循环:熬通宵让我心里难受！中国学者揭示生物钟对心脏健康的影响

来源：生物世界2022-02-03 09:43

昼夜节律紊乱，如熬夜和夜间工作，可能会对健康产生各种不利影响。其中，还与心脏病的发生有关。目前尚不清楚心脏分子钟的功能障碍是否与自然发生的人类心脏疾病的进展有关。核受体Rev-erb/是生物钟的关键成分，已成为心脏病的药物靶点，但心脏Rev-erb的功能尚未在体内进行研究。美国得克萨斯州贝勒医学院孙正、中国医学科学院宋江平和中国温州医科大学

昼夜节律紊乱，如熬夜和夜间工作，可能会对健康产生各种不利影响。其中，还与心脏病的发生有关。目前尚不清楚心脏分子钟的功能障碍是否与自然发生的人类心脏疾病的进展有关。核受体Rev-erb/是生物钟的关键成分，已成为心脏病的药物靶点，但心脏Rev-erb的功能尚未在体内进行研究。

美国得克萨斯州贝勒医学院孙正，中国医学科学院宋江平，与中国温州医科大学第二附属医院合作等。在《循环杂志》上发表了题为“医学Rev-Erb介导的继发性金属节律与肥胖悖论”的研究论文。

研究发现，心肌细胞中的Rev-erb/介导正常的代谢节律，使得心肌细胞在小鼠休息时间(白天)更喜欢脂质作为能量来源。去除Rev-erb/会破坏这种节律，降低心肌细胞在休息时间利用脂质的能力，导致进行性扩张型心肌病和致命性心力衰竭。

Rev-erb和Rev-erb在昼夜节律中具有较高的序列同源性。因此，研究人员构建了心肌细胞特异性Rev-erb/双基因敲除小鼠。

超声心动图显示2.5月龄KO小鼠左心室大小、壁厚和收缩功能正常。然而，在4.5个月大时，KO小鼠表现出收缩功能受损和左心室直径增加，但心室壁没有明显增厚。6个月时，射血分数降至20-30%，左心室进一步扩张。雌性KO小鼠在6个月时也经历了类似的收缩功能障碍和心脏扩张。

KO小鼠的收缩功能障碍与心钠素(ANP)和B型利钠肽(BNP)表达增加及心脏明显增大有关。左心室KO心脏扩张，无明显纤维化。大多数KO小鼠在6-8个月大时死亡。总之，Rev-erb/心肌细胞的特异性敲除导致进行性收缩功能障碍，进而导致扩张型心肌病(DCM)和致命性心力衰竭。

研究人员分析了年轻KO小鼠的基因表达，以排除收缩功能障碍的次要影响。当小鼠2个月大时，在Zeitgeber时间的2、6、10、14、18和22小时(ZT，即实验室设定的环境时间，节律研究中人工控制的光照)收集一次心室心脏组织，并在每个ZT点鉴定KO和WT之间的差异表达基因。

每个ZT上大约25-35%的差异表达基因是独特的。所有6个ZTs中常见差异表达基因的多重变化也表现出强烈的ZT特异性差异。上调差异表达基因富集于细胞黏附和昼夜节律，下调差异表达基因富集于代谢过程，尤其是脂肪酸氧化，支持Rev-erb在心肌能量代谢中的中枢作用。

许多参与脂肪酸代谢的差异表达基因在WT小鼠心脏中呈现昼夜节律性振荡，表达峰值围绕由亮到暗的转变，KO小鼠心脏中的时间模式被打乱，呈现恒定的低表达水平。相比之下，在参与糖代谢的差异表达基因中，许多基因在KO心脏中具有更明显的振荡模式，其表达峰值出现在暗周期。这些结果表明，KO小鼠的心脏减少了脂肪酸氧化，尤其是在光周期的后期，并增强了葡萄糖的利用，尤其是在黑暗周期的后期。因此，心脏Rev-erb的生理功能是在光循环中增强脂肪酸氧化基因，而在暗循环中抵抗葡萄糖代谢基因的激活。

当小鼠2.5月龄时，在ZT9和ZT21时间点分离心肌细胞核，并进行Rev-erb Cheq。在ZT9，心肌细胞Rev-erb的全基因组结合峰是ZT21的5倍。经典的Rev-erb靶基因Bmal1和E4bp4在启动子中携带强Rev-erb峰。

E4bp4是一种转录因子，与Rev-erb缺陷型心肌细胞中改变的组蛋白乙酰化标记具有高度结合相似性。E4bp4是一种已知的转录抑制剂，也是Rev-erb的靶点。它在ZT9的转录起始位点有一个稳定的Rev-erb峰。E4bp4在KO和WT心脏中表达上调。

此外，已知E4bp4调节肠和肝中的脂质代谢。这些观察促使研究人员探索上调的E4bp4是否可以解释KO心肌细胞中下调的脂质代谢基因。敲低AC16心肌细胞的Rev-erb/，下调脂肪酸氧化基因和脂肪酸氧化流量，增加葡萄糖摄取。与单独敲除Rev-erb相比，Rev-erb/和E4bp4的联合敲除保存了脂肪酸氧化基因的表达和脂肪酸氧化通量。

为了了解心脏Rev-erb是如何调节心肌蛋白含量的，研究人员分析了10周龄WT和KO小鼠心脏的ZT6、ZT14和ZT22。每个样品中检测和定量了4000多种蛋白质。

在每个ZT，与WT相比，KO的上调蛋白约为下调蛋白的3倍。差异表达蛋白高度依赖于ZT，每个ZT只有17-22%的差异表达蛋白与其他ZTs相同。虽然不同ZTs的差异表达蛋白在单个蛋白水平上的重叠有限，但它们在能量代谢过程中具有共同的功能富集。这些发现进一步支持心脏Rev-erb调节能量代谢的昼夜节律。

三个月大的脂质组学分析确定了180种脂质，主要是心磷脂和甘油磷脂，它们在WT心脏中表现出强烈的昼夜节律，但在KO心脏中只有28种脂质保持相同的节律。除了节律丧失外，KO心脏还表现出100多种脂质(主要是甘油酯)节律的显著增加。这就导致了KO和WT心脏节奏的整体逆转。ZT10时WT心脏大部分振荡脂质含量高于ZT22，而ZT22时KO心脏大部分振荡脂质含量高于ZT10。

10周龄时的代谢组学分析表明，对于短链酰基肉碱和TCA，WT心脏没有表现出太多的振荡。对于长链酰基肉碱和乙酰辅酶a下游的TCA代谢产物，如柠檬酸盐和乌头酸盐，ZT6的KO/WT差异比ZT18更为突出，这与光周期的损伤比暗周期更为显著的结果相一致。

对于与碳水化合物代谢密切相关的TCA，如苹果酸和富马酸，以及一些氨基酸和多胺，ZT18的KO/WT差异比ZT6更突出，这与碳水化合物代谢增加一致。多组学数据综合分析显示，KO和WT心脏氧化脂质代谢普遍下降，尤其是在光周期，糖酵解相互增加，尤其是在暗周期。这些结果表明，摄入Rev-erb会损害氧化代谢，影响心脏收缩功能障碍前的代谢。

研究人员推测，如果脂肪酸的氧化损伤是KO小鼠偏爱碳水化合物和心力衰竭的原因，则有可能通过提高脂肪酸的氧化能力来减少其对糖酵解的过度依赖，从而缓解收缩功能障碍。

由于高脂饮食可以上调心脏中ppar 相关的脂肪酸氧化基因，将心脏糖酵解与葡萄糖氧化分开，研究人员试图通过从8周龄开始喂食高脂无蔗糖饮食来验证这一假设。然而，与他们的预期相反，5月龄小鼠的超声心动图没有显示心脏功能的改善，并且高脂肪无蔗糖饮食没有改变KO小鼠心脏中脂质代谢基因或蛋白质的表达。

除了黑暗周期中的饮食脂质，脂肪分解释放游离脂肪酸作为心脏脂质的另一个主要来源，尤其是在光明周期中。与对照饮食相比，高脂无蔗糖饮食仅轻微增加体重、葡萄糖耐受不良、基线胰岛素水平和胰岛素抵抗HOMA指数，但不影响血清酮、WT和KO小鼠的脂肪酸水平。高脂无蔗糖饮食的KO小鼠糖耐量略有改善，与过度依赖葡萄糖利用相一致。这些数据表明，增加暗循环中的饮食脂质供应本身不能挽救KO小鼠的心脏功能障碍。

高脂高蔗糖饮食不仅在黑暗周期中增加膳食脂质，而且在3个月后体重增加10克以上，这也导致更严重的葡萄糖不耐受、更高的基线胰岛素水平、更高的胰岛素抵抗HOMA指数和光周期中更高的游离脂肪酸。值得注意的是，高脂肪和高蔗糖饮食在光循环中部分逆转了下调的脂肪酸代谢基因和蛋白质，但在暗循环中没有。这些结果表明，光周期中游离脂肪酸的增加可能通过脂质传感信号通路上调脂质代谢基因的表达。

对4.5月龄小鼠的代谢组学分析表明，KO和WT心脏中肉碱和辅酶a的类型较低，而对照饮食中糖酵解和氨基酸的含量较高，这与KO心脏的脂肪酸代谢受损和对葡萄糖和氨基酸的过度依赖相一致。高脂肪和高蔗糖饮食可以改善所有这些KO/WT差异。这说明在光循环中，为心肌氧化代谢提供了更多的游离脂肪酸，可以部分挽救KO心脏受损的氧化代谢，缓解生物能对碳水化合物和氨基酸的过度依赖。总的来说，这些数据支持多组学分析的观点，并表明代谢紊乱可导致KO小鼠心力衰竭。(100yiyao.com)

版权声明

本网站标注“来源：百医网”或“来源：bioon”的文字、图片、音视频资料均属于百医网网站版权所有。未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将承担责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：百医网”。其他来源的文章均为转载。本网站所有转载都是为了传递更多信息。转载不代表本网站的立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户在随时阅读、评论、分享百医网APP。请扫描二维码下载-