氧化三甲胺通过调节内质网-线粒体应激促进钙化性主动脉瓣疾病发生发展的机制研究

The recent studies showed that elevated level of trimethylamine-N-oxide (TMAO) in serum was associated with development of cardiovascular diseases. TMAO caused cell inflammation and endoplasmic reticulum-mitochondrial stress. Inflammatory responses and endoplasmic reticulum stress are involved in the progression of calcified aortic valve disease (CAVD) . Our previous studies had shown interleukin-37 (IL-37) can inhibit inflammatory and osteogenic responses in human aortic valve interstitial cells. The preliminary experiments showed that the serum levels of TMAO in CAVD patients are higher than non-CAVD patients. In vitro expriments and CAVD mice models will be performed to investigate the relationship between TMAO and CAVD. Immunoblotting, Immunostaining, Immunoprecipitation and other methods will be used to explore the mechanisms that TMAO causes CAVD. We hypothesize that TMAO promotes the progression of CAVD via modulating endoplasmic reticulum-mitochondrial stress, and IL-37 inhibits the progression of aortic valve induced by TMAO through interaction with IRAK and P62. This would provide a new sight in the pathogenesis of CAVD and attractive potential targets for the prevention, diagnosis and treatment of CAVD.

近来研究表明血清代谢物氧化三甲胺（TMAO）增高与心血管疾病发病有关，TMAO可诱导细胞炎症及内质网-线粒体应激，白介素-37（IL-37）可抑制炎症和成骨反应。预实验提示钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）患者中血清TMAO水平升高，然而TMAO在CAVD中的作用尚不清楚。本研究拟通过体外实验和小鼠CAVD模型在体实验，运用基因打靶、基因测序、抑制剂及TMAO干预等手段和免疫印迹、免疫染色、免疫共沉淀等方法，从临床、动物、细胞、分子、基因等水平，探索TMAO促进CAVD发生发展的机制和IL-37抑制TMAO效应的机制，拟证明TMAO通过调节内质网-线粒体应激促进CAVD的发生发展，白介素37通过P62及白介素1受体相关激酶调控TMAO所致的内质网-线粒体应激，抑制炎症和成骨反应，防止CAVD进展，为进一步认识CAVD提供崭新理论依据，也为防治该病提供新的辅助诊断评估指标和干预靶点

近年来研究表明血清代谢物氧化三甲胺（TMAO）增高与心血管疾病发病有关，TMAO可诱导细胞炎症及内质网-线粒体应激，而课题组前期实验结果已证明白介素-37（IL-37）可抑制瓣膜间质细胞炎症和成骨反应，延缓主动脉瓣钙化进程。本项目在这些研究基础上展开深入研究，探索TMAO、IL-37和钙化性主动脉瓣钙化疾病（CAVD）之间的关系。本项目通过体外实验和小鼠CAVD模型在体实验，运用基因打靶、抑制剂及TMAO干预等手段和免疫印迹、免疫染色、免疫共沉淀等方法，从临床、动物、细胞、分子等水平，探索TMAO促进CAVD发生发展的机制和IL-37抑制TMAO效应的机制，证明TMAO通过调节内质网-线粒体应激促进CAVD的发生发展，IL-37通过P62及白介素1受体相关激酶（IRAK1、IRAK-M）调控TMAO所致的内质网-线粒体应激，抑制炎症和成骨反应，防止CAVD进展。通过临床样品的分析发现TMAO在CAVD组明显高于对照组。TMAO在主动脉瓣间质细胞中能诱导炎症和成骨反应，短时间TMAO处理能诱导瓣膜间质细胞的内质网及线粒体应激反应，抑制内质网及线粒体应激能明显缓解TMAO介导的炎症和成骨反应，抑制NF-κB活化能抑制TMAO介导的炎症和成骨反应。IL-37预处理能抑制TMAO诱导的瓣膜间质细胞的炎症和成骨反应，这些重要结果发表在国际心血管著名期刊《Cardivascular Research》。此外，课题组还建立生物样本库和临床数据库，分析发现肠道菌群与CAVD之间具有密切关系，该研究成果分别发表在《Atherosclerosis》和《Oncotarget》。经导管主动脉瓣置换术（TAVR）是CAVD患者晚期治疗的主要方式，然而其术后抗栓方案存在较大争议，课题组建立了抗栓治疗研究模型，并进行相关临床探索，以期进一步优化TAVR的术后管理，改善患者的临床结局。研究成果分别发表在《Eur J Cardiothorac Surg》、《Ther Adv Chronic Dis》和《中国药房》。进一步发现IL-37可通过抑制Notch1-NF-κB 通路轴，抑制瓣膜组织M1型巨噬细胞极化缓解主动脉瓣受炎性刺激产生的炎症反应，成果发表在《Front. Cell Dev. Biol》。这些研究结果为进一步认识CAVD提供崭新理论依据，也为防治该病提供新的辅助诊断评估指标和干预靶点。