心脏时钟：科学家发现心脏细胞中影响其日常功能的昼夜节律
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心脏时钟调节心率的每日变化——每个心脏细胞都有一个时钟来调节白天和黑夜之间的放电频率。这有助于心脏在白天更快地跳动并维持日常活动。学分：版权 MRC LMB
一项新的研究表明，心脏细胞的昼夜节律如何帮助改变一天中的心脏功能，并可能解释为什么轮班工人更容易出现心脏问题。
科学家们首次表明，心脏细胞通过细胞内钠离子和钾离子水平的每日变化来调节其昼夜节律。心脏细胞内外不同水平的钠和钾离子允许电脉冲引起它们的收缩并驱动心跳。细胞离子浓度被认为是相当稳定的，但科学家们现在发现心脏细胞实际上会在白天和晚上改变其内部钠和钾的水平。这可以预测我们生活的日常需求，让心脏在我们活跃时更好地适应和维持增加的心率。
众所周知，心脏细胞和其他组织中存在每日时钟。通常由荷尔蒙信号同步，使我们的内部日常节奏与白天/黑夜周期保持一致。多年来，人们已经知道心脏功能的每日节律，这被认为是由于白天神经系统受到了更大的刺激。这项由医学研究委员会和阿斯利康蓝天计划支持的新研究表明，每个心脏细胞内的昼夜节律也会影响心率。
该团队由英国剑桥 MRC 分子生物学实验室的科学家领导，并与阿斯利康合作，他们表示了解这些离子水平的变化如何在一天中改变心脏功能可能有助于解释为什么轮班工人更容易患心脏问题——因为心脏时钟驱动的离子节律与大脑时钟的刺激“不同步”。这种新的认识可能会导致更好的治疗和预防措施来对抗心脏病。
约翰·奥尼尔博士是 MRC 分子生物学实验室的研究负责人，他的团队领导了这项研究
这项发表在《自然通讯》杂志上的研究发现，钠和钾的这些日常节律的发生允许细胞蛋白质发生变化，离子实际上被泵出为蛋白质水平的日常增加“腾出空间”。该研究的主要作者 Alessandra Stangherlin 惊讶地发现，分离的细胞和心脏组织中的钠/钾水平变化高达 30%。这使孤立的心脏细胞的电活动每天发生惊人的两倍变化。在老鼠身上，这似乎与理解心率的日常变化和神经控制一样重要。
领导这项研究的 MRC 分子生物学实验室的约翰·奥尼尔博士说：“心脏功能昼夜变化的方式比以前想象的要复杂得多。影响心率的离子梯度在每日周期中会发生变化。这可能有助于心脏应对白天增加的需求，此时活动和心输出量的变化远大于晚上，当我们正常睡觉时。它为更有效地治疗心血管疾病开辟了令人兴奋的可能性，例如通过在一天中的正确时间提供药物。”
领导这项研究的 MRC 分子生物学实验室的团队
虽然这项研究是在实验室中使用细胞和小鼠进行的，但其发现得到了合作者最近一项相关研究的支持，该研究由曼彻斯特大学的 David Bechtold 教授。他们的研究表明，小鼠和人类的心率和电活动的昼夜节律都非常明显，并且行为习惯或睡眠模式的突然变化会扰乱这些正常的心律。
总之，这些研究表明，与我们的自然内部时钟相反的生活方式（例如轮班工作）可能会导致心脏细胞内的内部昼夜节律与我们的行为脱钩，因此心脏时钟不再预测需求的波动，对于大多数人来说，白天会更高。他们提出，当昼夜节律被打乱时，这会增加不良事件的风险，例如心律失常和心源性猝死。
John O'Neill 博士说：“许多危及生命的心脏问题发生在一天中的特定时间，而且更常见于轮班工人。我们认为，当心脏中的生物钟与大脑中的生物钟不同步时，例如在轮班工作期间，我们的心血管系统可能无法应对工作生活中的日常压力。这可能会使心脏更容易出现功能障碍。”
阿斯利康研发部临床药理学和安全科学副总裁 Peter Newham 评论说：“这次合作是阿斯利康位于剑桥这个世界上最令人兴奋的生物科学热点之一的一个很好的例子。MRC 分子生物学实验室和 John 和 Alessandro 就在我们家门口，确实有助于推动这种合作，汇集我们不同的观点和经验来推动科学发展。”
资助这项研究的医学研究委员会分子和细胞医学负责人梅根·道伊博士说：“这项由蓝天倡议支持的非常有趣的研究表明，创新的学术与行业关系具有令人难以置信的潜力。发现科学。它解决了关于身体如何运作的基本、未解决的问题，并指出了治疗创新令人兴奋的新可能性。”
参考文献：
Alessandra Stangherlin、Joseph L. Watson、David CS Wong、Silvia Barbiero、Aiwei Zeng、Estere Seinkmane、Sew Peak Chew、Andrew D. Beale、Edward A. Hayter、Alina Guna、Alison J. Inglis、Marrit Putker、Eline Bartolami、Stefan Matile、Nicolas Lequeux、Thomas Pons、Jason Day、Gerben van Ooijen、Rebecca M. Voorhees、David A. Bechtold、Emmanuel Derivery、Rachel S. Edgar、Peter Newham 和 John S. O'Neill，2021 年 10 月 15 日，Nature Communications。
DOI: 10.1038/s41467-021-25942-4