FoxO3及其非编码调控在心脏术后房颤中的功能和机制研究

Atrial fibrillation (AF) is one of the most common complications after cardiac surgery, but its mechanism is still unclear. In preliminary study, we found FoxO3 and related gene regulation maybe involve in the mechanism of postoperative AF. The latest research shows that: FoxO3 was affected by its upstream signaling pathway (AKT and PTEN) and non-coding gene (miRNA, circRNA, and pseudo-gene) regulation. According to the latest research progress and results of preliminary experiments, we raise a scientific hypothesis that FoxO3 and related gene regulation affect the atrial fibrosis and AF vulnerability. In order to verify the hypothesis, this study aims to select clinical specimens, dog AF model, atrial fibroblasts model; using gene transfection, gene transfer and gene knockout technology; realizing overexpression and inhibition of FoxO3 mRNA、circ-FoxO3、FoxO3 pseudo-gene expression; Observing the effect of FoxO3 on atrial fibrosis and AF vulnerability by using the method of electrophysiology, morphology and molecular biology; to clarify the effect and molecular mechanism that FoxO3 and related gene regulation affect the atrial fibrosis and AF vulnerability, in vitro and in vivo experiment, different levels and perspectives. This study may provide new insights into the underlying mechanisms of postoperative AF and provide potential novel mechanism-based therapeutic strategies for AF.

心房颤动（房颤）在心脏手术后的发生率高达20-60%，严重影响患者的生存及预后，但其发生机制仍未阐明。证据表明高龄是术后房颤发生最重要的危险因素之一，我们在前期研究中发现，年龄相关分子FoxO3的表达与术后房颤有着负性关系。FoxO3在心肌细胞损伤与保护、增殖与死亡、肥大与萎缩等多个稳态中发挥着重要的平衡作用，除受其编码基因的调控外，它还受到来自于多种信号的非编码调控，如circularRNA、假基因、microRNA等。依据最新研究和预实验结果，我们提出以下假说：FoxO3与心脏术后房颤有一定的相关性，其非编码调控在其中扮演着重要角色。为验证假说，本项目选择临床、动物、细胞三个层面研究FoxO3蛋白及相关基因与房颤的关系，并通过基因编辑的手段，观察其编码及非编码调控对房颤的影响。本项目旨在进一步揭示术后房颤发生的新机制，并为该病的防治提供重要的理论基础及干预靶点。

心房颤动（房颤）在心脏手术后的发生率高达20-60%，严重影响患者的生存及预后，但其发生机制仍未阐明。证据表明高龄是术后房颤发生最重要的危险因素之一，我们在前期研究中发现，年龄相关分子FoxO3的表达与术后房颤有着负性关系。本课题组于在研期间按计划完成大部分内容，完成了犬右心耳快速起搏诱导慢性房颤的动物模型建立，并收集了足够的临床标本并成功筛选出microRNA-21作为重点研究对象，通过对瓣膜病患者心房组织中的circFOXO3及miR21进行RT-qPCR检测，我们发现miR21在瓣膜病合并房颤的病人中高表达，但circFOXO3的表达在两组间无显著差异。在房颤病人中，miR21与cirxFOXO3的表达呈正相关，但其相关性并不显著。此外，不论在房颤病人组还是在窦性心律病人组中，circFOXO3及miR21的表达水平均与病人年龄无关。因此本课题组将工作重心转到前期筛选出的房颤相关分子DACT2。.我们利用免疫组织化学技术检测了瓣膜病患者心房组织中DACT2表达含量，发现DACT2在瓣膜病合并房颤的患者中显著低表达。 我们在HL-1细胞株和原代大鼠心房成纤维细胞中过表达DACT2，并通过实时聚合酶链反应（RT-PCR）检测钾通道，L型钙电流通道，钠离子通道蛋白和胶原蛋白的表达水平，并通过蛋白质印迹技术（Western Blotting）检测参与Wnt和TGF-β相关信号通路的蛋白质。结果表明，DACT2表达水平与心房纤维化严重程度呈负相关，DACT2显著增加了KCNE5的表达水平，并降低KCNH2和SCN5A的表达水平。 DACT2的过表达显著抑制了原代大鼠心房成纤维细胞中I型胶原和III型胶原的表达。另外， DACT2可以通过减少HL-1细胞中Thr41 / Ser45位点的磷酸化来促进β-catenin的积累，并抑制原发性心房成纤维细胞中的TGF-β信号通路。综上，DACT2通过调节心房结构重构和心房电生理重构，调节β-catenin积累和TGF-β信号转导，在房颤中发挥作用，其可能作为瓣膜性心脏病房颤的保护因子。