心血管生物研究室是北京市心肺血管疾病研究所于 2008 年新成立的科室，是心血管重塑相关疾病教育部重点 实验室和北京市协同创新中心的主要组成部分。研究室主任由杜杰博士担任。 

心血管生物研究室依托于首都医科大学附属北京安贞医院—北京市心肺血管疾病研究所，正在展开如下方向的 课题研究：1）免疫炎症微环境促进血管平滑肌表型转化导致主动脉夹层的机制研究，主要承担国家自然科学基金 重点项目；2）核酸小分子和花生四烯酸代谢活性小分子调节网络在病理性心肌重构中的作用，承担国家自然基金 重大项目；3）承担教育部创新团队项目大血管疾病转化医学研究；4）承担国自然中加合作项目，欧洲和亚洲人群 主动脉瓣钙化狭窄的遗传基础等；另外，研究室还承担了国家自然科学基金、北京市自然基金和北京市科委等多个 课题的科研任务。 

心血管生物研究室 2020 年发表 SCI 论文 15 篇，研究组成员多次参加国际、国内学术会议并进行大会报告。 心血管生物研究室目前有工作人员 19 名，在各自的研究方向上均承担科研任务。研究室自成立以来培养了 27 位博 士及 24 位硕士研究生，目前在读博士后 2 名，博士生 11 名，在读硕士生 14 名。2020 年毕业博士生 4 名，硕士 生 1 名，毕业生均进入北京市各大医院系统进行临床与科研工作。

负责课题进展简介

一、国自然重大项目：核酸小分子和花生四烯酸代谢活性小分子调节网络在病理性心肌重构中的作用

心力衰竭是多种心血管疾病（高血压、心肌梗死等）导致心肌重构的共同结果，花生四烯酸（ARA）代谢活 性小分子对心机重构与心力衰竭的发生发展具有调控作用。我们发现病理系心肌重构患者和小鼠血清及心脏组织中 多个 miRNA 表达发生变化，并影响 ARA 代谢酶的表达和病理性心肌重构过程。除 miRNA 外，其他核酸小分子 circRNA,tRNA 也具有基因转录调控作用。但这些核酸小分子与 ARA 代谢活性小分子之间的相互调控网络在病理 性心肌重构过程中的作用等科学问题尚不清楚。本课题以花生四烯酸（ARA）代谢活性小分子与核酸小分子间的调 控网络为核心，通过对高血压或心肌梗死后发生心脏重构的心脏组织和血清中各种核酸小分子的组学分析和 ARA 代谢物的质谱数据选择研究靶点，发现： 

1、通过对 200 余例 STEMI 患者的血清进行 miRNA 表达谱筛选以及再验证发现，循环中有 miR-26a-5p,  miR-21-5p, miR-191-5p 水平的下降与 STEMI 患者长期心血管不良事件（心源性死亡、心力衰竭、再 发心梗等）相关 , 使用这 3 个 miRNA 联合 hs-cTnI 可以改善 GRACE 评分和 TIMI 危险评分的预后评估能 力（Can J Cardiol. 2020 Mar 20:S0828-282X(20)30273-7.）。

2、进一步对心肌梗死患者和健康对照组中进行花生四烯酸代谢物分析，花生四烯酸 CYP450 途径的代谢物显 著升高。继续挖掘代谢产物与预后的关系发现，5 种脂肪酸代谢产物与急性心肌梗死患者的不良事件相关， 其中两种已知的保护性代谢产物（12,13EpOME 和 9,10EpOME）在预后不良组显著降低。

3、在心脏缺血再灌注（I/R）的小鼠模型中，从循环招募进入心脏的中性粒细胞表达 miR-223 水平升高。与对 照组相比，miR-223 敲除鼠 I/R 后心脏损伤加重，心功能更低，TUNEL 染色显示心脏细胞凋亡增多。通过 miR-223 agomir 过表达 miR-223 可减低 I/R 术后的心脏细胞凋亡，改善心功能，发挥保护作用。GO 分 析发现 miR-223 敲除后上调最显著的是炎症免疫相关的信号通路。miR-223 敲除小鼠心脏中前期预测的与 花生四烯酸代谢相关靶基因 Pla2g7，Cyp4f18 和 Ptgs2 的表达显著高于野生对照组。

4、冠心病和高血压可引起心脏重构 , 在冠心病和高血压的病人中，常发生冠脉钙化及血管僵硬度的增高。转录 组学分析发现，钙化的血管中花生四烯酸代谢相关酶的 mRNA 表达发生显著改变。我们检测了小鼠主动脉 钙化模型的主动脉组织和血浆中的近 100 种 ARA，DHA 和 EPA 的代谢产物，发现钙化主动脉中 LOX 和 COX 通路的代谢产物含量增加，CYP450 通路产物无明显改变。其中 COX 通路产物 PGD2 和 LOX 通路 12-HETE 升高最明显，敲除 PGD2 受体 CRTH2 显著增加了血管钙化，使用 12/15-Alox 酶（产生 12- HETE）抑制剂也显著增加了血管钙化，提示花生四烯酸代谢产物可能对血管钙化有保护作用。后续我们将 进一步探究其发挥保护作用的分子机制。

5、RNA 的 m6A 甲基化修饰通过调控花生四烯酸代谢影响病理性心肌重构。心肌细胞中特异敲除 m6A 甲基化 转移酶 METTL3，导致小鼠自发出现心肌肥厚和心肌纤维化等病理性心肌重构，进而导致心衰发生。对心肌 特异的 METTL3 敲除小鼠心肌组织进行转录组测序，发现 METTL3 敲除诱导下调的基因主要富集于脂肪酸 代谢通路中，离体实验也证实 METTL3 敲除的心肌细胞 PPARA 蛋白表达明显下调且其脂肪酸氧化能力明 显降低。后续我们将进一步阐明心肌细胞 METTL3 调控脂肪酸代谢的具体机制。

6、使用 CHO-PGEA 介导的纳米颗粒递送系统能够高效的将 microRNA 递送入心肌细胞。CHO-PGEA/ miR-182 复合体高效增加心脏 miR-182 的表达，降低靶基因 Foxo3 的蛋白水平。前期研究结果表明， miR-182 加剧 TAC 术后的心肌肥厚，因此我们通过 CHO-PGEA 系统将 miR182 inhibitor 递送入心脏， 能够显著抑制肥厚改善心功能。经检测，CHO-PGEA/miRNA 对肝肾组织结构及肝肾功能能无明显影响， 保证了 CHO-PGEA 治疗的安全性。因此 CHO-PGEA 纳米颗粒是潜在的 microRNA 载体，能够高效、 靶向和安全的递送 microRNA 治疗心脏疾病（Adv Sci (Weinh). 2019 Apr 6;6(11):1900023.）。

7、利用肝素多糖纳米颗粒（HepNP）体内按比例递送血管内皮生长因子 VEGF-C 和 VEGFA (Hep@ VEGF-C vs Hep@VEGF-A=3：1) 可有效促进心肌梗死后的血管新生和减轻心脏水肿，从而显著改善心 梗后心功能。因此 HepNP 体内递送系统可用于安全有效的递送蛋白类药物，在心血管疾病及其他疾病中有 广泛的转化应用前景（Small. 2020 Jan;16(4):e1905925.）。

二、国家自然科学基金重点项目：免疫炎症微环境促进血管平滑肌表型转化导致主动脉夹层的机制研究

胸主动脉瘤（TAA）导致世界范围内大量死亡。有研究显示家族性和综合症性 TAA 与遗传学高度相关，但 是散发的 TAA（iTAA）的发病率要远高于前两种，但是其遗传学发病基础尚不清楚。我们通过全外显子组测序对 551 例散发 iTAA 病例和 1071 例对照进行了基因筛查。在 iTAA 队列中，已知致病基因中致病性突变仅占所有突 变位点的 5.08％。我们使用更为严格的筛选策略选择了 100 个新的候选基因。与对照组相比，这些基因的可疑致 病突变在病例中显著富集，约 60.43％的患者携带这些基因的突变位点。我们发现在发现致病突变或可疑致病突变 的病例具有更严重的表型和较低的高血压发病率。在候选基因中，编码粘着斑粘附支架蛋白的 TESTIN（TES） 在四名患者中都有 LIM1 结构域的两个错义变异（c.751T> C 编码 p.Y251H; c.838T> C 编码 p.Y280H）而且在 在主动脉中高度表达，因此 TES 被确定为潜在的 TAA 致病基因。这两个位点的变体均可导致 TES 表达减少。在 TesY249H基因敲入小鼠和Tes基因敲除小鼠会发生自发性胸主动脉扩张。深入的机制研究发现，TES的 p.Y249H 位点变体或敲低可抑制血管平滑肌细胞收缩相关基因的表达从而扰乱了血管平滑肌细胞的收缩表型。同时我们还发 现 iTAA 患者中其他黏着斑黏附支架相关基因的可疑致病突变，如 TLN1 和 ZYX，也显著富集。这些突变的同时存 在导致 VSMC 的收缩性进一步下降。总之，这项研究首次揭示了 iTAA 的遗传结构，并表明 FA 支架基因在 iTAA 的发病机制中至关重要。以上研究结果发表在 2020 年 10 月的 Circulation Research 杂志（Circ Res. 2020 Oct  23. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.120.317361.）。

三、大血管疾病转化医学研究（教育部创新团队）

大血管疾病严重危害国民健康，给社会和家庭造成沉重经济负担。大血管疾病转化医学研究教育部创新团队以 心血管危重症中排名第一的主动脉瘤疾病为突破口，建立了多种精准医学研究平台。在此基础上，本创新团队将围 绕大血管疾病精准防、诊、治领域丞待解决的关键科学问题，运用精准医学及转化医学的思路，开展原创性研究。 整合流行病学、蛋白组学、代谢组学、分子病因学、血管生物学、临床医学及转化医学的创新团队，以规模化的临 床样本为基础，采用新一代创新的实验技术，发掘适用于中国人群的大血管疾病危险分层的生物标志物，针对发现 的标志物进一步探究治疗的新靶标和治疗干预新措施。具体内容如下：

1、特异性标志物的发现：通过基因组、蛋白质组与代谢组检测，结合患者的临床表型分析，发现作为大血管疾 病病情监测、疗效评估和预后评价的分子标志物；

2、标志物的临床转化：针对上述筛选并验证的生物标志物，申请专利，开发相应的临床检测试剂盒；

3、建立大血管疾病风险评估体系。

四、国自然中加合作项目：欧洲和亚洲人群主动脉瓣钙化狭窄的遗传基础

钙化性主动脉瓣狭窄（CAVS）是老年人最常见的瓣膜性心脏病，患病率持续上升，在发达国家是仅次于高血 压和冠心病排名第三的心血管疾病，65 岁以上人群中 CAVS 占比 2%。CAVS 呈进展性，进展为症状性的重度狭 窄的患者，未经治疗的情况下，1 年和 5 年生存率分别仅为 50% 和 10%，治疗这类患者唯一的有效方式是通过经 导管或外科主动脉瓣置换，但人工瓣膜置换术后存在相关并发症（机械瓣抗凝相关并发症，生物瓣膜及 TAVR 瓣膜 衰败等）。目前尚无有效药物治疗手段能延缓 / 阻止 AVS 进展。加强 AVS 的病因学研究及阐明其发病机制是目前 亟待解决的重大问题。AVS 具有高度遗传易感性，本项目的实施将加深对 AVS 病因学的理解，推动 AVS 分子分型， 为 AVS 致病机制研究、药物筛选和精准诊疗提供支撑。 2020 年度进站如下： 

1、临床部分

1）GWAS 分析：目前第一批送检的病例组和对照组样本芯片（Illumina ASA）检测已经全部完毕，发现了一 些与 CAVS 发病有显著相关性的 SNPs，包括 8 个 P 值 <1×10-5 的 SNPs 和 263 个 P 值 <5×10-4 的 SNPs；

2）多基因风险评分：完成了 CAVS 多基因风险评分课题的设计和实施，通过 pruning and thresholding 和 LDpred 方法构建了多个预测 CAVS 发病的 PRS，获得了良好的模型区分度以及内部交叉验证结果，并且 发现 PRS 与疾病严重程度相关；

2、基础部分

研究报道 PALMD 为 CAVS 的易感基因，然而 PALMD 基因的表达、组织分布以及如何影响 CAVS 的发生发 展尚不清楚。我们对小鼠不同组织器官进行 mRNA 定量分析发现，PALMD 在瓣膜、血管、脂肪、肺等组织表达丰富， 而在脾脏、骨骼肌、肾脏等表达较低。通过对血管单细胞测序结果分析发现，PALMD 特异性表达在血管内皮细胞群。 进一步，我们利用免疫荧光和组化染色分析明确了人和小鼠瓣膜及血管组织中内皮细胞与 PALMD 有共定位。在分 离的原代人瓣膜间质细胞（VIC）和瓣膜内皮细胞（VEC）中，同样检测到 PALMD 在 VEC 中表达更高。为了明 确钙化性主动脉瓣膜疾病易感基因 PALMD 与 CAVS 的因果关系以及分子机制，我们利用 CRISPR/CAS9 技术 成功构建了 PALMD 基因 4-7 外显子敲除小鼠，计划通过构建瓣膜病变模型、内皮特异性过表达 PALMD、血管 功能检测等体内实验，结合原代瓣膜内皮细胞实验等明确 PALMD 如何通过影响内皮功能调控 CAVD 的发生发展。