PPAR信号通路及蛋白翻译后修饰在心脏瓣膜病并发房颤发生机制中作用的研究

Atrial fibrillation (AF) is a common complication of heart valve disease (HVD). Metabolic dysfunction of myocardium is involved in the development of AF. In our preliminary studies, comprehensive analysis of transcriptomics / proteomics in the atrial tissue and proteomics/ metabolomics in plasma samples in patients with rheumatic heart valvular disease associated with atrial fibrillation or sinus rhythm (SR), we found that multiple proteins in the PPAR signal pathway were expressed with significant differences between AF and SR patients, and the PPAR pathway is involved in the occurrence of HVD associated AF by regulating the energy metabolism of myocardium. .We also found that the expression of proteins from SIRT family and HDAC family was significantly down-regulated in the left and right atrial tissue of patients with AF. These protein families are associated with energy metabolism, including acetylation, succinylation, crotonylation, and 2-hydroxyisobutyrylation of lysine. Therefore, we hypothesized that the post-translational modification of protein may play an important role in the pathogenesis of AF..In this project, we will investigate the post-translational modification of protein lysine in atrial tissues from HVD patients with AF or SR and will study the role of SIRT family and PPAR pathway in the development of AF in combination with the analysis on the results in our preliminary multi-omics studies, and to validate these data at the cellular level and in the SIRT knock-down animal model, in order to clarify the mechanism of the development of atrial fibrillation and to lay a foundation for early diagnosis and individualized treatment.

心房颤动(房颤)是心脏瓣膜病常见并发症。心肌能量代谢紊乱参与房颤的发生。我们对风湿性心脏瓣膜病房颤/窦性心律患者心房组织转录组学及蛋白组学、血浆蛋白组学/代谢组学的前期工作综合分析，发现PPAR通路中多个蛋白及代谢物在两组中有显著差异，提示PPAR通路通过调控心肌能量代谢参与瓣膜病房颤的发生。我们还发现，与窦性心律相比，房颤患者左右心房中与能量代谢有关的翻译后修饰的主要蛋白酶包括赖氨酸乙酰化、琥珀酰化、巴豆酰化及2-羟基异丁酰化有关的SIRT家族及HDAC家族的表达有显著下调。因此，由这些蛋白酶所代表的蛋白质翻译后修饰在房颤的发生中可能起了重要的调控作用。.我们将综合多组学结果，研究瓣膜病房颤/窦性心律患者心房组织与能量代谢相关的翻译后修饰组学，以及SIRT基因家族和PPAR通路在房颤发生中的作用，并在细胞水平和SIRT等敲除鼠中进行验证，以明确房颤机制，为早期诊断及个性化治疗打下基础。

心房颤动(房颤)是发生率最高的心律失常，也是心脏瓣膜病等心脏外科手术的常见并发症。研究房颤的作用机制对发展诊断及治疗策略具有重要意义。本项目对心脏瓣膜病房颤患者心房组织完成了PPAR信号通路、2羟基异丁酰化和巴豆酰化修饰研究、血浆蛋白质/代谢组学研究；并将研究扩展到其他心脏手术，特别是冠心病术后新发房颤。此外，并对Sirt1条件敲除鼠的心脏作了PPAR信号通路、巴豆酰化修饰、以及心功能和心律失常的研究。.本项目做出了以下重要发现：.1. 首次通过转录组学及蛋白质组学综合分析发现心脏瓣膜病并发房颤中PPAR通路是发生房颤的主要细胞通路。.2. 首次发现心脏瓣膜病并发房颤患者心房组织发生了2羟基异丁酰化修饰组学改变，包括35个蛋白的124个位点下调，48个蛋白的67个位点下调。其己糖激酶（HXK1）K418hib酰化水平下调降低了HXK1活性、葡萄糖-6-磷酸和ATP的产生，增加了Kir6.2蛋白表达和ATP敏感钾电流，降低了动作电位时程。.3. 首次发现心脏瓣膜病并发房颤/窦性心律患者心房组织的巴豆酰化修饰组学改变，包括25个蛋白的30个位点上调，22蛋白的24个位点下调。房颤患者的TNNT2 K244酰化水平下调，影响了钙离子转运。.4. 心脏瓣膜病并发房颤患者血浆蛋白质组学和代谢组学研究发现57个差异蛋白质，及55个差异代谢物，包含ApoA-I, ApoA-II, angiotensinogen等蛋白和代谢物在内的PPARα通路与房颤有关。.5. 将心脏瓣膜病并发房颤的研究延伸到冠心病并发房颤患者的血浆蛋白质组学与代谢组学研究，发现29个差异蛋白质和61个差异代谢物，包含APO-C3，GPX3，PLTP，urocanate等蛋白和代谢物在内的PPARα通路的下调与谷胱甘肽代谢通路的激活可能参与房颤的发病机制。.6. 首次发现Sirt1 条件敲除鼠的PPAR信号通路中PPARα/β蛋白表达下调、SERCA2a酶的K120位点巴豆酰化水平升高，酶活性降低，最终导致钙电流及动作电位改变，发生心律不齐及心功能降低。.以上发现揭示了PPAR及蛋白翻译后修饰心脏瓣膜病并发房颤发生机制中的作用，为最终加强早期诊断及个性化治疗，防治此类疾病提供了新的思路。