《Physiological Reports》：Exercise training alters circadian clock dynamics in cancer-bearing male mice
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本研究探討了在固定時間（ZT2）進行的中等強度跑步機運動能否作為非藥物性同步因子，增強荷瘤小鼠腫瘤組織中核心生物鐘基因（如Per2、Per3和Rev-Erbα）表達節律的振幅，并觀察到腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的峰值相位變化，為“時間運動”作為癌癥治療的潛在輔助手段提供了新證據。
引言：生物鐘、癌癥與運動的交匯點
晝夜節律是生物體為維持內穩態而演化出的分子機制，它驅動著日常行為和生理活動的節律。現代生活方式和暴露于人工光線等因素會削弱內源性節律的穩健性。值得注意的是，輪班工作者因晝夜節律紊亂，罹患乳腺癌和前列腺癌的風險增加。動物研究也證實，破壞中樞生物鐘會促進異種移植瘤的生長。這種節律紊亂在腫瘤的發生發展中扮演著重要角色，而致癌過程本身也會直接削弱晝夜節律。例如，在乳腺癌細胞中，所有三個Per基因的表達均失調；在大多數患者中，Per1表達下調。大量證據表明，Per1和Per2在小鼠中具有腫瘤抑制功能，而Rev-Erbα的表達也與癌癥密切相關。除了遺傳因素，生活方式是癌癥發生的主要貢獻者。身體活動不足等行為風險因素導致了約三分之一的癌癥死亡。運動作為一種強大的外部授時因子，能夠牽引晝夜節律，尤其在骨骼肌中，因此可能成為一種能夠調節癌癥風險和進展的非藥物干預手段。然而，關于運動機制如何通過調節生物鐘來影響癌癥，人們知之甚少。因此，本研究旨在評估在固定時間或隨機時間進行體育運動的效果，并探討其作為時間標記物在荷瘤小鼠生物鐘基因表達中的作用。
方法：構建時間運動干預的荷瘤小鼠模型
研究使用雄性C57BL/6J小鼠，飼養在可控的12小時光暗循環環境中。小鼠被分為三組：腫瘤對照組（CTRL）、運動組（Ex）。運動組又進一步分為在固定授時時間2（ZT2）訓練的小組和在交替時間（ZTAlt）訓練的小組。所有小鼠均皮下接種路易斯肺癌（LLC）細胞。交替訓練方案包括在ZT2、ZT14、ZT6、ZT2和ZT6時段進行訓練，其中ZT0定義為光周期開始（早上6點）。腫瘤接種三天后，動物開始為期3周、共計14次的跑臺有氧訓練，每次訓練持續40-60分鐘，強度為最大速度的60%。通過遞增負荷測試確定每只小鼠的最大速度。為了探索腫瘤和/或運動可能誘導的晝夜變化，動物在24小時內以4小時間隔（ZT0、ZT4、ZT8、ZT12、ZT16、ZT20）被處死。
研究結果：固定時間運動增強腫瘤生物鐘基因節律
實驗結束后，各組動物初始體重均一。在交替時間運動組（Ex ZTAlt）中，腫瘤重量與對照組相比顯著降低，減少了23%的腫瘤負荷；而在固定時間運動組（Ex ZT2）中，腫瘤重量僅觀察到8.25%的適度減少。各組之間的脂肪組織指數沒有顯著波動。
在基因表達層面，固定時間運動（Ex ZT2）顯著增強了腫瘤組織中多個核心生物鐘基因的節律性：
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Per1：Ex ZT2組在ZT0時間點的表達高于對照組，但節律振幅和峰值相位均未顯示顯著差異。
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Per2：Ex ZT2組在ZT0和ZT4時間點的表達顯著高于對照組。更重要的是，振幅分析顯示Ex ZT2組與對照組之間存在顯著差異，表明其節律振蕩更加強健。對于Per2的晝夜表達模式，Ex ZT2組顯示出更顯著的節律性。
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Per3：Ex ZT2組在ZT0時間點的表達顯著高于Ex ZTAlt組和對照組。振幅分析同樣顯示Ex ZT2組比對照組具有更大的振幅。
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Rev-Erbα：Ex ZT2組在ZT0時間點的表達顯著高于對照組，其節律振幅也顯著大于對照組。
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其他基因：包括Clock、Bmal1、Cry和Rorα在內的更廣泛的生物鐘基因面板未檢測到節律參數的顯著改變。
在細胞因子表達方面，雖然腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）、IL-1β、IL-10和IL-4的濃度或振幅均未發現顯著差異，但峰值相位分析揭示了TNF-α的獨特節律偏移：Ex ZT2組的峰值相位顯著晚于對照組和Ex ZTAlt組，表明其表達高峰在一天中出現了延遲。
最后，通過人類肺癌患者的Kaplan-Meier生存分析評估了PER2和PER3基因的臨床相關性，結果顯示，較高水平的PER2和PER3基因表達與較長的總生存期相關。
討論：時間運動作為潛在的癌癥時間療法
本研究的主要發現是，每天在固定時間進行的體育運動能夠誘導腫瘤內Per2、Per3和Rev-Erbα基因的晝夜節律反應，顯著增強其表達振幅。這些變化在每天同一時間（ZT2）訓練的組別中尤為明顯。相比之下，在久坐組或隨機時間訓練組中均未觀察到基因振幅的顯著改變。運動誘導的荷瘤小鼠腫瘤中Per2和Per3表達增加具有臨床意義，因為Per基因家族的表達降低與肺癌患者的總生存期縮短有關。這凸顯了運動作為腫瘤內晝夜節律調節因子的潛力，對癌癥預后具有重要意義。
此外，交替時間運動組（Ex ZTAlt）中TNF-α的峰值相位增加，表明其表達高峰出現延遲。這種延遲可能反映了一種適應性調整，可在關鍵時期減輕炎癥，這與運動公認的慢性抗炎作用相符。在癌癥背景下，這一發現也為開發基于時間的治療策略（如時間療法）提供了有希望的途徑。
晝夜節律基因的破壞可以影響癌癥發展和進展的關鍵通路，包括細胞周期控制、代謝調節、DNA損傷反應和細胞凋亡。生理和遺傳干擾（特別是Bmal1和Per2的抑制）可以與Kras和p53相互作用，促進肺部腫瘤發生。這說明了晝夜節律紊亂與腫瘤發展之間的緊密聯系。
體育運動可以是同步晝夜節律的重要工具，并在癌癥預防和管理中發揮重要作用。相反，癌癥本身也會誘導晝夜節律的改變或破壞。本研究顯示，體育運動調控了腫瘤組織中的生物鐘基因表達，特別是Per2、Per3和Rev-Erbα基因。
清晨運動似乎比晚些時候運動對預防乳腺癌和前列腺癌提供更大的保護作用。同樣，本數據證實，每天在固定時間（ZT2）進行的體育運動，其TNF-α濃度的峰值相位高于其他兩組。已知TNF-α及其受體可以影響晝夜節律；刺激會導致TNF-α濃度升高，從而引起相位偏移。
TNF-α對腫瘤細胞死亡的影響在文獻中已有充分探討。TNF-α得名于其誘導腫瘤細胞死亡的能力。TNF-α可通過經典和非經典機制介導，激活腫瘤細胞中的死亡信號通路，增加細胞凋亡和細胞焦亡。此外，腫瘤部位TNF-α表達增加與抗腫瘤免疫力增強有關。TNF-α也能誘導CD8+ T細胞的高細胞毒性活性。
另一方面，腫瘤的發展導致血液中幾種促炎介質水平升高，包括已知會導致骨骼肌損失的TNF-α。在本團隊之前的工作中觀察到，TNF-α的增加發生在腫瘤組織內，而不是骨骼肌中，這表明運動訓練在荷瘤小鼠的肌肉中引發了抗炎反應。
本研究存在一些局限性。盡管ZT2訓練的荷瘤小鼠顯示出核心晝夜節律基因更穩健的振蕩，但這并未轉化為終點時腫瘤負荷的顯著差異。鑒于干預時間相對較短，可能持續時間不足以揭示ZT2組腫瘤的統計學顯著減少；在沒有藥物治療的情況下，可能需要更長時間的運動方案才能引發這種效果。盡管如此，本研究結果與以下證據一致：腫瘤時鐘動態比基線腫瘤生長更能影響治療反應性；大規模分析表明，晝夜節律基因在多種癌癥中經常發生改變，并與致癌和臨床可操作的通路相互作用。
結論
每日按計劃進行的有氧運動調節了荷瘤小鼠腫瘤組織中Per2、Per3和Rev-Erbα基因的晝夜表達，導致節律振幅增加，盡管并未增強腫瘤負荷。這些發現凸顯了運動時機作為腫瘤學時間治療策略的潛力。
