哺乳动物许多生理活动是具有昼夜节律的,如睡眠觉醒、心率、血压、内分泌活动以及能量带代谢等都具有24小时周期性波动。生物体内的节律性活动是由光线刺激和饮食活动的规律变化所控制。哺乳动物的生物钟可以分为中枢生物钟和外周生物钟,中枢性生物钟位于下丘脑视交叉上核神经元内(suprachiasmatic nucleus,SCN),它通过视网膜接受光线刺激并产生主要的时钟信号,通过体液和神经内分泌传递到外周组织,协调机体的外周生物钟。在正常情况下,中枢生物钟与外周生物钟保持同步,而在疾病状态下,外周生物钟会与中枢生物钟解偶联,紊乱的外周生物钟不能很好的满足机体能量及功能上的需求进而加剧疾病的进展,这说明外周生物钟在疾病的发展过程中扮演了重要的角色。心脏是人体循环系统的重要器官,近年来研究发现,心脏中接近15%的基因具有周期性节律,而其功能活动,如心率、心输出量也呈现明显的日周期波动。非常巧合的是,很多心脏疾病的发病时间与心脏功能活动的节律高度吻合,因此探索心脏生物钟及其调控机制对于心脏疾病的治疗和预防具有极为重要的意义。值得一提的是生物钟基因不仅参与了很多代谢活动,也参与了心脏中离子通道的调控,而离子通道作为心脏电活动的基础,在心脏功能的发挥上具有决定性的作用。目前已经有研究证明心脏中离子通道受到生物钟调控并且发现其节律的紊乱与疾病的发生具有重要联系。2012年,Jeyaraj报道了生物钟控制心脏的复极化和心率失常的发生就是通过调控KV4.2钾通道的节律实现的,生物钟通过转录因子Kriippel-like Factor 15(KLF15)调控通道的表达以及QT间期的节律性变化,并且节律的失去将直接导致心律失常易感性增强[1],这表明生物钟和离子通道之间存在着有机联系。心肌细胞兴奋-收缩耦联是心脏泵功能发挥的基础,此过程中将兴奋和收缩偶联到一起的是Ca2+离子,故其浓度的相对稳定即钙稳态对心肌兴奋-收缩耦联的正常进行极为重要。钠钙交换体(NCX1)是膜上最重要的钙流出通道之一,其生物学功能主要是参与细胞内钙稳态的维持,在心肌舒张期,胞内升高的Ca2+需要通过肌浆网Ca2+-ATP酶(SERCA)重新回收至肌质网或者由NCX1和质膜Ca2+泵排出到胞外。在病理状态下,NCX1的mRNA成倍地增加,NCX1表达量的升高可以与肌质网竞争性地向胞外排出更多Ca2+,因胞内Ca2+浓度下降进而影响到心肌细胞的收缩能力。然而,在生理状态下NCX1与生物钟之间的联系以及病理生理条件下其如何变化,国内外鲜见报道,本研究以NCX1为关注点,观察生理和病理状态下NCX1与生物钟基因的变化及其相互影响,探讨生物钟对NCX1调节的特征。实验结果表明,小鼠心脏NCX1的表达具有昼夜节律性,表现为其mRNA和蛋白表达量呈现明显的周期性变化,转录水平在分别在ZT9和ZT21达到最低和最高水平,蛋白表达在活动期高于睡眠期。双荧光素酶报告基因和染色质免疫共沉淀检测实验证明,NCX1受到生物钟基因BMAL1的调控。病理状态下,在主动脉缩窄手术后的小鼠中,处于代偿期的小鼠心脏中NCX转录水平轻微上调,蛋白水平明显下降;BMAL1表达虽没有变化,但是ChIP实验说明其在活动期与NCX1启动子区的结合降低,这说明了处于代偿期的心脏,生物钟对NCX1表达的上调有代偿性下降的作用。处于心衰期的心脏,初步的数据提示生物钟将丧失其周期性表达的节律,NCX1也随之失去节律,一直处于高表达的状态。