表型分析方法

晝夜節(jié)律表型和紊亂可通過問卷和日記的自我報(bào)告來近似，或通過可穿戴設(shè)備（例如腕式加速度計(jì)）、受控條件下的褪黑激素或體溫曲線、基于血液的組學(xué)生物標(biāo)志物（例如基于單核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的內(nèi)部晝夜節(jié)律時(shí)間預(yù)測(cè)）和原代人類細(xì)胞培養(yǎng)來客觀近似或估計(jì)，或通過醫(yī)生診斷和從電子健康記錄中獲得的表型來估計(jì)。然而，掩蔽是晝夜節(jié)律評(píng)估中的一個(gè)重要概念，即環(huán)境或行為因素會(huì)急劇影響旨在評(píng)估晝夜節(jié)律控制的生物學(xué)測(cè)量，從而掩蓋或混淆該晝夜節(jié)律測(cè)量并使其無效或不精確。例如，光對(duì)褪黑激素的釋放有掩蔽作用，導(dǎo)致褪黑激素濃度急劇抑制（例如，在血液、唾液或尿液中評(píng)估）。另一個(gè)例子是，如果不嚴(yán)格控制這些因素，睡眠、飲食和身體活動(dòng)對(duì)體溫的直接影響會(huì)掩蓋基于此測(cè)量方法測(cè)量晝夜節(jié)律的能力。這一概念適用于幾乎所有可用于晝夜節(jié)律評(píng)估的測(cè)量方法，盡管測(cè)量方法對(duì)掩蔽效應(yīng)的敏感性取決于所使用的測(cè)量方法。例如，雖然僅通過確?；璋档墓庹諚l件就可以相對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)估褪黑激素濃度的升高，但大多數(shù)其他測(cè)量方法受到睡眠-覺醒、休息-活動(dòng)、姿勢(shì)和/或禁食-進(jìn)食周期的更嚴(yán)重掩蓋。

正常睡眠模式和睡眠障礙也通過自我報(bào)告問卷、睡眠日記、加速度計(jì)和移動(dòng)多導(dǎo)睡眠圖等可穿戴設(shè)備以及金標(biāo)準(zhǔn)多導(dǎo)睡眠圖進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)于遺傳學(xué)研究，一個(gè)重要的考慮因素是權(quán)衡自我報(bào)告、客觀測(cè)量和電子健康記錄得出的表型，尤其是考慮到可穿戴設(shè)備的興起，這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)越來越可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)表型分析。關(guān)于表型的異質(zhì)性以及相對(duì)于金標(biāo)準(zhǔn)表型的粗略結(jié)果測(cè)量或診斷代碼的有效性，仍有許多需要學(xué)習(xí)的地方。事實(shí)上，比較不同睡眠和晝夜節(jié)律測(cè)量方法的遺傳學(xué)可以作為一種方法，以確定正在測(cè)量的是可比的還是不同的表型。

晝夜節(jié)律和睡眠表型

晝夜節(jié)律和睡眠相關(guān)因素，例如時(shí)型（例如，早起或晚睡）、睡眠時(shí)間、睡眠持續(xù)時(shí)間和睡眠質(zhì)量，都是在一般人群中個(gè)體之間差異的定量特征。雙胞胎和家庭研究表明，遺傳因素在其中起著重要作用，自我報(bào)告行為的遺傳率估計(jì)為 10-45%，而通過腦電圖測(cè)量的睡眠結(jié)構(gòu)特征的遺傳率高達(dá) 96%。盡管對(duì)分子決定因素還了解甚少，但家族測(cè)序研究和大規(guī)模 GWAS 都已開始確定晝夜節(jié)律和睡眠行為的基因位點(diǎn)，如下所述（圖4a），不過加速度測(cè)量 GWAS 的樣本量仍然落后于自我報(bào)告的特征，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)功效的差異。展望未來，擴(kuò)大將客觀測(cè)量的睡眠特征與遺傳信息相結(jié)合的研究將有助于增進(jìn)生物學(xué)見解。

睡眠時(shí)間和睡眠質(zhì)量

首批關(guān)于睡眠持續(xù)時(shí)間的人類遺傳學(xué)研究針對(duì)的是單基因疾病，例如罕見的家族性自然短睡眠 (FNSS)，患病家庭成員經(jīng)常表現(xiàn)出異常短睡眠，但沒有明顯的不良后果。連鎖和候選基因測(cè)序揭示了DEC2中的一種罕見錯(cuò)義突變，DEC2 是分子鐘38和食欲素信號(hào)39的調(diào)節(jié)器。隨后，發(fā)現(xiàn)其他DEC2錯(cuò)義突變與睡眠不足和增強(qiáng)的抗睡眠剝奪能力有關(guān)，證實(shí)了該基因在人類睡眠中的重要作用 。在具有孟德爾遺傳的自然短睡眠家族中進(jìn)行的外顯子組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，GRM1 、ADRB1 和NPSR中的突變導(dǎo)致小鼠神經(jīng)元活動(dòng)增加和睡眠時(shí)間縮短。這些研究表明，整體或局部腦細(xì)胞興奮性增加可能是自然短睡眠的一種機(jī)制。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后續(xù)研究對(duì)于確定功能意義至關(guān)重要。這些研究得到了最近關(guān)于成年人自我報(bào)告的習(xí)慣性睡眠時(shí)間、白天嗜睡和白天小睡頻率的 GWAS 的補(bǔ)充。與睡眠時(shí)間相關(guān)的最強(qiáng)和最可重復(fù)的關(guān)聯(lián)是在PAX8基因座——PAX8編碼一種參與發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子，特別是腎臟和甲狀腺的發(fā)育——對(duì)于自我報(bào)告的睡眠時(shí)間，估計(jì)效應(yīng)大小為每個(gè)等位基因 2.44 分鐘，而通過客觀的 7 天活動(dòng)監(jiān)測(cè)，估計(jì)效應(yīng)大小為每個(gè)等位基因 3.24 分鐘。自我報(bào)告的睡眠時(shí)間基因座上的基因在神經(jīng)通路中富集，包括紋狀體和大腦皮下發(fā)育、機(jī)械感覺反應(yīng)、多巴胺結(jié)合、突觸神經(jīng)傳遞和可塑性 。

對(duì)自我報(bào)告的白天嗜睡和午睡（反映睡眠質(zhì)量和數(shù)量、覺醒途徑或自然偏好方面的缺陷）的 GWAS 分別已鑒定出 42 個(gè)和 123 個(gè)基因座。由于白天嗜睡和頻繁午睡可能是睡眠不足、潛在的睡眠障礙或睡眠/覺醒或晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)過程中的遺傳變異造成的，跨特征映射和聚類方法可能特別有助于定義不同的促成生物學(xué)機(jī)制，就像其他復(fù)雜性狀一樣。事實(shí)上，根據(jù)導(dǎo)致白天嗜睡的基因座與其他主觀和客觀睡眠測(cè)量的關(guān)聯(lián)對(duì)其進(jìn)行聚類，確定了兩種不同的白天嗜睡遺傳機(jī)制，它們反映了更高的睡眠傾向（更長(zhǎng)和更鞏固的睡眠）或更高的睡眠碎片化。對(duì)客觀睡眠質(zhì)量指標(biāo)（如睡眠效率和來自活動(dòng)記錄儀的睡眠發(fā)作次數(shù)）的 GWAS 發(fā)現(xiàn)血清素處理基因的富集?？傮w而言，睡眠時(shí)間特征和睡眠類型與睡眠質(zhì)量和數(shù)量特征的遺傳結(jié)構(gòu)有很大不同，這由全基因組水平上的低遺傳相關(guān)性（rg）證明（例如，晨化傾向和睡眠持續(xù)時(shí)間之間的rg = −0.06）。然而，一些遺傳變異與多種睡眠時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和質(zhì)量表型相關(guān)，表明睡眠調(diào)節(jié)具有根本性作用，并具有多種表型效應(yīng)。例如，食欲素受體 2 ( HCRTR2 ) 的錯(cuò)義變異會(huì)增加白天嗜睡，并且與更高的午睡頻率、更早的睡眠時(shí)間和晨化睡眠類型相關(guān)。HCRTR2是一種與 REM 睡眠調(diào)節(jié)和發(fā)作性睡病有關(guān)的基因，也是已知的失眠藥物靶點(diǎn)。

總之，成年人的 GWAS 表明許多基因組區(qū)域與非常微小的個(gè)體效應(yīng)有關(guān)，這表明成年人的晝夜節(jié)律和睡眠行為反映了多種潛在過程并且是多基因的，個(gè)體常見的遺傳變異會(huì)產(chǎn)生很小的影響，就像在其他復(fù)雜性狀和疾病中觀察到的那樣 。這些在人類身上的發(fā)現(xiàn)也與小鼠和蒼蠅的睡眠表型和行為的多基因性相一致。鑒于晝夜節(jié)律和睡眠行為在整個(gè)生命周期中會(huì)發(fā)生巨大變化，需要對(duì)兒童和青少年、青春期和更年期以及老年人進(jìn)行遺傳學(xué)研究。對(duì)兒童睡眠時(shí)間最大規(guī)模的遺傳研究表明，兒童睡眠時(shí)間與成人睡眠時(shí)間幾乎沒有遺傳重疊，但目前尚未報(bào)道可靠的遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)。相比之下，成年人 351 個(gè)晨間偏好基因座的多基因評(píng)分可以預(yù)測(cè)青少年的晨間偏好和更早的睡眠時(shí)間。需要對(duì)來自更多不同人群的兒童和成人的常見和罕見變異進(jìn)行更多的遺傳學(xué)研究，并且利用具有極端表型的良好表型家族和個(gè)體將繼續(xù)成為揭示睡眠和晝夜節(jié)律表型的生物學(xué)基礎(chǔ)的有力策略。

表1|.原發(fā)性睡眠障礙

晝夜節(jié)律睡眠覺醒障礙

極端晝夜節(jié)律障礙，統(tǒng)稱為晝夜節(jié)律睡眠-覺醒時(shí)相障礙 (SWPD)，包括由生物和環(huán)境驅(qū)動(dòng)的非典型晝夜節(jié)律障礙，包括不規(guī)則晝夜節(jié)律、非 24 小時(shí)睡眠-覺醒節(jié)律障礙（非訓(xùn)練性），最常與失明、睡眠時(shí)間大大提前（晚期 SWPD）和睡眠時(shí)間大大延遲（延遲 SWPD）有關(guān)。其中，根據(jù)國(guó)際睡眠障礙分類 (ICSD) 標(biāo)準(zhǔn)定義的晚期SWPD在多達(dá) 0.21% 的人口中患病率，而延遲 SWPD 則約占 3% ，具有晝夜節(jié)律和非晝夜節(jié)律亞型。已鑒定出晚期 SWPD 和延遲性 SWPD 的孟德爾形式，并且連鎖或測(cè)序研究表明PER2、PER3、CRY1、CRY2、CSNK1D和TIMELESS基因中存在罕見變異，證實(shí)了先前在模型生物研究中鑒定的分子鐘基因的參與 。變異在功能上與晝夜節(jié)律周期長(zhǎng)度（周期）或光同步的生理變化以及小鼠磷酸化的分子變化相關(guān)，展示了人類基因發(fā)現(xiàn)的力量，隨后在動(dòng)物模型上進(jìn)行功能和機(jī)制研究。然而，到目前為止，只有有限數(shù)量的晝夜節(jié)律紊亂家族接受了研究。在設(shè)計(jì)未來的基于家庭的研究時(shí)，只有當(dāng)同一基因中的變異出現(xiàn)在多個(gè)不相關(guān)的受影響個(gè)體（兩個(gè)或多個(gè)家庭）中時(shí)，才需要報(bào)告有信心牽涉的新基因，并報(bào)告分離的統(tǒng)計(jì)證據(jù)。此外，相關(guān)變異可能并非完全滲透，而對(duì)于晝夜節(jié)律變異，其影響可能被環(huán)境因素掩蓋，因此在受控條件下進(jìn)行更深層次表型分析的基因型回憶研究對(duì)于揭示相關(guān)的人類生物學(xué)也很重要。值得注意的是，晚期 SWPD 和延遲 SWPD 的一些晝夜節(jié)律形式可能代表了時(shí)型分布末端的極端情況；例如，PER3中的罕見變異（次要等位基因頻率 = 0.4%）既促成了晝夜偏好，又與臨床定義的晚期 SWPD 和延遲 SWPD 相關(guān)。

嗜睡癥

發(fā)作性睡病是一種罕見的青少年期睡眠障礙癥，會(huì)影響睡眠-覺醒周期，其特征是在不尋常的時(shí)間有強(qiáng)烈的睡眠沖動(dòng)、夜間出現(xiàn)逼真的幻覺和 REM 睡眠失調(diào)。發(fā)作性睡病也可能伴有猝倒癥，即在強(qiáng)烈的情緒刺激下身體崩潰（1 型）或不伴有猝倒癥（2 型），大約每 2,000 人中就有 1 人患有此病。雖然發(fā)作性睡病大多是散發(fā)性的，但也有家族性發(fā)病，與一般人群相比，其患病風(fēng)險(xiǎn)高出 20-40 倍。通過對(duì)發(fā)作性睡病病例的人類基因研究，首次發(fā)現(xiàn)了突破性的證據(jù)，表明發(fā)作性睡病是一種自身免疫性疾病，病例中特定 HLA 抗原血清型的含量顯著增加。這些研究得到了犬類發(fā)作性睡病遺傳學(xué)研究的補(bǔ)充，該研究將遺傳缺陷定位到食欲素受體 2 型基因 ( HCRTR2 ) ，精確定位食欲素/下丘腦分泌素系統(tǒng)具體受到這種自身免疫性疾病的影響。1 型發(fā)作性睡病對(duì)食欲素的自身免疫反應(yīng)和對(duì)流感的分子模擬導(dǎo)致產(chǎn)生食欲素的下丘腦外側(cè)神經(jīng)元的選擇性丟失。GWAS 和罕見變異外顯子組測(cè)序研究已確定了與 1 型發(fā)作性睡病相關(guān)的 8 個(gè)基因組區(qū)域和 3 個(gè)基因，以及 9 種 HLA 血清型，其中大多數(shù)基因座和基因支持炎癥和自身免疫假設(shè)。幾乎所有 1 型發(fā)作性睡病患者至少有一條染色體上攜帶HLA-DQB1 *0602 ，但這種等位基因也相對(duì)常見，表明它不足以導(dǎo)致疾病發(fā)展；然而，HLA-DQB1*0602血清型檢測(cè)可能有利于發(fā)作性睡病的診斷。遺傳和環(huán)境之間的相互作用已得到證實(shí)，因?yàn)楦腥竞推渌h(huán)境觸發(fā)因素會(huì)與易感免疫背景相互作用。對(duì)發(fā)作性睡病的研究使佳學(xué)基因睡眠障礙基因解碼了解到食欲素系統(tǒng)在睡眠和覺醒中起的關(guān)鍵作用，以及發(fā)作性睡病的自身免疫基礎(chǔ)。發(fā)作性睡病的遺傳學(xué)為如何從遺傳學(xué)發(fā)展到生物學(xué)機(jī)制并走向臨床提供了一個(gè)成功的例子（表 2 ）。

不安腿綜合征

不安腿綜合征 (RLS) 是一種睡眠障礙和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，影響 5–15% 的成年人口，其特征是有移動(dòng)雙腿的沖動(dòng)，這種癥狀在夜間加重，干擾睡眠，散步或伸展運(yùn)動(dòng)可以改善。RLS 有很大的遺傳因素，60% 的病例有受影響的親屬，家族性 RLS 發(fā)病率通常在 45 歲之前。尸檢、神經(jīng)影像學(xué)和腦脊液研究表明腦區(qū)域性缺鐵與 RLS 病理生理有關(guān)，多巴胺激動(dòng)劑的臨床療效也表明多巴胺功能障礙與此有關(guān)。迄今為止已確定的遺傳因素可解釋觀察到的疾病變異的約 12%；通過 GWAS，現(xiàn)在有 19 個(gè)位點(diǎn)與 RLS 相關(guān)，另外 6 個(gè)位點(diǎn)通過轉(zhuǎn)錄組全關(guān)聯(lián)研究被發(fā)現(xiàn)與此有關(guān)。這些最近審查的基因研究結(jié)果，以及在斑馬魚和小鼠中進(jìn)行的功能性后續(xù)研究，表明神經(jīng)發(fā)育途徑在 RLS 的病理生理學(xué)中起著重要作用，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了鐵代謝和體內(nèi)平衡以及多巴胺功能障礙在 RLS 中的重要性。 導(dǎo)聯(lián)信號(hào)涉及參與神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)元特化的基因MEIS1 ； BTBD9，在果蠅的變態(tài)和肢體模式形成中很重要，與睡眠中的周期性肢體運(yùn)動(dòng)和缺鐵有關(guān)；SKOR1，調(diào)節(jié)脊髓背角中間神經(jīng)元（傳遞疼痛和觸覺）的細(xì)胞命運(yùn)，以及抑制神經(jīng)發(fā)育過程中富集的基因。 這些觀察結(jié)果與之前的神經(jīng)生理學(xué)研究相關(guān)，這些研究描述了感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的變化和皮質(zhì)神經(jīng)元（特別是運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)）興奮性的增加，并確定了阿片類受體在 RLS 發(fā)病機(jī)制中的作用。

睡眠呼吸障礙

睡眠呼吸障礙包括一系列疾病，包括中樞性睡眠呼吸暫停、睡眠相關(guān)性通氣不足和阻塞性睡眠呼吸暫停 (OSA)，后者的特征是上呼吸道阻塞（呼吸暫停和低通氣）反復(fù)發(fā)作。OSA 是這些疾病中最常見的一種，超過 15% 的成年人患有該病，年齡較大、男性和亞裔或西班牙裔血統(tǒng)的人患病率較高。呼吸受阻會(huì)導(dǎo)致間歇性缺氧血癥、睡眠片段化和交感神經(jīng)系統(tǒng)激增，增加多種慢性健康問題的風(fēng)險(xiǎn)。遺傳學(xué)研究使用多種指標(biāo)檢查了 OSA：自我報(bào)告的打鼾（標(biāo)志性癥狀）、電子健康記錄中的國(guó)際疾病分類第九和第十修訂版 (ICD) OSA 診斷代碼，以及夜間睡眠研究中的定量測(cè)量，包括呼吸暫停低通氣指數(shù) (AHI)、呼吸事件長(zhǎng)度和氧飽和度水平和模式。據(jù)估計(jì)，AHI 的遺傳率從 6% 到 30% 不等，而呼吸事件長(zhǎng)度的遺傳率則高達(dá) 60% 98。肥胖與 OSA 患病率增加 2 到 6 倍有關(guān)，并且 OSA 和肥胖具有高度的遺傳相關(guān)性 ( rg = 0.72 )。調(diào)整 OSA 與肥胖的遺傳關(guān)聯(lián)通常會(huì)降低肥胖通路中的信號(hào)強(qiáng)度，盡管與呼吸、炎癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的通路中的信號(hào)往往會(huì)變得更強(qiáng)。最近，在打鼾99或 ICD 編碼的 OSA 100生物庫(kù)中開展的大規(guī)模研究已經(jīng)確定了具有歐洲血統(tǒng)的個(gè)體的遺傳關(guān)聯(lián)，規(guī)模較小的多血統(tǒng)隊(duì)列研究利用混合101（例如，識(shí)別FECH）或連鎖102、103信號(hào)來提高檢驗(yàn)?zāi)芰Γê币娮儺愱P(guān)聯(lián)（例如，CAV1和DLC1）。后期研究將 OSA 研究引向了調(diào)節(jié)炎癥、鐵和類固醇代謝、肺功能和缺氧反應(yīng)的途徑，這些途徑都處于早期階段102、103。睡眠呼吸暫停的遺傳關(guān)聯(lián)是異質(zhì)性的，有些是祖先特異性的104 ，有些是階段特異性的（例如，REM 與非 RE??M 睡眠）105，有些是性別特異性的（例如，男性的RAI1）106，這表明采用跨祖先、階段特異性和性別分層分析方法對(duì) OSA 等復(fù)雜表型以及其他睡眠和晝夜節(jié)律特征107具有價(jià)值。

失眠

失眠癥的特征是長(zhǎng)期入睡困難和/或睡眠維持困難，并伴有日間活動(dòng)障礙。失眠癥定義為每周至少三個(gè)晚上嚴(yán)重失眠，持續(xù)至少三個(gè)月，約 10% 的人口患有失眠癥，并且與不良的長(zhǎng)期健康結(jié)果有關(guān)108，而約 30% 的人口偶爾出現(xiàn)失眠癥狀。早期對(duì)失眠遺傳性的研究主要來自雙胞胎研究（成人遺傳率為 22% 至 59%，兒童遺傳率為 14% 至 71%），一項(xiàng)縱向雙胞胎研究表明失眠遺傳性隨時(shí)間保持穩(wěn)定，且存在性別差異（女性約為 59%，男性約為 38% 109。候選基因研究和早期小規(guī)模 GWAS（n <10,000）通過將經(jīng)過驗(yàn)證的失眠癥狀問卷和活動(dòng)記錄儀測(cè)量的表型與基因數(shù)據(jù)相結(jié)合，為大規(guī)模失眠遺傳學(xué)研究鋪平了道路110 – 113?；谠u(píng)估失眠癥狀的問卷、醫(yī)生診斷的自我報(bào)告和睡眠處方輔助劑使用的大規(guī)模 GWAS（n >100,000）已經(jīng)確定了許多基因座（截至最新的 GWAS 預(yù)印本，有 554 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)基因座； 23andMe 和英國(guó)生物銀行 (UK Biobank) 的研究顯示，軸突、紋狀體、中棘神經(jīng)元和下丘腦與失眠病理生理有關(guān)114 – 117。這些研究估計(jì)基于 SNP 的遺傳率約為 8%，并表明失眠具有高度多基因結(jié)構(gòu)，但迄今為止很少有特定基因與此有關(guān)118。失眠 GWAS 確定了與 RLS 基因座的關(guān)聯(lián)，后續(xù)分析指出未確診的 RLS 病例報(bào)告了失眠癥狀115、117 。重要的是，即使考慮到幾種可能的混雜因素，例如咖啡因消費(fèi)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位和現(xiàn)有的合并癥，與失眠的遺傳關(guān)聯(lián)仍然很強(qiáng)。在較小群體中，失眠多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分與醫(yī)生診斷或 ICD-10 診斷的失眠癥相關(guān)115，但醫(yī)生診斷的失眠癥的大規(guī)模 GWAS 仍然缺乏。最近有關(guān)于失眠遺傳學(xué)119和兒童睡眠障礙的綜合評(píng)論120 的報(bào)道。

從疾病中吸取的教訓(xùn)

對(duì)晝夜節(jié)律和睡眠表型的 GWAS 研究強(qiáng)調(diào)了重要的教訓(xùn)。首先是異質(zhì)性和錯(cuò)誤分類的挑戰(zhàn)。例如，對(duì)失眠癥狀的 GWAS 研究表明，失眠癥狀與已驗(yàn)證的 RLS 遺傳變異有關(guān)121，進(jìn)一步的分析表明，這種關(guān)聯(lián)很可能是由于納入了報(bào)告失眠癥狀的 RLS 個(gè)體115、117、121。失眠，尤其是偶爾失眠，可能不是一種單一的疾病，而是一組具有一系列潛在原因的癥狀。未來的遺傳學(xué)研究需要剖析這種異質(zhì)性。另一個(gè)教訓(xùn)是表型定義的重要性，因?yàn)楸硇投x范圍從癥狀、??主觀和客觀的睡眠質(zhì)量到臨床疾病診斷?；趩柧淼谋硇秃?ICD 代碼的可擴(kuò)展性使得樣本量和檢測(cè)關(guān)聯(lián)的遺傳能力得以增加，但臨床特異性對(duì)于了解分子特異性和擴(kuò)大遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)在預(yù)測(cè)和預(yù)防中的效用是必要的。例如，在最新的失眠遺傳學(xué)薈萃分析中122，盡管樣本量有所增加，但新發(fā)現(xiàn)的基因位點(diǎn)對(duì)變異的解釋程度低于之前的研究116，這可能是由于額外采樣的個(gè)體的表型和特征較差（在最大規(guī)模的 230 萬人研究中r2 = 2.0%，而 2019 年的 130 萬人研究中r2 = 2.6%）。因此，需要標(biāo)準(zhǔn)化且易于使用的表型工具。大規(guī)模評(píng)估的表型工具將促進(jìn)從大規(guī)模隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)基因，而在較小、精心設(shè)計(jì)的隊(duì)列中進(jìn)行精確、詳細(xì)的表型分析將實(shí)現(xiàn)基因表征。盡管如此，目前可用的研究數(shù)據(jù)（例如睡眠呼吸暫停研究數(shù)據(jù)）強(qiáng)調(diào)，即使是簡(jiǎn)單的表型分析（來自醫(yī)療記錄）也可以識(shí)別出有希望的信號(hào)和與其他疾病的遺傳相關(guān)性，而更詳細(xì)的分析（來自多導(dǎo)睡眠圖）可以闡明與疾病嚴(yán)重程度（氧去飽和）、亞型（狀態(tài)特異性）、性別二態(tài)性和祖先驅(qū)動(dòng)變異相關(guān)的潛在機(jī)制。最后，需要進(jìn)行更多采用嚴(yán)格無偏遺傳方法的研究，以捕捉全方位的基因突變。需要增加罕見疾病病例和家族以及人群異常極端的外顯子組和基因組測(cè)序。遺傳學(xué)研究還必須推動(dòng)更強(qiáng)大的跨祖先遺傳方法與高通量下游功能分析相結(jié)合，以推進(jìn)生物學(xué)并為晝夜節(jié)律和睡眠障礙找到新的治療靶點(diǎn)。

治療的遺傳學(xué)見解

在晝夜節(jié)律和睡眠領(lǐng)域，人們對(duì)新療法和個(gè)性化治療的需求非常大。特別是在睡眠治療中，藥物治療通常針對(duì)癥狀而不是根本原因。晝夜節(jié)律和睡眠的人類遺傳學(xué)研究為藥物開發(fā)以及當(dāng)前療法的定制打開了大門123。遺傳學(xué)研究還具有在因果途徑中識(shí)別藥物靶點(diǎn)的獨(dú)特能力。

對(duì)于 1 型發(fā)作性睡病，積極的藥物開發(fā)正轉(zhuǎn)向基于機(jī)制的治療方法，包括針對(duì)免疫系統(tǒng)和食欲素系統(tǒng)124。目前，1 型發(fā)作性睡病的治療主要包括用于治療白天過度嗜睡的精神興奮劑和用于治療猝倒癥和 REM 睡眠失調(diào)的羥基丁酸鈉或抗抑郁藥。正在開發(fā)的藥物包括作用于食欲素 2 受體的激動(dòng)劑和通過植入鞘內(nèi)導(dǎo)管或鼻內(nèi)給藥的食欲素替代療法。此外，鑒于超過 98% 的 1 型發(fā)作性睡病患者（而對(duì)照組為 25%）的遺傳背景攜帶 HLA II 類HLA-DQB1 *0602等位基因，人們正在研究基于免疫的療法，以治療有發(fā)作性睡病風(fēng)險(xiǎn)的人并防止食欲素神經(jīng)元的破壞，同時(shí)積極尋找可靠的生物標(biāo)志物。除了藥物治療外，1 型發(fā)作性睡病機(jī)制的遺傳學(xué)揭示已促成免疫靶向診斷方法和針對(duì)食欲素神經(jīng)元125的干細(xì)胞替代療法（表 2）。因此，繼續(xù)對(duì)晝夜節(jié)律和睡眠障礙的潛在機(jī)制進(jìn)行遺傳學(xué)研究至關(guān)重要，以便實(shí)現(xiàn)新的靶向治療、診斷和預(yù)防干預(yù)。

共享遺傳結(jié)構(gòu)

對(duì)遺傳相關(guān)模式或共同遺傳影響的研究開始為晝夜節(jié)律或睡眠與心臟代謝和精神特征之間的關(guān)系提供見解90、98、127（圖4a 、 5 ）。例如，失眠與焦慮和抑郁等精神疾病之間的遺傳相關(guān)性高于失眠與大多數(shù)其他睡眠特征之間的遺傳相關(guān)性（r g = 0.45–0.59），這表明失眠的病因與精神疾病的生物學(xué)過程共享程度高于與睡眠-覺醒調(diào)節(jié)過程的共享程度115、116、128。此外，不同睡眠表型的遺傳共享在不同疾病之間有所不同，這表明疾病可能通過不同的睡眠中斷模式來區(qū)分。

因果關(guān)系的遺傳證據(jù)

孟德爾隨機(jī)化是一種遺傳方法，利用與風(fēng)險(xiǎn)因素相關(guān)的人類遺傳變異作為自然實(shí)驗(yàn)來測(cè)試該風(fēng)險(xiǎn)因素是否反映了疾病的原因，從而減少了混雜因素和反向因果關(guān)系的影響，而這些是其他人類流行病學(xué)方法的局限性129,130?? (圖4b 、 5 )。例如，在脂質(zhì)和膽固醇生物學(xué)領(lǐng)域，孟德爾隨機(jī)化有助于從心臟病發(fā)作的因果途徑中消除高密度脂蛋白膽固醇，從而能夠重新定向藥物靶點(diǎn)131。對(duì)于晝夜節(jié)律，先前的觀察性前瞻性流行病學(xué)研究已將生物鐘與抑郁癥聯(lián)系起來 132、133 ，報(bào)告了兩個(gè)方向的影響：早期抑郁與青少年夜間生活偏好增加有關(guān)，生物鐘與青少年和成年女性的抑郁癥發(fā)病率有關(guān)。多項(xiàng)研究的孟德爾隨機(jī)化結(jié)果證實(shí)了對(duì)晨間睡眠類型的遺傳變異進(jìn)行“終生干預(yù)”對(duì)精神疾?。ㄓ绕涫侵囟纫钟舭Y）具有保護(hù)作用31 – 33 , 134 , 135。最近一項(xiàng)針對(duì)睡眠時(shí)間、進(jìn)餐時(shí)間、光照、咖啡因攝入量、午睡行為和運(yùn)動(dòng)行為的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)為干預(yù)措施產(chǎn)生臨床相關(guān)的晝夜節(jié)律變化的可行性提供了證據(jù)136。最近對(duì)失眠和睡眠不足的研究證明了冠狀動(dòng)脈疾病和心肌梗死之間的因果關(guān)系114 – 117，進(jìn)一步支持了許多將失眠與心臟結(jié)果聯(lián)系起來的觀察性研究137 , 138。這種聯(lián)系強(qiáng)調(diào)了需要進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來治療睡眠中斷作為心臟病的預(yù)防療法，并倡導(dǎo)減少圍繞睡眠中斷的健康差異。綜合起來，這兩個(gè)例子有力地證明了利用人類遺傳學(xué)來了解晝夜節(jié)律和睡眠在健康和疾病中的因果關(guān)系。已發(fā)現(xiàn)具有時(shí)鐘基因自然發(fā)生或敲除突變的小鼠模型患有代謝紊亂，例如肥胖和 2 型糖尿病、不孕癥、應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致的腫瘤發(fā)展增加、過早衰老、認(rèn)知、記憶或情緒表型受損（參見文獻(xiàn)15）），表明時(shí)鐘基因在疾病中起著關(guān)鍵作用。這些因果關(guān)系如何轉(zhuǎn)化為人類仍然是一個(gè)需要回答的重要問題。遺傳學(xué)研究也支持睡眠障礙與失眠和抑郁等疾病之間的雙向因果關(guān)系，這與表明睡眠障礙會(huì)導(dǎo)致疾病不斷惡化的模型一致139。

睡眠障礙的退化標(biāo)志

基因研究表明，某些睡眠障礙可能是進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病病理的早期標(biāo)志?？焖傺蹌?dòng)行為障礙 (RBD) 是一種罕見的異睡癥，影響 0.3–1.1% 的成年人，患者在快速眼動(dòng)睡眠期間會(huì)表現(xiàn)出夢(mèng)境并且缺乏肌張力減退，這可能反映了前驅(qū)神經(jīng)退行性突觸核蛋白病140。事實(shí)上，超過 90% 的 RBD 患者在確診后 15 年內(nèi)會(huì)發(fā)展為帕金森病或其他癡呆癥?？傮w而言，基因表征表明 RBD 相關(guān)帕金森病是帕金森病的一個(gè)亞型，一些帕金森病易感等位基因（例如GBA ）起作用，但其他基因（例如LRRK2（參考文獻(xiàn)141））沒有起作用。更深入地了解 RBD 的遺傳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)從 RBD 到神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)展速度的遺傳修飾因素，將對(duì)精準(zhǔn)診斷、管理和治療具有臨床價(jià)值。盡管帕金森病患者存在晝夜節(jié)律和睡眠功能障礙，但其潛在的遺傳機(jī)制和與 RBD 的聯(lián)系仍然未知142。此外，最近的研究表明，阿爾茨海默病的遺傳易感性可能預(yù)示著睡眠不足，這為研究睡眠波動(dòng)作為早期標(biāo)志物提供了支持143 , 144。同樣，致死性家族性失眠癥是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，由朊病毒蛋白 PRNP 的顯性突變引起，表現(xiàn)為睡眠障礙和失眠（隨著有毒的朊病毒蛋白在大腦中積累，失眠會(huì)逐漸惡化）145。

晝夜節(jié)律和睡眠行為作為調(diào)節(jié)因素

已知晝夜節(jié)律和睡眠紊亂是許多常見復(fù)雜疾病的可改變風(fēng)險(xiǎn)因素。鑒于它們?cè)诂F(xiàn)代社會(huì)中越來越普遍，一個(gè)重要的問題是晝夜節(jié)律和睡眠行為是否會(huì)改變其他疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)（圖 4c、5）。雖然相關(guān)性很高，但以晝夜節(jié)律或睡眠行為作為疾病遺傳風(fēng)險(xiǎn)修飾因素的研究才剛剛出現(xiàn)。雙胞胎研究是解開遺傳和環(huán)境因素對(duì)感興趣特征的貢獻(xiàn)的經(jīng)典方法，它首先發(fā)現(xiàn)較短的睡眠時(shí)間會(huì)增加遺傳對(duì)身體質(zhì)量指數(shù) (BMI) 146的影響。CHARGE 聯(lián)盟最近的研究成功地使用全基因組基因-睡眠時(shí)間相互作用測(cè)試來識(shí)別血壓147和脂質(zhì)性狀148的新基因座。然而，與規(guī)模相似的單隊(duì)列研究相比，不同研究隊(duì)列之間在生活方式或環(huán)境和遺傳變量的測(cè)量以及文化異質(zhì)性方面的異質(zhì)性會(huì)帶來更多的變異性。因此，最近大規(guī)模前瞻性隊(duì)列研究的發(fā)展提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)來規(guī)避上述限制，這些隊(duì)列包含了豐富的生活方式和環(huán)境信息。事實(shí)上，最近利用英國(guó)生物庫(kù)數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，不良的睡眠特征（例如睡眠時(shí)間短、白天打盹/嗜睡、失眠和打鼾）會(huì)增加肥胖相關(guān)指標(biāo)的遺傳風(fēng)險(xiǎn)149 , 150以及冠心病和中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)151。

作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，仍然存在許多空白。例如，大多數(shù)基因-晝夜節(jié)律/睡眠行為研究都是在具有歐洲血統(tǒng)的成年人中進(jìn)行的。了解不同血統(tǒng)的人群或兒童群體是否具有相同的相互作用非常重要。多血統(tǒng)睡眠與 SNP 相互作用研究148和另一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)兒童和青少年的研究152開始解決這一空白。

此外，之前幾乎所有研究都使用生活方式問卷來獲得晝夜節(jié)律或睡眠行為，而這些問卷容易受到回憶偏差的影響，并且僅限于一些容易獲得的表型（補(bǔ)充表1）。隨著越來越多的隊(duì)列開始使用基于加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)器或可穿戴設(shè)備來測(cè)量睡眠腦電圖和/或心率，客觀地評(píng)估睡眠行為可以更準(zhǔn)確地估計(jì)入睡時(shí)間、睡眠的規(guī)律性和碎片化、睡眠深度以及休息活動(dòng)節(jié)律。此外，還需要進(jìn)一步的縱向研究，以解決對(duì)生活方式和行為或隨時(shí)間推移的“暴露組”的有限的“生命歷程”評(píng)估，并利用機(jī)會(huì)使用來自可穿戴設(shè)備和“近距離設(shè)備”的低負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)，以及有關(guān)污染的公共數(shù)據(jù)庫(kù)。All of Us 隊(duì)列是一項(xiàng)大型計(jì)劃，旨在收集全面的環(huán)境和遺傳數(shù)據(jù)，睡眠數(shù)據(jù)可能通過可穿戴設(shè)備（例如 Fitbit）獲取。重要的是，越來越多的證據(jù)表明，進(jìn)餐時(shí)間可能是影響代謝健康的關(guān)鍵晝夜行為153 , 154（方框 1），未來的研究應(yīng)考慮將其評(píng)估納入基因行為分析中。