌肉萎缩/肌少症、肌腱炎/腱病等多种肌肉骨骼疾病表型均与昼夜节律紊乱密切相关。因此，恢复肌肉骨骼系统的内在昼夜节律并使其与全身其他组织及外部环境同步，将有助于肌肉骨骼疾病的防控。
   本综述系统总结了昼夜节律在肌肉骨骼生理中的作用，阐明了昼夜节律紊乱参与各类肌肉骨骼疾病的机制，同时探讨了基于昼夜节律的肌肉骨骼疾病干预策略，包括重置生物钟或优化给药时间。深入理解昼夜节律在肌肉骨骼系统生理与病理中的作用，可为相关疾病的防治提供重要机遇，对推进相关疾病的临床管理具有重要意义。
2. 2.
   昼夜节律的分子机制与授时因子
   2.1 昼夜节律的分子机制
   哺乳动物的24小时昼夜时钟由中枢和外周振荡器网络共同调控，统筹细胞和系统层面的节律（包括肌肉骨骼系统的节律）。大多数调控昼夜节律的生物钟因子为半衰期有限的转录因子或核激素受体，可实现每日振荡与周转。在分子层面，昼夜节律由核心时钟基因驱动的转录-翻译反馈环路（transcriptional-translational feedback loop, TTFL）调控，以24小时为周期运行。该环路包含正向调控臂（涉及核心时钟基因CLOCK和BMAL1）、反向调控臂（涉及核心时钟基因PERs和CRYs），以及辅助稳定环路（涉及核受体REV-ERBs和RORs）。觉醒期开始后，BMAL1和CLOCK基因发生转录翻译，形成BMAL1/CLOCK异二聚体。随后该异二聚体结合至PER和CRY基因启动子区的E-box应答元件，调控其表达。PER和CRY蛋白在日间逐渐累积，发生异二聚化并在夜间转运至细胞核，诱导对BMAL1和CLOCK转录活性的负反馈抑制，进而抑制自身转录。之后PER和CRY蛋白降解，解除这种负反馈，使昼夜时钟启动新的循环，形成具有周期性振荡的负反馈环路。此外，由核受体REV-ERBs和RORs组成的辅助反馈环路也可协助稳定核心昼夜节律回路：二者的转录由BMAL1/CLOCK异二聚体激活，可结合至BMAL1启动子的RRE元件，抑制或激活BMAL1转录。DBP蛋白可结合另一种昼夜节律启动子元件D-box，驱动其他时钟基因的表达；NFIL3可与DBP竞争抑制D-box元件，形成双向调控网络，为ROR家族基因的转录提供额外调控层级。
   时钟调控基因的节律性表达主要由上述转录-翻译反馈环路驱动，通过调控基因转录、剪接、终止、翻译及翻译后修饰等表达过程的不同阶段，实现对昼夜节律的调控。在不同物种中，核心时钟机制以物种特异性的方式调控近半数表达基因。然而，昼夜节律机制如何与组织特异性转录因子互作以介导更广泛的转录调控仍不明确。已有研究发现组织特异性转录因子与时钟因子在启动子和增强子区域共定位，加深了对该机制的理解。例如在肌肉组织中，肌肉特异性转录因子MYOD1已被发现与BMAL1/CLOCK在肌细胞核内共定位，二者通过串联E-box启动子元件协同调控肌肉特异性时钟调控基因的表达。其他研究结果提示，昼夜节律机制对组织特异性基因的转录调控可能与染色质结构改变有关。昼夜节律转录的组织特异性机制仍需进一步探索。
   2.2 肌肉骨骼调控中的环境与行为授时因子
   肌肉骨骼系统内源性昼夜节律的同步调控由多种上游外部信号介导，统称为“授时因子”。根据其来源与调控特征，参与调控肌肉骨骼节律的主要授时因子可分为环境信号（如光、环境温度、噪声）和行为信号（如运动、进食）。
   环境信号中，光是昼夜节律同步最强的授时因子，可通过视网膜-下丘脑-SCN-松果体通路直接调整内源性生物钟节律。光暴露时长改变（如跨时区旅行、倒班工作）可导致生物钟节律时间点前移或后移，引发“时差反应”或“倒班综合征”。研究表明晨间光暴露促进相位前移，而夜间光暴露（尤其是23:00至次日3:00）更易导致相位延迟。已有学者提出室内昼间、傍晚和夜间的适宜光暴露建议，以支持健康成人生理稳态：建议昼间维持明亮光暴露（包括自然日光或室内照明）以维持警觉与认知功能，但傍晚应避免明亮光暴露，尤其是短波长光，以防中枢生物钟节律相位延迟。此外，环境温度和噪声也可通过影响睡眠-觉醒模式干扰人体昼夜节律：夜间噪声会破坏睡眠结构，导致睡眠片段化，这种睡眠障碍进一步影响与人体昼夜节律相关的生理功能，可能主要通过改变睡眠-觉醒模式，进而影响光及其他授时因子的暴露时机，最终作用于昼夜节律系统。
   行为因素如进食时间和运动也可作为中枢与外周昼夜时钟的授时因子。早期人与动物模型研究已表明，进餐时间和食物成分是昼夜节律的授时因子，可受摄食行为导引。研究证实，调节食欲的激素（如胃饥饿素）和摄入的营养物质（如葡萄糖）可作为外周器官代谢相关外周昼夜时钟的授时因子。限时进食以“营养摄入”为强效授时因子，调控外周器官中Clock、Bmal1、Per1/2、Cry1/2等昼夜节律基因的表达，使肝脏等外周时钟与中枢主节律重新对齐。此外，进食时间也会影响行为节律，例如小鼠或大鼠昼间进食时可观察到“食物预期活动”现象，表现为无论光暗周期是否存在，动物都会在预计进食时间出现觉醒和觅食行为。当进食模式紊乱（如夜间进食、不规律进餐）时，外周时钟会与中枢时钟去同步化，与肥胖、2型糖尿病等代谢疾病风险升高密切相关。近期一项人类观察性研究发现，不吃早餐和晚餐过晚均独立与骨质疏松性骨折风险升高相关：这可能是因为不吃早餐会导致骨骼“营养中断”，造成维生素D和钙摄入不足；而晚餐过晚会扰乱骨生物钟，引起皮质醇水平升高，抑制成骨细胞功能。此外，运动（包括自愿和非自愿形式）可同步动物行为节律，影响中枢与外周昼夜时钟。研究证实运动时机可影响时相偏移（通过调整生物节律的“相位”，使生理功能沿时间轴“前移”或“后移”）：人类观察性研究显示，相当于7:00以及13:00至16:00时段的运动可能导致中枢生物钟相位前移，而相当于19:00至22:00时段的运动则可能导致相位延迟。这种时相偏移效应因个体原有睡眠类型（chronotype）而异：睡眠类型分为清晨型和夜晚型两类，清晨型个体的内源节律偏早或前移，夜晚型个体的内源节律偏晚或延迟。对于夜晚型人群，晨间和傍晚运动均可导致相位前移；而对于清晨型人群，晨间运动引起相位前移，傍晚运动则导致相位延迟。在肌肉骨骼系统中，运动-休息周期诱导的机械加载与卸载对维持肌肉骨骼系统的结构完整性和功能稳态至关重要。日常加载与卸载生理及相关代谢变化的耦合，可能是肌肉骨骼系统生理与稳态的关键组成部分。运动可通过影响骨骼肌核心昼夜节律时钟基因的表达，帮助同步骨骼肌等外周组织的昼夜节律。
3. 3.
   肌肉骨骼系统中的昼夜节律
   前述内容已从分子层面阐明昼夜时钟的核心机制及其上游调控因素，本节将在此基础上系统总结骨、软骨、肌腱、肌肉等肌肉骨骼组织的特异性昼夜振荡特征，通过分析各组织类型的独特节律表型与昼夜时钟功能，阐明核心节律机制在不同细胞和组织微环境中的生理作用，建立分子调控机制与生理表型的内在关联。
   3.1 骨的昼夜节律
   肌肉骨骼系统的所有组分——包括骨、软骨、骨骼肌和肌腱——均拥有维持组织稳态的组织特异性节律系统。骨的昼夜节律是由时钟基因、激素和环境信号共同调控的复杂网络，其核心功能是维持成骨细胞与破骨细胞的平衡，保障骨稳态。骨内局部昼夜节律在骨生长、矿化、重塑和修复中发挥关键作用。对24小时光暗周期饲养小鼠骨组织的转录组分析显示，编码核心昼夜节律时钟蛋白的基因，以及参与骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor, FGF）信号通路、Wnt信号通路的基因，还有多种前胶原亚型编码基因均存在昼夜振荡，体现了昼夜节律对骨骼生理的广泛影响。骨组织所有细胞类型均存在昼夜节律，但不同细胞类型的功能活动表达节律存在差异：体外研究结果显示，破骨细胞功能标志物Ctsk和Rankl的表达在光照期起始时最高，而成骨细胞标志物Opg的表达最低；骨细胞中c-Fos的表达则在暗期中期达到峰值。这种节律交替避免了成骨与破骨“同步过度活跃”导致的骨损伤，或二者“同步抑制”引发的骨重塑停滞，对维持骨量至关重要。同时大量研究表明，骨代谢标志物大多存在昼夜节律振荡，包括骨形成标志物骨钙素（osteocalcin, OCN）、骨特异性碱性磷酸酶（bone-specific alkaline phosphatase, BALP）、I型前胶原N端前肽（procollagen type I N-terminal propeptide, PINP），以及骨吸收标志物I型胶原交联羧基末端肽（cross-linked carboxyl-terminal telopeptide of type I collagen, ICTP）、I型胶原羧基端肽（carboxy-terminal telopeptide of type I collagen, CTx）、I型胶原N端交联肽（type I collagen N-terminal cross-linked peptides, NTx）。这表明骨组织作为动态重塑的代谢器官，骨形成（主要由成骨细胞驱动）与骨吸收（主要由破骨细胞驱动）的平衡并非随机发生，而是受昼夜节律精确调控。
   骨组织的昼夜节律还受多种因素调控：一方面，光暴露、进食、运动、温度等授时因子可通过交感神经系统和多种激素影响局部骨组织的昼夜节律；另一方面，骨组织的昼夜节律可独立响应机械加载、营养物质（如维生素D）、炎症因子等环境信号，无需中枢神经系统驱动即可维持自身节律。因此，分子生物钟并非孤立运作，而是通过“激素-代谢-神经系统”网络整合全身信号，调控昼夜节律的同步性与强度。
   3.2 软骨的昼夜节律
   软骨组织中，软骨细胞的生理功能（如基质合成/降解、修复能力、炎症反应）受其内在昼夜节律调控。对小鼠软骨组织的时间序列微阵列分析显示，参与细胞外基质（extracellular matrix, ECM）分解代谢、ECM合成代谢、凋亡和氧化应激通路的多条基因均呈节律性表达模式。生理状态下，软骨组织经历每日活动与休息循环，导致软骨细胞的生化和生物物理环境发生昼夜波动：日间软骨组织需承受高负荷、满足高代谢需求，夜间则处于低负荷状态并进行组织修复。正常软骨的“合成-降解”节律确保基质更新与修复主要发生在夜间（休息期），而日间活动以轻度降解和代谢废物清除为主。研究结果表明，软骨形成的标志性基因呈现昼夜节律振荡模式：软骨细胞的合成活性在夜间达到峰值，日间降至最低；而其降解活性则呈相反节律，日间达峰值、夜间最低。生物钟同步已被证实可显著增强软骨基质生成，提高SOX9、ACAN、COL2A1基因的表达水平，促进软骨成熟。同时血清中软骨基质核心组分（如软骨寡聚基质蛋白、透明质酸、聚集蛋白聚糖、II型胶原）也存在昼夜节律性，进一步印证了软骨生理的昼夜属性。对大鼠胫骨磷和钙成分的分析显示，大鼠软骨矿化主要发生在夜间，这一模式与骨矿化的生理时机平行，却与胶原合成的中午峰值形成对照。
   关节微环境的昼夜波动（包括机械加载、营养供应、炎症因子）可影响软骨细胞的生物钟，最终作用于软骨稳态与疾病进展。时钟基因已被鉴定为机械敏感基因，其在软骨中表达受机械应力下调，因此软骨昼夜时钟可能受日常活动节律的同步调控。此外，衰老软骨组织中也可观察到昼夜振荡幅度显著降低，当这些调控软骨稳态的基因失去节律性表达时，可能会显著影响关节疾病的易感性。
   3.3 骨骼肌的昼夜节律
   大量证据表明肌肉生理与神经肌肉性能存在日间依赖性差异。骨骼肌的内在昼夜节律协调多个参与肌肉生长、发育、代谢和修复过程的基因的时序表达。骨骼肌昼夜节律调控胰岛素敏感性与葡萄糖代谢，为骨骼肌响应日常休息-活动模式提供能量基础。正常的昼夜节律还可促进骨骼肌蛋白质含量增加、改善线粒体质量、刺激细胞再生与修复，从而预防或减轻骨骼肌萎缩。此外，骨骼肌昼夜时钟影响肌肉力量、爆发力等功能指标的周期性变化，这些指标通常在傍晚时段达到峰值。
   呈现昼夜节律的骨骼肌特异性昼夜时钟基因包括肌分化基因1（myogenic differentiation gene 1, Myod1）、解偶联蛋白3（uncoupling protein 3, Ucp3）和肌球蛋白重链1（myosin heavy chain 1, Myh1），其功能分别与肌分化、蛋白质代谢和肌原纤维组织相关。肌肉特异性基因受昼夜节律调控的发现，凸显了体育锻炼活动中时间考量的重要性。定时运动可导引骨骼肌的昼夜时钟，即骨骼肌的基因表达节律可能受运动活动调控。运动可通过与这些节律过程相互作用，深刻影响肌肉适应与表现。因此，维持良好的骨骼肌昼夜节律对促进肌肉健康、优化运动表现至关重要；反之，骨骼肌昼夜节律紊乱会损害肌肉功能与自我修复能力，导致肌量和肌力下降（如肌营养不良中所见）。
   3.4 肌腱的昼夜节律
   肌腱ECM动态与昼夜节律调控之间存在复杂的双向关系。肌腱内的昼夜时钟调控胶原的每日节律性合成，以及ECM内小直径胶原纤维（约50 nm）的丰度，通过时序调控蛋白质分泌维持胶原库的每日补充，使高负荷组织的胶原纤维得以修复。小鼠肌腱昼夜节律研究显示，小鼠肌腱细胞的ECM在超微结构（小直径胶原纤维数量波动）和黏弹性特性（夜间循环加载期间能量耗散更高、松弛更快）上存在昼夜变化，这些细胞外基质的改变共同构成肌腱的“时间基质”（chronomatrix）。肌腱“时间基质”是由肌腱细胞昼夜时钟调控的动态、快速更新的亚基质，富含短寿命、细直径的I型胶原，与持久的永久性基质协同维持肌腱力学稳态。此外，肌腱昼夜时钟调控多个参与胶原合成的时钟控制基因的时序节律性表达，例如从Col1a1和Col1a2基因转录翻译到翻译后修饰的全过程均与肌腱昼夜时钟相关联。这种时钟调控的胶原被认为是与更持久的块状胶原共存的多组分牺牲性“时间基质”的一部分，可对后者起到保护作用。这些研究表明，肌腱并非静态结构，而是通过ECM的小型日间动态池维持功能稳定性。
4. 4.
   昼夜节律紊乱与肌肉骨骼疾病
   鉴于肌肉骨骼系统存在组织特异性昼夜节律，昼夜稳态被破坏必然导致病理改变。本节将重点探讨昼夜节律紊乱与肌肉骨骼疾病的关联，深入理解该领域可为肌肉骨骼疾病的防治提供重要机遇。
   4.1 骨质疏松
   衰老、性激素缺乏、长期糖皮质激素治疗等多种病因均与骨质疏松的发生相关，而这些因素均与昼夜节律紊乱密切相关。例如老年人群中普遍存在“睡眠时相前移”现象，难以维持持续睡眠，削弱了光信号对SCN的同步效应；卵巢切除诱导的性激素缺乏小鼠的股骨和椎骨中也观察到核心昼夜时钟蛋白的振荡表达降低；同样在小鼠模型中，过量糖皮质激素给药和糖皮质激素昼夜节律平坦化均可诱导骨质疏松表型，提示昼夜节律紊乱与骨质疏松表型存在密切关联。大量临床流行病学研究也证实，昼夜节律紊乱人群常表现出骨量和骨密度降低、骨微结构改变、骨强度下降等骨质疏松前期特征。
   昼夜节律紊乱导致骨质疏松的机制涉及多条通路。首先，核心昼夜时钟基因（如BMAL1和CRY）可能通过直接调控成骨细胞/破骨细胞功能参与骨代谢稳态调节：例如Bmal1敲除的成骨细胞活性降低，而过表达Bmal1可通过激活Wnt/β-catenin通路增强成骨分化。已有综述系统梳理了不同骨相关细胞和动物中建立的各类昼夜基因敲除模型，均显示对骨稳态的显著影响：具体而言，BMAL1、CLOCK和CRY在骨合成代谢中发挥积极作用，而PER和NOCT则主导骨分解代谢。其次，昼夜节律紊乱还可能通过神经内分泌通路破坏骨形成与吸收的平衡。昼夜节律通过影响褪黑素、糖皮质激素、甲状旁腺激素（parathyroid hormone, PTH）的周期性分泌间接调控骨代谢稳态：生理状态下这些激素调节正常骨稳态，褪黑素受体2在间充质干细胞、成骨细胞和破骨细胞中均有表达，研究显示褪黑素可促进间充质干细胞的成骨分化、增强成骨细胞增殖分化并抑制破骨细胞形成；PTH对骨组织发挥合成代谢作用，但分泌过多时会诱导分解代谢效应；糖皮质激素是响应昼夜节律的类固醇激素，通过糖皮质激素受体以细胞类型特异性的方式直接调控骨稳态。大量研究证实，这些激素分泌节律紊乱会导致骨质疏松表型发生。最后，昼夜节律紊乱还可能通过肠-骨轴和免疫-骨轴间接调控骨代谢，促进骨质疏松发生。对昼夜时钟基因缺失小鼠和昼夜节律紊乱人群的研究显示，肠道菌群组成存在昼夜节律性，并受宿主昼夜节律导引；同时免疫细胞（如中性粒细胞、T细胞）也存在内在昼夜节律，其成熟、迁移和代谢受BMAL1、CLOCK等时钟基因调控。肠-骨轴理论提出肠道菌群及其代谢产物通过免疫和内分泌通路显著影响骨代谢，菌群失调与骨质疏松密切相关；免疫-骨系统概念阐明了免疫细胞与骨细胞之间的双向调控机制，证实了免疫-骨轴在骨代谢中的调节作用。因此，昼夜节律紊乱导致的肠道菌群和免疫细胞功能紊乱，可能通过肠-骨轴和免疫-骨轴破坏骨稳态，诱导骨质疏松表型。该领域研究仍相对匮乏，尚需更多研究验证这一观点。
   4.2 关节炎
   关节组织受机械力高度调控，其活动与休息遵循由大脑24小时周期调控的昼夜节律。衰老、炎症等多种因素可能通过损害昼夜节律破坏关节组织稳态。体外与体内实验证实，炎症细胞因子（如IL-6、IL-1β）上调可改变核心昼夜时钟基因的表达水平，破坏软骨昼夜时钟，导致软骨基质降解。此外，衰老过程伴随昼夜节律精准性下降，导致身体活动周期（由大脑生物钟调控）与关节组织的最佳昼夜时相（由局部生物钟决定）错位，使关节组织对日常运动相关的机械负荷或其他全身性信号产生不适配响应，这种失同步状态已被证实显著增加损伤风险，是关节炎发生的关键诱发因素。
   大量临床流行病学研究发现倒班工作与骨关节炎（osteoarthritis, OA）和类风湿关节炎（rheumatoid arthritis, RA）风险升高相关。临床症状层面，OA和RA均存在节律特征：OA患者的疼痛和炎症在日间活动时逐渐加重，傍晚和夜间普遍减轻；类风湿关节炎的主要症状（如关节痛、僵硬）可能受细胞因子和激素水平昼夜节律调控，在清晨最为显著，随后逐渐缓解。细胞因子分泌与关节症状的这种时间动态由多层面的昼夜调控介导：系统层面通过信号通路的时序调控，局部层面通过炎性细胞和促炎微环境的内在节律系统协同作用。
   昼夜节律紊乱与关节炎发生的机制涉及多条通路。首先，核心昼夜时钟基因通过直接调控滑膜细胞、软骨细胞和免疫细胞的功能，参与关节炎症和软骨损伤的昼夜调控：软骨细胞中BMAL1缺失已被证实会破坏软骨昼夜节律，导致软骨进行性退变和病变；同时RA患者滑膜成纤维细胞中核心时钟基因CRY2和RORA的节律已被观察到紊乱，这种现象可能归因于中枢生物钟与局部滑膜时钟的去同步化，导致对炎性介质的应答发生改变，但目前RA病理改变中昼夜振荡的主导细胞类型仍不明确。其次，昼夜节律紊乱通过调控激素的周期性分泌，间接诱导局部关节炎症并破坏代谢稳态。已有综述梳理了褪黑素、促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone, TSH）、皮质醇等不同水平的昼夜时钟调控激素对OA发病的影响，这些激素失衡可能通过改变关节软骨内促炎细胞因子和退变酶的表达，导致软骨侵蚀、滑膜炎症和骨赘形成。此外RA患者的观察性研究发现，患者晨僵症状与夜间促炎细胞因子升高和皮质醇分泌不足密切相关，这可能归因于昼夜节律紊乱导致褪黑素和皮质醇分泌模式异常，使得褪黑素在夜间通过激活NF-κB通路促进炎症反应，而皮质醇晨间峰值延迟导致抗炎效应减弱。最后，昼夜节律紊乱还可能通过肠-关节轴间接调控关节微环境，加剧RA和OA的病理进展。既往研究已证实肠道菌群存在昼夜节律，其代谢产物（如短链脂肪酸、脂多糖）可通过肠道屏障调控全身免疫。肠-关节轴理论认为肠道菌群通过免疫和代谢通路深刻影响OA和RA的进展。因此昼夜节律紊乱可能通过肠-关节轴影响肠道菌群，进而作用于OA和RA进展。有研究采用RA小鼠模型探究昼夜节律与RA的关系，发现饮食模式可通过影响肠道菌群的昼夜振荡促进狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）丰度增加，该菌通过抑制巨噬细胞中的SIRT5-NF-κB通路调控类风湿关节炎的炎症节律。该领域仍需更多研究验证，目前支持“昼夜节律失调通过肠-关节轴驱动关节炎进展”假说的证据均来自动物研究，由于临床前动物模型无法完全复刻人类关节炎疾病的复杂病理生理特征，未来研究应纳入人类观察性临床队列和干预性临床试验。
   4.3 骨骼肌萎缩与肌少症
   近期临床研究显示，不规律的作息时间和长期光刺激暴露环境可导致骨骼肌力量和功能的下降，增加骨骼肌萎缩和肌少症的风险。多项遗传时钟基因敲除小鼠模型研究证实，Bmal1缺失会导致小鼠肌肉萎缩、肌力下降，伴随肌纤维直径和数量减少的肌肉组织结构病理性改变。骨骼肌萎缩与肌纤维的质量和数量密切相关，肌量和功能下降与肌少症和骨骼肌萎缩的发生紧密相关，因此昼夜节律紊乱可能是骨骼肌萎缩和肌少症的关键因素。
   昼夜节律紊乱介导肌肉萎缩的机制涉及多条通路。近期研究表明，蛋白质合成与降解、卫星细胞活化、线粒体质量控制均可能参与昼夜节律异常触发的骨骼肌萎缩过程。首先，昼夜节律与骨骼肌蛋白质合成（如PI3K/Akt/mTOR信号通路）和降解（如泛素-蛋白酶体系统、自噬溶酶体系统）相关的信号通路密切相关，而骨骼肌蛋白质合成与降解直接影响骨骼肌的质量与功能。其次，骨骼肌内卫星细胞的增殖、分化和融合可促进骨骼肌早期生长发育，相关文献综述指出昼夜节律相关调控因子可能直接参与肌源性调控因子的激活，通过Wnt、Notch和TGF-β信号通路促进骨骼肌生长。昼夜节律相关基因异常或缺失会严重损害骨骼肌卫星细胞的活化、分化和融合，这些过程的减退是导致骨骼肌萎缩的关键因素。此外，线粒体质量控制对维持骨骼肌质量和功能至关重要，昼夜时钟已被证实可调控线粒体生物发生、线粒体动力学、线粒体自噬和氧化磷酸化等多个线粒体功能相关过程。昼夜节律紊乱导致线粒体异常堆积、数量减少，引起细胞凋亡增加、运动能力下降，进而升高肌肉萎缩风险。同时昼夜节律与炎症的关联已被充分证实，炎症导致的泛素化水平升高是骨骼肌质量丢失的重要因素，研究证实长期慢性炎症会抑制骨骼肌细胞再生，甚至加速骨骼肌质量丢失。
   既往时钟基因缺失小鼠模型研究显示，中枢时钟基因缺失导致的昼夜节律破坏或减弱，在肌少症的发病机制中发挥重要作用。与肌肉萎缩类似，线粒体质量可能在昼夜节律相关肌少症中起关键作用，线粒体功能障碍和衰老已被认为是肌少症发病的重要驱动因素，而骨骼肌内的线粒体受生物钟或内在昼夜节律影响，其功能节律紊乱可能在肌少症发病中发挥关键作用。
   4.4 腱病
   目前昼夜节律紊乱与腱病的发生发展是否存在因果关联尚不明确，体内实验和人类相关证据均有限。有研究采用RNA测序检测慢性腱病患者肌腱组织中昼夜时钟基因的表达，发现腱病病例中昼夜时钟基因表达改变，提示肌腱的昼夜节律调控可能受损，但尚未建立生物钟紊乱与腱病临床进展的因果关系，人类研究的直接证据仍然稀缺。同时BMAL1敲除小鼠和Clock突变小鼠中均观察到肌腱钙化表型，表明核心昼夜节律基因在调控肌腱生理中发挥作用。尽管小鼠模型研究已明确证实外周昼夜时钟紊乱与肌腱组织ECM失调存在关联，但个体昼夜节律紊乱是否会导致时间基质的病理性损伤仍不清楚。总体而言，昼夜节律紊乱与腱病关系的研究仍十分有限，未来亟需收集更多体内和人类证据以建立二者的因果关联，这或将成为该领域的研究重点。
5. 5.
   基于昼夜节律生物学的肌肉骨骼疾病治疗
   将昼夜节律生物学整合入肌肉骨骼疾病的治疗，有助于优化此类疾病的全程管理。如前所述，中枢生物钟与外周生物钟的协调在维持肌肉骨骼健康中发挥关键作用，因此迫切需要开发能够维持中枢生物钟与外部环境同步、同时确保外周生物钟与中枢生物钟协调一致的策略。基于昼夜节律生物学的时序治疗策略可分为两类：一类直接靶向昼夜节律系统，旨在使紊乱的节律重新同步（甚至预防性减轻节律紊乱）；另一类聚焦于优化给药时机，以匹配患者个体临床生物标志物的特异性昼夜特征。这些措施包括生活方式调整、相关药物使用和给药时机调整。
   5.1 调整生活方式以恢复紊乱的昼夜节律
   如前所述，人类昼夜时钟随时间协调生理活动，使其与环境的24小时节律同步，表现为光/暗、休息/活动、进食/禁食的周期性模式。光暴露、睡眠时长、食物摄入、运动等行为因素可使昼夜节律同步或去同步化，因此生活方式调整可能通过恢复紊乱的昼夜节律，辅助肌肉骨骼疾病的防控。
   光是最主要的授时因子，适宜的时机接受光暴露可有效干预昼夜节律改变。研究显示持续光暴露会破坏小鼠的昼夜节律，降低骨骼肌功能，导致骨小梁退变并诱发促炎状态，恢复至正常光暗周期后这些症状得到缓解，表明规律的光暗周期有利于维持肌肉骨骼健康。为保持正常昼夜节律，建议在日间早些时候获得充足的日光暴露，睡前和整个夜间避免光源（包括发光设备）暴露。此外，光疗（如使用低强度近红外光）也被认为在治疗肌肉骨骼疾病方面具有潜力，其机制可能涉及昼夜时钟基因的调控：Ip等的干预性临床试验显示，与常规物理治疗相比，低强度激光联合透明质酸注射可延长膝骨关节炎患者的膝关节功能寿命；Peng等证实昼夜节律蛋白隐花色素1（Cryptochrome 1, CRY1）是低强度近红外光促进原位骨再生的关键介质。
   既往研究表明，睡眠时长和规律性对维持机体正常昼夜节律和肌肉骨骼健康至关重要。一项针对儿童和青少年的大型横断面研究发现，日间小睡与骨硬度呈正相关，而睡眠时长过短或过长、睡眠质量差均与骨硬度降低相关。因此建立固定的就寝和起床时间有助于形成稳定的生物节律，带来明确的获益。
   鉴于进餐时间是昼夜节律的授时因子，限时进食可能是使外周时钟与中枢时钟同步的策略。通过进食行为、进食频率、进食时机三个维度的饮食行为调整，时序营养学方法可促进健康：研究显示夜间禁食促进骨吸收，而日间进食则抑制该过程，因此规律的进食模式可能增强骨重塑的节律性。同时研究证实“不适当”的饮食模式可调控昼夜节律控制基因（circadian clock control genes, CCG），改变Atrogin-1、MuRF1和自噬水平，加速骨骼肌质量丢失、降低骨骼肌表现。饮食成分、时机和频率的改变会导致骨骼肌内基因表达和昼夜节律性的异常变化，进而损害骨骼肌功能，因此调整影响昼夜节律的饮食模式可能减轻骨骼肌萎缩。此外研究结果表明，某些食用植物中的活性化合物可能对昼夜节律具有调控作用，从而减轻慢性疾病的影响，因此可用于肌肉骨骼疾病预防和治疗的功能性食品也备受期待。
   在肌肉骨骼系统中，运动是极为重要的节律导引因子，肌肉骨骼组织受机械刺激广泛影响。运动不仅通过促进糖皮质激素释放、激活交感神经系统同步肌肉骨骼组织的昼夜节律，还可直接通过机械刺激调控局部肌肉骨骼昼夜节律。研究表明运动介导的昼夜节律振幅和时相可能更有效地维持骨骼肌质量，既往研究显示长期耐力训练可恢复由昼夜节律基因突变导致的骨骼肌线粒体含量降低，提示运动可能挽救昼夜节律异常导致的骨骼肌功能障碍。但运动对骨骼肌的影响因强度、时机和时长而异，可能与调控能量供应的骨骼肌纤维类型和信号通路相关。与随机时间运动训练相比，固定时间的最大自主等长收缩训练可更有效地增强骨骼肌无氧能力；同时与晨间运动相比，下午和傍晚锻炼可提升有氧耐力。同样有力证据表明，机械刺激调控骨、软骨和肌腱的局部昼夜节律，因此通过规划适宜的运动时机、强度和时长，既可改善昼夜节律紊乱，又能促进肌肉骨骼健康。
   5.2 管理给药计划：时序治疗
   昼夜生物学原理认为，根据患者个体的昼夜节律调整治疗干预的时机（时序治疗），可优化治疗效果。时序治疗指出，给药应与机体的昼夜节律同步，以最大化治疗效果，同时减少剂量和不良反应。因此在药物制剂设计过程中，已根据其药效学和药代动力学特征进行了时序策略设计，使其与机体固有昼夜节律对齐。在肌肉骨骼系统组织中，多条通路观察到的节律特征提示，大量药物的靶点可能在一天中的特定时段呈现节律性表达或活性。因此在肌肉骨骼疾病治疗中，必须结合患者的昼夜节律以及药物的药代动力学和药效动力学仔细考量给药时机，这对治疗效果和不良反应发生概率均有显著影响。
   一般而言，用于治疗肌肉骨骼疾病的大多数药物由激素或激素衍生分子构成，这些药物靶向骨代谢、炎症调控、免疫反应调节等基础信号通路，其药效学特征决定了给药时机显著影响治疗效果和不良反应，这与药物代谢、药代动力学和机体昼夜节律的作用密切相关。因此在肌肉骨骼疾病治疗中必须充分考虑时序治疗原则，需要在全面理解疾病节律的基础上选择最适宜的治疗时机，同时精准监测关键进展指标并确定阈值范围，还需考虑患者的昼夜节律类型以提升医疗效果。
   5.3 骨科领域的基于昼夜节律的临床策略
   鉴于骨代谢存在显著的昼夜节律，优化给药时机可在增强疗效的同时最小化副作用。一项干预性临床研究探讨了在绝经后骨质疏松女性中不同时点给予特立帕肽（terip