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由于地球自转导致光照等环境因子形成约24h为周期的昼夜循环变化,使得地球上的生物进化出可以适应这些环境因子周期变化的生物钟(CircadianClocks)系统。生物钟赋予生物体可以预测时间和环境变化的能力,调控自身行为和生理活动,使得机体活动与外界变化周期保持同步。哺乳动物生物钟主要由中枢生物钟和外周生物钟两部分构成,中枢生物钟位于下丘脑视交叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,SCN),作为起搏点,通过接受外界光线刺激产生并维持日周期节律,同时通过神经体液信号传递同步调节外周生物钟,进而控制一系列生理活动和行为的生物节律,如心率、心输出量、激素分泌、能量代谢及睡眠-觉醒周期等。心脏活动和心脏疾病发作呈昼夜节律性。研究提示,这是生物钟分子控制下刺激-反应偶联的重要体现。生物钟赋予心肌预测环境变化、针对性进行自我调控的能力,其受损会导致心脏病理变化。心肌-收缩偶联是心脏舒缩活动的重要环节,由Ca2+操控蛋白协调控制下的Ca2+循环而实现。NCX1是此循环中Ca2+迅速回落至静息水平的重要执行者。我们在前期实验中观察到,12:12明暗条件饲养的小鼠心脏呈现Bmal1相关的Ncx1节律性表达。本研究通过建立全黑暗的小鼠饲养模型(允许内源性生物节律自由运转)以及马血清休克处理小鼠心房瘤细胞系HL-1细胞和原代培养的新生大鼠心肌细胞体外模拟生物钟振荡的细胞模型,进一步研究小鼠心脏核心生物时钟基因Bmal1对Ncx1表达和功能的调节作用。主要结果如下:1.在持续黑暗饲养2周的条件下,小鼠心肌Ncx1的表达存在内在的昼夜节律性振荡,表现其mRNA和蛋白表达在CT9最低,CT21最高,且其振荡的周期节律与核心生物钟基因Bmal1相似。2.利用腺病毒在小鼠HL-1细胞和原代培养的新生大鼠心肌细胞过表达钟基因Bmal1,随Bmal1节律性表达振幅的增加,Ncx1的节律性表达振幅增加;相反,在HL-1和新生大鼠心肌细胞用shRNA敲减Bmal1,随Bmal1节律性表达振幅的降低,Ncx1的节律性表达振幅也相应降低,但不论是下调或是过表达Bmal1,Ncx1节律性表达的相位并未收到改变,二者呈依从性关系。3.ChIP(chromatin immunoprecipitation)检测结果显示,核心生物钟基因Bmal1可以被招募到Ncx1启动子上游序列;而荧光素酶报告基因检测进一步证明,核心生物钟基因Bmal1可以通过结合Nx1启动子上游-542bp内的4个E-box(CATATG、CATGTG、CACTTG、CAAATG,转录应答元件)位点,直接调控Ncx1的转录表达。4.用全细胞膜片钳技术在HL-1细胞记录NCX1电流(INCx1)的结果表明,与Ad-GFP组相比,过表达Bmal1使INCx1电流密度显著增加,提示BMAL1对NCX1的功能具有调节作用。上述结果表明,在小鼠心脏中Ncx1受到Bmal1的调控而呈现出内源性节律表达,这种调控是通过BMAL1直接结合到Ncx1启动子上游的4个转录应答元件而实现的。