一项研究结果表明，心脏细胞的昼夜节律如何影响一天中心脏功能的变化，这可能有助于解释为什么轮班工人更容易出现心脏问题。由英国剑桥MRC分子生物学实验室的一个团队领导，与阿斯利康合作，啮齿动物研究的结果首次表明，心脏细胞通过内部钠离子和钾离子水平的日常变化来调节其昼夜节律细胞。

领导这项研究的MRC分子生物学实验室的约翰·奥尼尔(JohnO'Neill)表示：“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，当心脏的生物钟与大脑的生物钟变得不同步时，例如在轮班工作期间，我们的心血管系统可能无法应对日常工作压力。这可能会使心脏更容易出现功能障碍。”

奥尼尔及其同事在《自然通讯》上发表了一篇题为“补偿性离子转运缓冲日常蛋白质节律以调节渗透平衡和细胞生理学”的论文，报告了他们的体外和体内研究”的论文，报告了他们的体外和体内研究。

众所周知，心脏细胞中有每日时钟，其他组织通常通过激素信号同步，使我们的内部每日节律与昼夜周期保持一致。多年来，人们已经认识到心脏功能的每日节律，并认为这是由于白天神经系统受到更大的刺激所致。“6%到20%的细胞蛋白质受到昼夜节律控制，大多数振荡蛋白质的表达在翻译“高峰时段”达到峰值，这通常与生物体的习惯性活跃阶段一致，”作者写道。因此，昼夜节律控制可以有效地根据日常环境周期调整哺乳动物细胞功能。新报告的研究现已表明，单个心脏细胞内的昼夜节律也会影响心率。

心脏细胞内外不同水平的钠离子和钾离子产生电脉冲，导致细胞收缩并驱动心跳。人们一直认为细胞离子浓度相当恒定，但新研究表明，心脏细胞实际上会在白天和晚上改变其内部的钠和钾水平。这种变化可以满足我们日常生活的需求，使心脏能够在我们活动时更好地适应和维持增加的心率。

科学家们发现，钠和钾的日常节律使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”。作者写道：“我们发现离子丰度的动态变化会驱动细胞生理学的振荡，从而对心肌细胞功能和心率进行时间调节。”“在培养细胞和组织中，我们发现补偿涉及通过SLC12A家族协同转运蛋白的差异活性实现Na+、K+和Cl-的电中性主动转运。在体外和体内的心肌细胞中，补偿性离子通量会导致电活动的日常变化。”

该研究的主要作者AlessandraStangherlin博士惊讶地发现，分离的细胞和心脏组织中钠和钾的水平发生了高达30%的变化。这使得离体心脏细胞的电活动每天发生两倍的显着变化。在老鼠身上，这似乎与了解心率的日常变化和神经控制一样相关。研究小组表示：“在离体和体内的心肌细胞中，补偿性离子通量会导致电活动的日常变化。”“可溶性蛋白质丰度的扰动对整个昼夜节律周期中的离子组成和细胞功能具有相应的影响……更广泛地说，我们的数据表明细胞动态离子运输的能力对于蛋白质稳态很重要。”

了解离子水平的这些变化如何改变一天中的心脏功能可能有助于解释为什么轮班工人可能更容易患心脏问题，因为由心脏时钟驱动的离子节律与来自心脏时钟的刺激“不同步”。脑。

虽然这项研究是在实验室中使用细胞和小鼠进行的，但其研究结果得到了合作者最近的一项相关研究的支持曼彻斯特大学DavidBechtold博士领导的他们的研究表明，心率和电活动的昼夜节律在小鼠和人类中都很明显，并且行为习惯或睡眠模式的突然变化可能会扰乱这些正常的心律。

总而言之，这些研究表明，生活方式(例如轮班工作)与我们的自然生物钟相反，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，从而使心脏生物钟不再预测需求的波动，而对于大多数人来说，白天会更高。当昼夜节律被扰乱时，这可能会增加不良事件的风险，例如心律失常和心源性猝死。

奥尼尔说：“心脏功能全天候变化的方式比以前想象的更加复杂。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，白天活动和心输出量的变化比我们通常睡眠时的晚上大得多。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输送药物。”

研究人员得出结论，除了心血管功能和健康之外，这些发现可能具有更广泛的影响。“……我们的数据表明，离子和蛋白质丰度的相互调节是渗透压稳态的一种普遍存在的细胞机制，我们预计这将与理解人类生理学和疾病具有广泛的相关性。例如，由于当胞质离子水平较低时，缓冲胞质渗透势的能力会降低，因此很容易推测这可能会使神经细胞在日常活动周期结束时更容易受到蛋白质错误折叠和聚集的影响，而大多数哺乳动物在这种情况下通常会寻求休息和睡眠。”