华法林诱导心肌钙质沉着易化心房颤动发生与进展的机制与转化研究

While warfarin works as an anticoagulant by interfering with the Vit K recycling and extrinsic clotting pathway, it also inhibits the biological activity of many other Vit K-dependent factors. Among them, suppression of the anti-calcification effect of matrix Gla protein will lead to cardiovascular calcification in vulnerable individuals, manifesting as severe calcification of blood vessels and cardiac valves. It is unclear whether calcium deposits in myocardium part of cardiovascular calcification and how it affects normal cardiac function. We hypothesize that under the control of some genetic background, warfarin may induce myocardial calcium deposits, which in turn cause changes in myocardial electrophysiological properties and compliance. This kind of remodeling will facilitates development and progress of atrial fibrillation which is the main reason for warfarin prescription. In this project, we will select atrial fibrillation patients undergoing catheter or surgical ablation and observe the relationship between warfarin use and procedure outcome and how it correlates with patient’s genetic background. We will compare this effect with that of new oral anticoagulants and investigate the pathological and biochemical measurements of myocardial calcium deposits after warfarin administration. We will establish a warfarin-induced cardiovascular calcification rat model to investigate the pathophysiological mechanism, location, pathological features of myocardial calcium deposits and how it alters myocardial or myocytes electrophysiological and mechanical properties by means of in vivo and in vitro experiments. We will test different dosage and duration of warfarin usage as well. We try to validate our scientific hypothesis form aspects of clinical observation, animal study and cellular experiments. It is expected that the results of our research will prompt re-recognition of the status of warfarin in the treatment of atrial fibrillation.

华法林在干扰Vit K循环利用、影响外源性凝血系统而发挥药效的同时，也会抑制其它VitK依赖性因子的正常功能。其中，基质Gla蛋白抗钙化作用削弱会导致敏感个体的心血管钙化，表现为血管和瓣膜的严重钙化，但心肌是否有过度钙质沉着尚不清楚。我们认为，在基因背景的调控下，华法林可在部分患者诱导心肌钙质沉着，后者导致心肌电生理特性改变和顺应性降低、发生重构，易化房颤的发生与进展。本课题在房颤接受导管和外科消融的患者观察服用华法林对手术预后的影响及其与心肌钙质沉着的病理学、生化学改变以及华法林代谢基因多态性的关系，并与其它新型口服抗凝药对比；建立华法林诱导心血管钙化大鼠模型，探究心肌钙质沉着的机制、部位、病理学与生化学表现、对心肌（细胞）电生理特性和顺应性的影响，及其与华法林使用剂量和时程的关系。课题从临床病例、动物实验和细胞功能三个层面验证科学假说，研究结果将促使重新认识华法林在房颤治疗中的地位。

研究背景：华法林-心血管钙化、心血管钙化-房颤两两的关联性已有较多证据，但它们三者之间是否存在因果关系及其机制尚不明确。基质γ-羧基谷氨酸蛋白（matrix Gla protein, MGP）的抗钙化作用削弱是华法林致钙化的主要机制，且MGP在心肌组织有高表达。.主要研究内容：通过在体水平和组织水平的研究，明确华法林诱导心肌钙质沉着的机制、病理特征、与血管钙化的相关性以及对心肌电生理和心功能的影响，探索心肌钙质沉积导致房颤发生和维持的机制。转化研究方面，入选2011年至2017年美国梅奥诊所行首次房颤射频消融术的有症状且药物复律治疗不佳的房颤患者，按术后使用的抗凝药种类分为华法林治疗组和新型口服抗凝药（non-vitamin K antagonist oral anticoagulants,NOACs）治疗组，观察血管钙化改善和房性心律失常复发率。.重要结果： 在体水平和组织水平方面：光学显微镜下观察大鼠的心肌和动脉组织切片，茜素红S染色、Von Kossa染色两种染色方法中，华法林可以时间、剂量依赖性的导致大鼠主动脉的钙化，而心脏组织中均未出现阳性染色区域。转化水平方面：在研究期间接受房颤消融术的1106名患者中（中位年龄62.5岁；71.5%为男性，48.2%为持续性房颤）。697人（63%）使用华法林，409人（37%）使用NOACs。中位随访时间26.4个月。华法林组的368名患者和NOACs组的173名患者出现房性心律失常复发，1年复发概率为35%和36%（Log-rank P=0.81），5年复发率为62%和63%（Log-rank P=0.32）。在持续性房颤患者中，与服用华法林的患者相比，使用NOACs与较高的复发率有关（1年复发率46%，5年复发率为68%）。多因素分析表明，在持续性房颤患者中，使用NOACs是消融后房性心律失常复发的独立危险因素（HR 1.39，95% CI 1.07-1.81，P=0.013）。.研究结论：在体水平和组织水平方面：本研究建立了华法林诱导心血管钙化大鼠模型。该模型下华法林可以时间、剂量依赖性的导致大鼠主动脉的钙化，而心脏组织中均未出现阳性染色区域。转化水平方面：消融术后使用NOACs或华法林的患者，总体的房性心律失常复发率相似。在持续性房颤患者中，使用NOACs与较高的房性心律失常复发率相关。