心脏脂肪酸代谢抑制在孕期炎症刺激致子代小鼠心脏损伤中的作用及机制研究

Under the successive supports from National Scientific Foundation Council, we raised and verified a new hypothesis that cardiovascular diseases origin from prenatal inflammatory stimulation. We further found that prenatal inflammatory stimulation lead to cardiac dysfunction accompany cardiac hypertrophic in offspring. However, the detailed mechanisms are still unclear. In our preliminary data, we found that prenatal inflammatory stimulation lead to downregulation of fatty acyl coenzyme A synthetase 1(ACSL1) and PPARα, the principal transcriptional regulator of cardiac fatty acid β-oxidation (FAO) genes in offspring heart tissue, and this would result in fatty acid oxidative metabolism suppression and fatty acid accumulation in the heart. Insufficient energy supply in cardiac tissue leads to imbalance of glucose and lipid metabolism and continuous activation of mTORC1 signaling pathway, which is consistent with the later decline of cardiac function. At the same time, using cardiac conditional knockout technology, recovering mTORC1 activity to the normal level after birth could reverse cardiac damage. By combining all these evidences together, we proposed that fatty acid metabolic and mTORC1 activity abnormality plays a critical role in the cardiac damages in offspring of prenatal inflammatory stimulation. By using the strategy of cardiac conditional knockout mice and overexpression system, we will confirm the robust suppression of fatty acid metabolic and mTORC1 activity abnormality result in cardiac damage in offspring of prenatal inflammatory stimulation. This will provide new ideas and deepen the understanding of the pathogenesis of cardiac diseases. It will also provide the experimental basis to find a new strategy of cardiac diseases intervention.

我们课题组发现孕期炎症刺激导致子代心脏功能异常，但其发生的机制亟待阐明。预实验结果发现孕期炎症刺激导致子代心功能明显下降和心肌肥厚。进一步研究发现，子代心脏组织中脂肪酸氧化代谢酶（ACSL1）和上游关键转录调控因子（PPARα）表达下调，这将导致子代心脏脂肪酸氧化代谢抑制和脂肪酸积累，心脏组织能量供给不足引起糖脂代谢失衡及mTORC1信号通路持续活化，与子代后期心功能降低呈一致性；采用基因敲除技术抑制子代心脏mTORC1信号通路的持续活性，降低了子代心脏损伤。为此我们推测孕期炎症刺激子代心脏脂肪酸代谢抑制和mTORC1信号通路活性持续活化在孕期炎症刺激子代心脏损伤中具有重要作用。本项目采用基因敲除和过表达系统等技术，明确脂肪酸代谢抑制和mTORC1信号通路活性持续活化在其疾病模型中的作用及机制；旨在为阐明孕期炎症刺激致子代易患心血管疾病的分子机制提供新思路，并为寻找预防策略提供理论基础。

心血管疾病致病因素中被广泛关注的因素主要包括遗传因素、生活方式导致的高血压和高血脂等。而经常被忽略的一个重要因素是产前不利的环境因素，包括：母亲肥胖、糖尿病、妊娠期高血压、毒物暴露、吸烟、饮酒和咖啡因等。现在，这些产前风险因素已经引起越来越多的关注，并且这些不利因素也能够导致孕期母胎免疫炎症反应加重。临床研究还发现，产前炎症刺激如流感、牙周炎和阴道炎等能够增加 CVD 的发病率。已有研究表明，孕期 LPS 刺激子代大鼠在 4月龄时左心室胶原沉积增加，8 月龄时出现左心室功能不全等表型。这些数据表明孕期炎症刺激是导致后代心血管疾病发病率增加的一个重要致病因素。然而，孕期炎症反应导致子代心血管疾病发生的机制尚不完全清楚. 在本研究中，我们通过腹腔注射 LPS 或者 Poly（I:C）构建复制了孕期炎症刺激 C57 小鼠动物模型。通过小动物超声检测发现，孕期 LPS 刺激或者 Poly（I:C）刺激都能够导致子代小鼠在 16周龄时心脏功能指数射血分数（ejection fraction，EF）和短轴缩短率(fractional shortening，FS)降低。同时，通过定量 q-PCR 检测发现，孕期 LPS和Poly（I:C） 刺激导致子代小鼠 16周龄时心脏损伤标志物基因ANP和BNP表达量显著上调。这些结果暗示，孕期炎症刺激能够导致子代小鼠成年期心脏功能下降和心肌肥厚表型发生。. 我们进一步通过RNA-seq测序和靶向定量代谢组学对上述表型的分子机制研究发现，孕期 LPS 和 Poly（I:C）刺激能够导致子代小鼠心脏中中长链脂肪酸明显积累。并且，对孕期 LPS 或 Poly（I:C）刺激子代小鼠心脏中能量代谢中间参物定量检测发现，孕期炎症刺激子代小鼠心脏中部分糖酵解中间产物明显增多。定量 qPCR 检测发现，孕期 LPS或 Poly（I:C）刺激能够抑制子代小鼠心脏中脂肪酸代谢相关酶类基因表达量，这些研究结果暗示孕期 LPS 或 Poly（I:C）刺激导致子代小鼠心脏代谢发生重编程，子代小鼠心脏中脂肪酸代谢减弱促使子代心脏功能降低。本研究证实了脂肪酸代谢异常是孕期炎症刺激诱导子代心脏损伤的主要原因。这些发现为临床预防心血管疾病发生提供了新的理论机制和靶点。