NPPA基因突变通过激活炎症和心肌纤维化引起房颤

发布时间：2020-10-22 01:48

　　 全世界范围内受心房颤动(Atrial Fibrillation,AF)影响的人群超过3000万人。尽管现如今在房颤患者的管理方面取得了一定进展,但是此类心律失常引起的血栓仍然是导致卒中的主要原因之一,而且房颤也增加了心衰等心血管疾病和猝死的发病风险。年轻人发生房颤比较罕见,其患病率随着年龄的增长而增加。遗传因素和环境因素及其相互作用是导致房颤发生的主要原因。许多涉及离子通道的基因突变都能导致房颤,比如KCNQ1、KCNH2、SCN5A、SCN3B和GJA5等基因。但是,现在已发现一些非离子通道的基因如NPPA、NUP155、CAV1和TNNI3的突变,也能导致房颤或增加房颤的易感性。心脏在肌束和局部传导之间的异质性的结构重构导致了电重构,促成了心律失常的折返和延续。由于在细胞和亚细胞水平的心脏组织的电重构和结构重构,使房颤有着渐进性的特点。NPPA基因编码心钠肽蛋白(Atrial Natriuretic Peptide,ANP)。心钠肽属于利钠肽家族(Natriuretic Peptide family,NP_S)成员之一,是一种参与循环的激素。ANP具有强大的利钠、利尿、扩血管、抗交感神经和抑制肾素-醛固酮活动的作用,也参与调节电解质平衡和血压。ANP的主要作用受体是NPRA(Natriuretic Peptide Receptor A)。NPRA受体是一个鸟苷酸环化酶,能催化产生重要的第二信使cGMP(Cyclic Guanosine Monophosphate)。第二信使cGMP的产生和其下游的效应蛋白激酶G(Protein Kinase G,PKG)能介导细胞内参与压力和生理反应的一系列的信号级联过程。在之前的研究中,我们实验室选取了384名孤立性房颤患者,对其NPPA基因做了突变分析,扫描了NPPA所有外显子和外显子内含子交界处,发现了一个新的功能未知的改变p.Ile138Thr。ANP由28个氨基酸构成,它是由两个半胱氨酸残基在第7和23的位置通过一个二硫键相连,而p.Ile138Thr突变正好位于环状部位的中间位置。这个位置与受体结合密切相关,在进化中高度保守,是成熟ANP中高度保守区的第一个导致单个氨基酸改变的突变。但是该突变是否导致房颤需要进一步的证据证明,而且其导致房颤的分子机制不清楚。因此,该课题在此基础上,对NPPA基因p.Ile138Thr突变展开深入研究。首先,我们运用生物信息程序预测了NPPA基因p.Ile138Thr突变的致病的可能性。多个生物信息预测程序表明p.Ile138Thr是有害的。基于2015年ACMG(American College of Medical Genetics and Genomics)标准和指南,p.Ile138Thr被定义为一种可能致病变异。然后,为了检测突变体对受体激活能力的影响。我们利用免疫共沉淀的方法分别鉴定了wANP(wildtype ANP)、mANP(mutant ANP)和其主要受体NPRA的相互作用强度并检测了wANP和mANP分别刺激后的胞内cGMP水平。数据表明mANP激活受体NPRA的能力减弱,产生第二信使cGMP的能力也减弱。第三,为证实mANP在动物体内是否会导致房颤或房颤易感,我们利用TALEN技术将NPPA基因p.Ile137Thr突变引入大鼠基因组DNA。我们对10周龄体重在200g到250g之间的大鼠经食道快速刺激心房并记录体表心电图,并运用超声技术检测大鼠的心脏收缩功能和舒张功能。运用免疫组化实验方法检测心脏切片中相关蛋白和标志物的表达。KI(Knockin)大鼠不仅有自发的房颤表型,而且相比WT(Wildtype)大鼠,KI大鼠有更长的房颤持续时间和更高的诱发率。第四,为确定KI大鼠心房的结构是否发生重构,并确定心房的结构重构是否是KI大鼠易房颤的一个可能的机制,我们对大鼠心脏的不同部分进行了Masson三色染色。相比WT大鼠,KI大鼠心脏心房表现出更多的纤维化,心室的纤维化并不显著,KI大鼠的心脏体重比更高。超声心动图结果表明相比WT大鼠,KI大鼠有高动力性的左室功能。心脏的免疫组化实验表明,相比WT大鼠,KI大鼠心脏中IL-1β的表达量显著增高,纤维化相关基因Col1和MMP9,白细胞的标志物CD45表达均高于WT大鼠,KI大鼠呈现出炎症反应和结构重构。从WT和KI大鼠中分离心脏成纤维细胞和心肌细胞,KI大鼠中成纤维细胞p-p65,p65表达均高于WT大鼠。第五,用血管紧张素II(Angiotensin II,AngII)联合wANP或mANP处理了乳鼠成纤维细胞。然后进行了高通量RNA测序。mANP处理组中显著富集到了TNF-α和NF-κB信号通路。RT-PCR验证实验也证实了mANP组较wANP组中Tnfa的mRNA表达量上调了4倍。KI大鼠成纤维细胞中?-SMA的表达高于WT大鼠。我们分别用mANP和wANP加AngII或者不加单独刺激大鼠乳鼠心肌细胞。相比wANP组,mANP能够显著促进心肌成纤维细胞的增殖。成纤维细胞的标志物vimentin和增殖标志物Ki67共同染色,结果表明p.Ile138Thr突变能促进心肌成纤维细胞的增殖。这是第一个敲入成熟ANP突变的大鼠模型,敲入NPPA基因p.Ile138Thr突变的大鼠能够在动物体内导致房颤易感。我们的研究揭示了一个基于成纤维细胞导致房颤易感的分子机制。mANP通过减少与受体的结合能力,降低细胞内第二信使cGMP的产生;mANP还可激活TNF-α和NF-κB信号通路激活,从而诱导炎症反应,加速心脏的结构重构,促进成纤维细胞的增殖,最终造成KI动物房颤的发生或易感。因此,这一研究发现房颤发生发展的一新分子机制。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R541.75
【部分图文】：

图 1.1 房颤危险因素可引起以纤维化、炎症、细胞和分子变化为特征的心房结构和组织病理学改变。遗传因素、年龄、性别、种族、运动、吸烟、体重、糖尿病、睡眠呼吸暂停、血压、心力衰竭和心肌梗死都是房颤的危险因素。BMI，体重指数；HF，心力衰竭；MI，心肌梗死；OSA，睡眠呼吸暂停。（图片来源：参考文献[1]）Figure 1.1Atrial fibrillation (AF) risk factors can cause structural and histopathological changes inthe atrium characterized by fibrosis, inflammation, cellular and molecular changes. Genetic factors, age,sex, race, exercise, smoking, weight, diabetes, sleep apnea, blood pressure, heart failure and myocardialinfarction are all risk factors forAF. BMI, body mass index; HF, heart failure; MI, myocardial infarction;OSA, sleep apnea. (Picture source: Reference[1])到目前为止，房颤的发生机制仍然没有被完全研究透彻。房颤涉及心房的电变化，结构变化和离子通道的变化等，这些被统称为心房重构。心房的电生理异常，作为房颤的结果，同时也能维持并加重房颤。心房的结构异常也能导致电异常。已经有研究表明，纤维化可能损害心房传导的局部水平[34]。局部心房传导异常可为单向传导减慢或传导阻滞以及心房再入性心律失常的发生和维持提供依据[35]。心房纤维化的发

7利钠肽的氨基酸结构(ANP、BNP、CNP)。3 种多肽都具有相成熟 ANP，BNP，CNP 的保守氨基酸序列。（图片来源：文献mino acid structure of three natriuretic peptides (ANP, BNP, CNPmino acid rings. The shaded circles represent the conserved amin and CNP. (Picture source: Reference[87] )利钠肽受体

10图 1.2.2 配体依赖性激活和 NPRA、NPRB、NPRC 生理功能的图示。ANP 结合激活 NPRA，通过刺激和激活依赖于 ANP 的细胞和生理反应，促进第二信使 cGMP 的产生。CNP 激活 NPRB，三个 NP 均激活 NPRC。心钠肽，ANP；脑钠肽，BNP；c 型利钠肽，CNP；LBD，配体结合域；TM，跨膜域；KHD，激酶样同源域；DD，二聚作用域；GCD，鸟苷酸环化酶催化域；IP3，三磷酸肌醇。（图片来源：参考文献[90]）Figure 1.2.2 Ligand-dependent activation and physiological function of NPRA, NPRB, NPRC. Tcombination ofANP and NPRAactivates the production of the second messenger cGMP by stimulatinand activating ANP-dependent cellular and physiological responses. CNP activates NPRB and all thrNPs activate NPRC. Atrial natriuretic peptide, ANP; Brain natriuretic peptide, BNP; C-type natriuretpeptide,CNP;LBD,ligandbindingdomain;TM,transmembranedomain;KHD,kinase-likehomologodomain; DD, dimerization domain; GCD, functional acylcyclase catalytic domain; IP3, inositol bindin(source: reference [90])
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 宋歌;吕月涛;狄林林;宗文纳;陈伯旺;;早期肠内营养对重症肺炎大鼠免疫功能的影响分析[J];中国医学前沿杂志(电子版);2017年01期

2 叶敏;陈达柔;陈宇中;杜少冰;杜展鑫;李玉凤;唐珮瑜;杨昌山;朱晓琴;;右美托咪定后处理对大鼠肝缺血再灌注损伤的保护作用[J];临床医学工程;2017年02期

3 王雅乐;李文泉;姚凤云;;黄连解毒汤对营养性肥胖大鼠的毒性研究[J];光明中医;2017年10期

4 关智宇;;三七总皂甙对骨折大鼠血管内皮生长因子基因扩增及蛋白表达水平影响的研究[J];临床医药文献电子杂志;2017年51期

5 王帅;贾琦珍;陈根元;程勇;张玲;马春晖;;小花棘豆中毒对大鼠下丘脑—垂体—卵巢轴α-甘露糖苷酶的影响[J];福建农林大学学报(自然科学版);2016年01期

6 周挺;夏菁;李增攀;徐丽艳;韩文文;方建江;;法舒地尔对百草枯致大鼠肺纤维化的干预作用[J];浙江实用医学;2016年01期

7 王亚东;李东朋;郭德伟;宋及时;李红伟;钱伟强;杨波;;富血小板血浆对创伤性颅脑损伤大鼠神经功能的保护作用[J];吉林大学学报(医学版);2016年05期

8 郑国祥;于强;;白虎汤对全身炎症反应综合征大鼠炎症因子的影响[J];四川中医;2015年01期

9 符晖;王桥生;方志雄;刘雁;周斌;彭忠田;梁咸章;;辛伐他汀预处理对大鼠神经源性肺水肿的作用及其机制[J];中国动脉硬化杂志;2015年10期

10 商明红;何龙其;;西维来司钠对大鼠脑出血保护作用机制的实验研究[J];现代养生;2017年10期

相关博士学位论文 前10条

1 杨俊;NRG-1/ErbB介导的烟碱型乙酰胆碱受体异化重构在制动大鼠神经肌肉功能障碍中的作用及机制[D];重庆医科大学;2019年

2 李辉;GIT2基因缺失对佐剂性关节炎（AA）大鼠关节的影响及软骨细胞分化的作用机制的研究[D];河北医科大学;2019年

3 刘良敏;依达拉奉对戊四氮致痫大鼠脑保护作用及机制探讨[D];河北医科大学;2019年

4 牛小莉;丁苯酞对血管性痴呆大鼠认知功能及Shh/Ptch1信号通路和内质网应激相关蛋白表达的影响[D];河北医科大学;2019年

5 丁艳霞;衰老相关的大鼠初级视皮层神经元的功能衰退及轴突始段可塑性研究[D];安徽师范大学;2019年

6 李大虎;甜橙精油微胶囊对肥胖型SD大鼠的减肥作用研究[D];西南大学;2019年

7 杜源;解郁安神颗粒对中风后抑郁的治疗作用及其神经网络机制[D];山东中医药大学;2018年

8 何波;肾上腺素通过肺C-fibers介导大鼠急性脊髓损伤后继发肺损伤的机制研究[D];重庆医科大学;2019年

9 吕姝菡;盆腔炎性疾病后遗症大鼠非手术模型制备及证候属性评价方法研究[D];山东中医药大学;2018年

10 刘志波;NSD2介导肺动脉高压大鼠代谢重编及其机制研究[D];南昌大学;2019年

相关硕士学位论文 前10条

1 金伟中;出生前尼古丁暴露对新生大鼠orexin A呼吸调节作用的影响[D];复旦大学;2009年

2 周慧如;NGF在大鼠慢性偏头痛模型中的表达及机制研究[D];重庆医科大学;2019年

3 李丹;1. XAV939对大鼠肺动脉高压的预防作用及其可能机制 2.中国西南地区青年人高血压风险增加：2017年ACC/AHA高血压指南的影响[D];重庆医科大学;2019年

4 朱中凯;1.野百合碱诱导运动诱发肺动脉高压大鼠模型的建立及他达那非干预效果 2.重庆地区中青年人体力活动时间与高血压患病率的研究[D];重庆医科大学;2019年

5 田娅玲;胶原诱导性关节炎大鼠体内输注耐受性树突状细胞微嵌合状态的观察[D];贵州医科大学;2019年

6 胡宇玲;颗粒蛋白前体在VPA诱导的ASD大鼠脑组织中表达的时空规律及其对神经发育作用的初步研究[D];重庆医科大学;2019年

7 杨迅;基于HPLC-UV的靶向代谢组学和验证研究揭示抑郁大鼠的肠道氨基酸通路紊乱[D];重庆医科大学;2019年

8 李雨菡;托伐普坦对大鼠脑出血后脑水肿治疗机制及铁离子对神经细胞的活力的影响研究[D];西南大学;2019年

9 李雨珂;COX-2-PGD2-DPs途径参与孕期炎症加重子代大鼠局灶性缺血再灌注脑损伤机制[D];重庆医科大学;2019年

10 代梦洁;去分化人脐带间充质干细胞通过hSDF-1α参与缺氧缺血性脑损伤大鼠神经修复研究[D];重庆医科大学;2019年

本文编号：2850919