撰文 | Leo晝夜節(jié)律紊亂,，如熬夜不睡、夜班工作,，可能會對健康產(chǎn)生多種不良影響,。其中，也與心臟疾病的發(fā)生有關(guān),，目前尚不清楚心臟分子時(shí)鐘功能障礙是否與自然發(fā)生的人類心臟病進(jìn)展有關(guān),。核受體 Rev-erbα/β 是生物鐘的關(guān)鍵組成部分，已成為心臟病的藥物靶點(diǎn),，但心臟 Rev-erb 的功能在體內(nèi)尚未得到研究,。
2022 年 1 月 17 日，美國德克薩斯州貝勒醫(yī)學(xué)院孫正,，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院宋江平,，和中國溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院等多家單位合作，在 Circulation 期刊發(fā)表了題為 ：Myocardial Rev-erb-Mediated Diurnal Metabolic Rhythm and Obesity Paradox 的研究論文,，該研究發(fā)現(xiàn),，心肌細(xì)胞中的 Rev-erbα/β 介導(dǎo)正常的代謝節(jié)律，使心肌細(xì)胞在小鼠休息時(shí)間（白天）更喜歡脂質(zhì)作為能量來源,，去除 Rev-erbα/β 會破壞這種節(jié)律,，降低心肌細(xì)胞在休息時(shí)間使用脂質(zhì)的能力，并導(dǎo)致進(jìn)行性擴(kuò)張型心肌病和致命的心力衰竭,。Rev-CKO 小鼠出現(xiàn)進(jìn)行性收縮功能障礙和致死性心力衰竭Rev-erbα 和 Rev-erbβ 在晝夜節(jié)律中具有高度序列同源性,。因此，研究者構(gòu)建了心肌細(xì)胞特異性 Rev-erbα/β 雙基因敲除小鼠,。超聲心動圖顯示 KO 小鼠在 2.5 月齡時(shí)左心室大小,、壁厚和收縮功能正常；然而,，在 4.5 月齡時(shí),，KO 小鼠顯示出收縮功能受損，左心室直徑增大,，但心室壁沒有明顯增厚；到 6 個月大時(shí),，射血分?jǐn)?shù)下降到 20-30%,，左心室進(jìn)一步擴(kuò)張；雌性 KO 小鼠在 6 個月時(shí)也出現(xiàn)類似的收縮功能障礙和心臟擴(kuò)張,。KO 小鼠的收縮功能障礙與心鈉素（ANP）和 B 型利鈉肽（BNP）表達(dá)升高和心臟明顯增大有關(guān),。左心室 KO 心臟擴(kuò)張但無明顯纖維化,。大多數(shù) KO 小鼠在 6-8 個月大時(shí)死亡?？傊?，Rev-erbα/β 心肌細(xì)胞特異性敲除導(dǎo)致進(jìn)行性收縮功能障礙，導(dǎo)致擴(kuò)張型心肌?。―CM）和致死性心力衰竭,。Rev-erb 調(diào)節(jié)心臟代謝基因的振蕩表達(dá)研究者分析了年輕時(shí) KO 小鼠的基因表達(dá)，以排除收縮功能障礙的繼發(fā)影響,。在小鼠 2 個月大時(shí),，在授時(shí)因子時(shí)間（Zeitgeber time, ZT, 即由實(shí)驗(yàn)室所訂的環(huán)境時(shí)間，在節(jié)律研究中人為控制光照）2,、6,、10、14,、18 和 22 時(shí),，收集一次心室心臟組織，并在每個 ZT 點(diǎn)上鑒定 KO 和 WT 之間的差異表達(dá)基因,。每個 ZT 上大約 25-35% 的差異表達(dá)基因是其獨(dú)有的,。常見差異表達(dá)基因在所有 6 個 ZT 上的倍數(shù)變化也顯示出強(qiáng)大的 ZT 特異性差異。上調(diào)的差異表達(dá)基因在細(xì)胞粘附和晝夜節(jié)律中富集,，而下調(diào)的差異表達(dá)基因在代謝過程中富集,，尤其是脂肪酸氧化，支持 Rev-erb 在心肌能量代謝中的核心作用,。許多參與脂肪酸代謝的差異表達(dá)基因,，在 WT 小鼠心臟中表現(xiàn)出晝夜振蕩，峰值表達(dá)圍繞著從亮到暗的過渡,，在 KO 小鼠心臟中的時(shí)間模式被破壞,，呈現(xiàn)恒定的低表達(dá)水平。相比之下,，在參與葡萄糖代謝的差異表達(dá)基因中,，許多在 KO 心臟中獲得了更明顯的振蕩模式，在暗周期中表達(dá)峰值,。這些結(jié)果表明,，KO 小鼠的心臟減少了脂肪酸氧化，特別是在光周期后期,，并增強(qiáng)了葡萄糖利用,，特別是在黑暗周期后期。因此,，心臟 Rev-erb 的生理作用是在光照周期中增強(qiáng)脂肪酸氧化基因,，但在暗周期中抵抗葡萄糖代謝基因激活,。Rev-erb 通過多種方式調(diào)控脂肪酸代謝基因研究者在小鼠 2.5 個月大時(shí)，在 ZT9 和 ZT21 兩個時(shí)間點(diǎn)分離心肌細(xì)胞核,，并進(jìn)行 Rev-erbα ChIPseq,。ZT9 時(shí)心肌細(xì)胞中 Rev-erbα 的全基因組結(jié)合峰是 ZT21 的五倍。經(jīng)典 Rev-erb 靶基因 Bmal1 和 E4bp4 在啟動子中攜帶強(qiáng) Rev-erb 峰,。E4bp4 是 Rev-erb 缺失的心肌細(xì)胞中與改變的組蛋白乙?；瘶?biāo)志物具有高度結(jié)合相似性的轉(zhuǎn)錄因子。E4bp4 是已知的轉(zhuǎn)錄抑制因子,，也是 Rev-erb 的靶標(biāo),，在 ZT9 的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)處具有穩(wěn)健的 Rev-erbα 峰。E4bp4 表達(dá)在 KO 與 WT 心臟中上調(diào),。此外,，已知 E4bp4 調(diào)節(jié)腸道和肝臟中的脂質(zhì)代謝。這些觀察結(jié)果促使研究者探索上調(diào)的 E4bp4 是否解釋了 KO 心肌細(xì)胞中下調(diào)的脂質(zhì)代謝基因,。在 AC16 心肌細(xì)胞中敲低 Rev-erbα/β,，下調(diào)了脂肪酸氧化基因和脂肪酸氧化通量率，并增加了葡萄糖攝取,。與單獨(dú)的 Rev-erb 敲低相比,，Rev-erbα/β 和 E4bp4 的聯(lián)合敲低挽救了脂肪酸氧化基因的表達(dá)和脂肪酸氧化通量。心臟 Rev-erb 調(diào)節(jié)心肌蛋白質(zhì)組為了解心臟 Rev-erb 如何調(diào)節(jié)心肌蛋白含量,，研究者在 10 周齡時(shí)對 WT 和 KO 小鼠心臟的 ZT6,、ZT14 和 ZT22 進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析。在每個樣品中檢測和量化了超過 4,000 種蛋白質(zhì),。在每個 ZT 時(shí),，KO 與 WT 相比，上調(diào)的蛋白大約是下調(diào)蛋白的 3 倍,。差異表達(dá)的蛋白高度依賴于 ZT,，每個 ZT 處只有 17-22% 的差異表達(dá)蛋白與其他 ZT 相同。盡管不同 ZT 的差異表達(dá)蛋白在單個蛋白質(zhì)水平上的重疊有限,，但它們在能量代謝過程中具有共同的功能富集,。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持心臟 Rev-erb 調(diào)節(jié)能量代謝的晝夜節(jié)律。心臟 Rev-erb 調(diào)節(jié)心肌代謝的晝夜節(jié)律3 個月大的脂質(zhì)組學(xué)分析確定了 180 種脂質(zhì),，主要是心磷脂和甘油磷脂,，在 WT 心臟中顯示出強(qiáng)烈的晝夜節(jié)律，但只有 28 種脂質(zhì)在 KO 心臟中保持相同的節(jié)律性,。除了節(jié)律性喪失外,，KO 心臟還顯示出超過 100 種脂質(zhì)（主要是甘油脂）的節(jié)律性顯著增加。這導(dǎo)致了 KO 與 WT 心臟節(jié)奏的整體翻轉(zhuǎn),。WT 心臟中的大多數(shù)振蕩脂質(zhì)在 ZT10 處的含量高于 ZT22,，而 KO 心臟中的大多數(shù)振蕩脂質(zhì)在 ZT22 處高于 ZT10。10 周齡時(shí)的代謝組學(xué)分析表明,，對于短鏈?；鈮A和 TCA 中間體，WT 心臟沒有表現(xiàn)出太多的振蕩,。對于長鏈?；鈮A和乙酰輔酶 A 下游的 TCA 代謝物，例如檸檬酸鹽和烏頭酸鹽,，ZT6 的 KO/WT 差異比 ZT18 更突出,，這與光照周期比黑暗周期損害更顯著的結(jié)果一致。對于與碳水化合物代謝密切相關(guān)的 TCA 中間體,，如蘋果酸和富馬酸,，以及一些氨基酸和多胺，ZT18 的 KO/WT 差異比 ZT6 更突出,，這與增加的碳水化合物代謝一致,。多組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析表明，KO 與 WT 心臟中的氧化脂質(zhì)代謝總體減少,，特別是在光照周期中,，糖酵解的相互增加，特別是在黑暗周期中,。這些結(jié)果表明,，Rev-erb 消耗會損害氧化代謝，并在心臟收縮功能障礙之前影響代謝,。單獨(dú)的膳食脂質(zhì)不會影響 KO 小鼠的心臟功能障礙研究人員提出猜想,，如果脂肪酸氧化受損是導(dǎo)致 KO 小鼠對碳水化合物的偏好并導(dǎo)致心力衰竭的原因，則有可能通過提高脂肪酸氧化的能力來減輕其對糖酵解的過度依賴,，達(dá)到緩解收縮功能障礙的目的,。由于高脂肪飲食可以上調(diào)心臟中與 ppar α 相關(guān)的脂肪酸氧化基因，并使心臟糖酵解與葡萄糖氧化分離,，研究者試圖通過從 8 周齡開始飼喂高脂肪無蔗糖飲食來驗(yàn)證這一假設(shè),。但與他們的預(yù)期相反，5 個月大小鼠的超聲心動圖并沒有顯示心臟功能的改善,，并且高脂肪無蔗糖飲食沒有改變 KO 小鼠心臟中脂質(zhì)代謝基因或蛋白質(zhì)的表達(dá),。除了黑暗周期中的膳食脂質(zhì)外，脂肪分解釋放游離脂肪酸作為心臟脂質(zhì)的另一個主要來源,，尤其是在光照周期中,。與對照飲食相比，高脂肪無蔗糖飲食僅導(dǎo)致體重,、葡萄糖耐受不良,、基線胰島素水平和胰島素抵抗的 HOMA 指數(shù)輕度增加,，而不影響血清酮、WT 和 KO 小鼠中的脂肪酸水平,。高脂肪無蔗糖飲食下的 KO 小鼠的葡萄糖耐量略有改善,，這與過度依賴葡萄糖利用是一致的。這些數(shù)據(jù)表明,，在黑暗周期中增加膳食脂質(zhì)供應(yīng)本身,，并不能挽救 KO 小鼠的心臟功能障礙。高脂肪高蔗糖飲食不僅增加了黑暗周期中的膳食脂質(zhì),，而且在 3 個月后體重增加超過 10 g,，還導(dǎo)致更嚴(yán)重的葡萄糖耐受不良、更高的基線胰島素水平,、更高的胰島素抵抗 HOMA 指數(shù),，和光周期中更高的游離脂肪酸。值得注意的是,，高脂肪高蔗糖飲食在光照周期中部分逆轉(zhuǎn)了下調(diào)的脂肪酸代謝基因和蛋白質(zhì),，但在黑暗周期中沒有。這些結(jié)果表明,，光周期中增加的游離脂肪酸,，上調(diào)了脂質(zhì)代謝基因的表達(dá)，可能是通過脂質(zhì)傳感信號通路,。4.5 個月齡小鼠的代謝組學(xué)分析顯示,，KO 與 WT 心臟中的肉堿和 CoA 種類較低，并且在對照飲食中糖酵解中間體和氨基酸含量較高,，這與 KO 心臟的脂肪酸代謝受損,，和對葡萄糖和氨基酸的過度依賴一致。高脂肪高蔗糖飲食改善以上所有這些 KO/WT 差異,。這表明在光循環(huán)中,，為心肌氧化代謝提供更多的游離脂肪酸，可以部分挽救 KO 心臟中受損的氧化代謝,，并緩解生物能量對碳水化合物和氨基酸的過度依賴,。總的來說,，這些數(shù)據(jù)支持了多組學(xué)分析的觀點(diǎn),，并表明代謝紊亂會導(dǎo)致 KO 小鼠心力衰竭。本研究通過在小鼠心肌細(xì)胞中特異性敲除 Rev-erbα/β 基因,，揭示了 Rev-erbα/β 基因如何影響心臟的新陳代謝,。「心臟對不同能量來源的反應(yīng)不同，具體取決于一天中的時(shí)間。在休息階段,，對于人類來說是晚上,，而對于小鼠來說是白天，心臟使用從脂肪中釋放出來的脂肪酸作為主要能量來源,。在活躍期,，即人類的白天和小鼠晚上，心臟對膳食碳水化合物有一定的抵抗力,。在沒有 Rev-erbα/β 的情況下，心臟會出現(xiàn)代謝缺陷,，從而在休息時(shí)限制脂肪酸的使用,，并且在活動期會過度使用糖分」，該研究的共同通訊作者,、貝勒大學(xué) Lilei Zhang 博士解釋說,。研究人員表示，這項(xiàng)研究具有三個重要的臨床意義：1. 心臟作息與心臟擴(kuò)張的嚴(yán)重程度相關(guān),；2. 肥胖和胰島素抵抗是心力衰竭的長期已知臨床危險(xiǎn)因素,，但可以在一定時(shí)間范圍內(nèi)保護(hù)心力衰竭，這可能是通過提供脂肪酸實(shí)現(xiàn)的,，即所謂的「肥胖悖論」,；3. 強(qiáng)調(diào)了時(shí)間療法的重要性，即根據(jù)晝夜節(jié)律安排藥物,，讓藥物與相應(yīng)代謝途徑的內(nèi)部晝夜節(jié)律保持一致,。Lilei Zhang 說道，「在美國前 100 種處方藥中,，至少有一半藥物靶點(diǎn)與晝夜節(jié)律有關(guān),。這表明要讓這些藥物有效，需要在特定時(shí)間服用,，但現(xiàn)實(shí)中幾乎沒有做到,。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了在安排藥物治療時(shí)，考慮晝夜節(jié)律的重要性」,。
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