综合干预对Klotho基因表观遗传影响及其与心血管危险因素关联性研究

Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the world. However, no effective way has been found to curve CVD. Therefore, an intervention for people at early life to reduce the exposure of risk factors will be the new strategy for CVD prevention. Endothelial cell injury is the first step in the development of CVD, and Klotho becomes the hot spot of CVD research for its anti-oxidative stress and endothelial cell protection. We previously found that increased oxidative stress and inflammation status, as well as decreased angiogenic ability are related with Klotho expression in diet induced obese mice. Exercise affect children's CVD health and the change of inflammation status is a key factor that links exercise with cardiovascular function. Our preliminary data show that obese children have lower plasma Klotho concentration compared with normal weight ones, and Klotho expression in mice is regulated by DNA methylation. Based on our previous results and preliminary data, the current project aims to investigate the effects of comprehensive intervention on endothelial function, Klotho expression and its epigenetic modification, to explore the relationship between exercise and cardiovascular function, and the possibility of using Klotho epigenetic modification as a predictor for childhood cardiovascular health. The project will focus on both animal models and population-based epidemiological survey using molecular biology and epigenetic technology. The present study will provide a new strategy for the early prevention and treatment of CVD.

心血管疾病死亡率位居世界第一，迄今尚无有效的治疗措施。因此，减少生命早期危险因素的暴露是其防治的新策略。内皮功能损伤是心血管疾病的启动因素，Klotho由于其对抗氧化应激、保护血管内皮功能的作用已成为心血管研究领域的热点。本课题组前期研究发现，肥胖小鼠氧化应激、炎性因子表达上升、血管新生能力下降与Klotho低表达有关；运动影响儿童的心血管健康，而机体炎症水平的变化是链接运动与心血管功能的关键因素。预实验显示肥胖儿童血浆Klotho水平下降，而小鼠Klotho的表达受DNA甲基化调控。因此，本研究拟在前期工作基础上，从动物模型和人群两方面入手，利用分子生物学和表观遗传学技术，研究膳食、运动等综合干预对血管内皮功能和Klotho表达与表观遗传修饰的影响，以及Klotho表观遗传修饰作为预测儿童心血管健康生物标志物的可能。该研究将为心血管疾病的早期预防和治疗提供新思路。

全球肥胖流行率在1975年和2016年之间增长了近3倍。有理由相信，若不控制在今后数年内肥胖人口数必然会继续增加。肥胖是包括心血管疾病、糖尿病等代谢性疾病在内的多种疾病的危险因素，但是至今尚没有较好的治疗策略。运动和饮食干预是目前公认的非药物治疗肥胖相关的代谢性疾病的最有效的方法，可以调节许多组织和器官的代谢和生理过程。但是其机制非常复杂，尚存在许多争议，寻找运动-饮食综合干预在调节肥胖中新的生物标记物成为现阶段肥胖研究的一个热点。Klotho是新发现的一种衰老相关基因，由于其对抗氧化应激、保护血管内皮功能的作用已成为心血管研究领域的热点。本课题组从动物模型和人群两方面入手，研究运动-膳食综合干预对肥胖的作用和Klotho表观遗传修饰的机制，初步分析了Klotho表观遗传修饰作为预测心血管健康生物标志物的可能。小鼠肥胖-运动饮食综合干预模型中，肥胖小鼠体重、血脂和氧化应激水平显著升高，Klotho mRNA和蛋白水平表达降低，Klotho甲基化程度增加。通过对肥胖小鼠进行为期8周的运动-饮食干预后，小鼠体重、血脂和氧化应激水平明显降低，Klotho mRNA和蛋白水平表达降低被抑制，Klotho甲基化被抑制。此外，在肥胖小鼠的肝脏中观察到miRNA-128-1，miRNA-148a和miRNA-301b表达上调和miRNA-130b表达下调。运动-饮食综合干预后，miRNA-130b表达下调被抑制。我们还展开了肥胖儿童干预研究。选取两所小学肥胖儿童，进行了为期8个月的综合行为干预。结果显示，干预组儿童舒张压和空腹血糖水平显著低于对照组。同时，在综合干预后，干预组儿童klotho甲基化率低于对照组，提示klotho甲基化可能是改善肥胖儿童心血管健康的一个治疗靶点。本研究可为心血管疾病的早期预防和治疗提供新思路。