晝夜節(jié)律失調(diào)與腫瘤的發(fā)生有關(guān)。對動物及人體腫瘤進(jìn)行的研究均發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律失調(diào)是腫瘤發(fā)生發(fā)展的內(nèi)在因素之一。大規(guī)模的流行病學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常從事夜班工作的女性患乳腺癌的風(fēng)險明顯升高；嚙齒類動物持續(xù)暴露于光照下會明顯提高腫瘤的發(fā)生率。腫瘤細(xì)胞的增殖遵循自主的節(jié)律模式，與正常組織的細(xì)胞增殖方式存在明顯差異。生物鐘基因（也稱鐘基因，clock gene）的發(fā)現(xiàn)和對其活動規(guī)律的揭示，使人們對生物晝夜節(jié)律的研究獲得突破性進(jìn)展。運用現(xiàn)代時辰生物學(xué)理論及其研究方法來探索腫瘤細(xì)胞基因表達(dá)的時間特征，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的腫瘤時辰治療已成為當(dāng)前腫瘤研究的前沿課題。

（一）鐘控基因與癌基因、抑癌基因

許多調(diào)控細(xì)胞增殖的基因為鐘控基因（clock-controled gene，CCG），鐘控基因可通過調(diào)控原癌基因與抑癌基因的表達(dá)，直接或間接的影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

1．原癌基因c-myc　原癌基因c-myc是CCG之一。在野生小鼠肝中，可以測得c-myc的周期性表達(dá)；在mPer2突變小鼠中，c-myc過度表達(dá)。c-myc可削弱由它控制的抑癌基因的表達(dá)，使細(xì)胞持續(xù)異常增殖，形成腫瘤。

2．癌基因c-erb　在一項對55例中國臺灣乳腺癌患者手術(shù)切除標(biāo)本的研究中發(fā)現(xiàn)，其中53例標(biāo)本的腫瘤細(xì)胞中PER蛋白的表達(dá)與周圍正常細(xì)胞的表達(dá)不一致。進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)，其中半數(shù)生物鐘基因Per的啟動子cpG位點甲基化，該位點的甲基化與癌基因c-erb的表達(dá)有關(guān)。由此推測，鐘基因Per的啟動子因出現(xiàn)甲基化而失活，從而抑制了Per基因的轉(zhuǎn)錄翻譯，同時導(dǎo)致癌基因c-erb的過度表達(dá)，這可能與乳腺癌的發(fā)生相關(guān)。

3．抑癌基因p53　研究發(fā)現(xiàn)，p53表達(dá)具有晝夜節(jié)律性。以γ射線照射小鼠誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生時發(fā)現(xiàn)，在mPer2突變小鼠中，Mdm2 mRNA的周期振蕩受抑，使Mdm2蛋白在晝夜周期中呈現(xiàn)高水平表達(dá)。而Mdm2與蛋白激酶共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變激酶（ataxia telangiectasia mutated kinase，ATM激酶）和細(xì)胞周期檢測點激酶2（checkpoint kinase 2，CHK2）的結(jié)合位點與ATM/CHK2信號模塊磷酸化p53的位點相鄰，在轉(zhuǎn)錄后水平競爭性抑制p53的活化，從而使細(xì)胞持續(xù)增生。

（二）鐘控基因與細(xì)胞周期

細(xì)胞周期具有明顯的生物節(jié)律現(xiàn)象。鐘控基因通過調(diào)控細(xì)胞的增殖和凋亡在腫瘤的發(fā)生與抑制方面具有重要作用。

細(xì)胞分裂依賴于細(xì)胞周期蛋白和具有細(xì)胞分裂抑制功能的抑癌基因如p21、p53、p16等。細(xì)胞周期蛋白和抑癌基因?qū)?xì)胞分裂的正負(fù)向調(diào)控均依賴于細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin dependent kinase，CDK）的結(jié)合，其結(jié)合體作用于細(xì)胞分裂周期的Gi-S調(diào)控點上，使細(xì)胞處于增殖與抑制增殖的動態(tài)平衡之中。細(xì)胞周期蛋白過度表達(dá)或抑癌基因失活均可引起細(xì)胞增殖失控，細(xì)胞持續(xù)性異常增殖，引起癌變。

鐘控基因的表達(dá)與細(xì)胞周期的特定時期相關(guān)，即鐘控基因可能參與細(xì)胞周期的調(diào)控。已發(fā)現(xiàn)人類鐘控基因hPer1的表達(dá)波峰在細(xì)胞周期G1期，hBmal1表達(dá)波峰在M期。研究發(fā)現(xiàn)，在更新較快的組織細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞中，與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因、蛋白質(zhì)、酶等均表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性。如端粒酶是一種重要的核蛋白，它可以穩(wěn)定端粒，從而允許細(xì)胞無限分裂。在對荷肝癌裸鼠癌組織端粒酶的研究中發(fā)現(xiàn)，端粒酶的活性表現(xiàn)出晝夜節(jié)律，在細(xì)胞周期的S期中活性最高，表明端粒酶的活性與DNA的合成密切相關(guān)，故端粒酶抑制藥的時辰治療方案可提高其療效。多項實驗研究證實，參與細(xì)胞增殖的許多基因均屬于鐘控基因，如小鼠下丘腦視交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）及外周組織mPer1基因，這些基因表達(dá)發(fā)生位移，可引起小鼠腸道、骨髓等細(xì)胞周期的時相發(fā)生相應(yīng)改變。

（三）鐘控基因與腫瘤血管內(nèi)皮生長因子

腫瘤的生長和浸潤需要血液供應(yīng)，這就必須依賴腫瘤血管的生成。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）因惡性腫瘤的缺氧環(huán)境而高度表達(dá)，在腫瘤血管的生成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞中，VEGF的表達(dá)因受鐘控基因的調(diào)控而呈現(xiàn)周期振蕩。惡性腫瘤發(fā)生時，局部缺氧促使缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible factor，HIF-1）蛋白高表達(dá)，并與芳香烴受體核轉(zhuǎn)運蛋白（aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator，ARNT）構(gòu)成二聚體，激活VEGF基因的轉(zhuǎn)錄。PER2蛋白可使HIF-1在胞核內(nèi)沉淀而失活；Cry1則通過抑制H3組蛋白乙酰化，使HIF-1/ARNT二聚體缺少分子伴侶而無法發(fā)揮活性。因此，PER2蛋白和Cry1都抑制HIF-1/ARNT二聚體介導(dǎo)的VEGF的基因轉(zhuǎn)錄。實驗證實，腫瘤細(xì)胞中Per1、Per2、Cry1、Cry2基因mRNA水平及VEGF mRNA表達(dá)均呈現(xiàn)周期振蕩，Per及Cry基因的表達(dá)波峰出現(xiàn)在夜間；相反，VEGF mRNA的表達(dá)波峰出現(xiàn)在白天。

（四）鐘控基因與腫瘤發(fā)生的內(nèi)分泌通路

對乳腺癌的時辰生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，生物鐘通過調(diào)節(jié)激素水平的晝夜節(jié)律，在腫瘤的形成過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。

SCN被認(rèn)為是褪黑素分泌的晝夜節(jié)律中樞。褪黑素的分泌受光照和黑暗的調(diào)節(jié)，呈現(xiàn)晝低夜高的特點，分泌的時間長度與日長相反。光節(jié)律信息被編碼到褪黑素信號里，褪黑素信號在參與調(diào)節(jié)季節(jié)反應(yīng)的褪黑素靶組織中解碼。研究結(jié)果表明，褪黑素主要通過褪黑素受體-1（melatonin receptor-1，MTR-1）作用于下丘腦分泌區(qū)，再經(jīng)過一個至少包括多巴胺能神經(jīng)元、5-羥色胺能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元在內(nèi)的神經(jīng)環(huán)路，間接作用于促性腺素釋放激素神經(jīng)元，最終調(diào)節(jié)促性腺激素釋放激素的分泌，并且這種作用隨季節(jié)變化而變化。人類褪黑素的分泌呈現(xiàn)出明顯的24h周期振蕩。

大量流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌的發(fā)生與晝夜節(jié)律的紊亂有關(guān)。如上夜班及輪班工作的婦女，患乳腺癌的風(fēng)險大大增加，長期輪換班工作使乳腺癌發(fā)病率提高10%～60%。生物鐘紊亂導(dǎo)致乳腺癌發(fā)病率升高的可能機(jī)制是因為燈光等夜間照明物的刺激使夜間褪黑素的分泌峰值降低，而褪黑素能作用于雌激素系統(tǒng)抑制卵巢雌激素的分泌，故晝夜節(jié)律的改變最終導(dǎo)致雌激素分泌增多。

除了在乳腺癌患者中發(fā)現(xiàn)褪黑素分泌有周期性改變外，在卵巢癌、前列腺癌、胃癌和結(jié)腸癌等惡性腫瘤患者中，氫化可的松（hydrocortisone）、催乳素（prolactin，PRL）、促甲狀腺激素（thyroid-stimulating hormone，TSH）、生長激素（growth hormone，GH）、黃體生成素（luteotropic hormone，LH）和促卵泡激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）等分泌的晝夜節(jié)律亦有改變，尤其在腫瘤較大或已有肝轉(zhuǎn)移、一般情況較差的腫瘤患者中，這種節(jié)律的改變表現(xiàn)得尤為明顯。

（五）還原型谷胱甘肽的晝夜節(jié)律對化療的影響

還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）一方面通過巰基與體內(nèi)的自由基結(jié)合，轉(zhuǎn)化成易代謝的酸類物質(zhì)，從而加速自由基的排泄；另一方面中和氧自由基，避免活性氧和氧自由基產(chǎn)生過氧化脂質(zhì)，從而促進(jìn)正常細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成，發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷的作用。還原型谷胱甘肽含有γ-酰胺鍵，可維持分子的穩(wěn)定性，減輕自由基對DNA分子的損傷。通過這些機(jī)制，還原型谷胱甘肽可使化療后正常組織中自由基的含量減少，從而保護(hù)細(xì)胞，使細(xì)胞功能恢復(fù)并最終減輕化療后正常組織的過氧化損傷。有實驗證明同一個體GSH的晝夜分泌有1～1.5倍的差異，高峰時相常位于下午。

鐘控基因通過對癌基因、抑癌基因、血管內(nèi)皮生長因子的調(diào)控及對內(nèi)分泌通路的作用，多方面參與了腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。了解腫瘤的生物節(jié)律及其與鐘控基因的關(guān)系，對于探討與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)的分子機(jī)制、腫瘤的診斷、判斷腫瘤的預(yù)后及轉(zhuǎn)歸等方面具有重要意義，可為腫瘤的時辰治療提供可靠的理論依據(jù)，對更好的選擇放化療治療腫瘤的最佳時期，發(fā)揮腫瘤常規(guī)治療的新功效具有極大的推動作用。