北京市心肺血管疾病研究所

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科研团队

心血管生物学研究室

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。研究室主任由教育部长江学者特聘教授杜杰博士担任。

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,研究室与实验中心合作,完善了5个平台的建设,包括:1)实验动物模型平台;2)病理生理学研究平台,3)无创影像学研究平台;4)细胞生物和分子病因学平台;5)基因诊断平台。依托这五个平台,正在展开如下方向的课题研究:1)高血压导致器官损伤的机制研究,主要承担国家自然科学基金炎症微环境在高血压心脏纤维化发病机制及973高血压器官损伤的研究;2)炎症微环境与肿瘤的研究,主要承担国家863项目肿瘤的基因组和973项目研究;3)心血管疾病早期诊断、预警、干预与分子病因学研究,主要承担科技部国际合作、教育部创新团队的转化医学研究;4)肠道微生物与疾病研究,主要承担农业部转基因生物安全性及北京市心血管协同创新研究;5)血管病变转化医学研究,主要承担国家973项目课题血管发育与损伤、教育部创新团队的转化医学研究;6)EMT与肾脏纤维化研究,承担了国家自然科学基金EMT在肾脏纤维化中的作用机制研究。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。

心血管生物研究室自2013-2014年至今累计发表科研论文33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16名,他们在各自的研究方向上均承担重要科研任务。研究室自成立以来培养了多位博士及硕士研究生,目前在读博士生7名,在读硕士生10名。已毕业博士生11名,硕士生10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。

(一)炎症微环境在高血压心脏纤维化发病机制中的研究(国自然重点项目)

炎症微环境在高血压致纤维化中起重要作用。本课题组针对高血压条件下炎症微环境是启动、形成的、炎症细胞间相互作用进而参与纤维化进行系列研究,发现:1)高血压激活CD11B+Gr1+细胞分泌S100a8/S100a9, S100a8/ S100a9通过RAGE受体激活单核细胞和心脏成纤维细胞分泌多种趋化因子,启动炎症反应,给予S100a9中和抗体能抑制心脏炎症反应和纤维化;2)高血压激活补体系统,血清中补体C5a增加,C5a通过单核巨噬细胞表面C5aR上调黏附分子和趋化因子表达,促进单核巨噬细胞向心脏中的浸润。特异性C5aR拮抗剂可以抑制心脏纤维化和心肌肥厚;3)高血压活化CD8T细胞,CD8细胞以直接接触方式促进巨噬细胞分泌MCP-1,加剧心脏巨噬细胞浸润,导致心脏纤维化,敲除CD8T细胞抑制心脏中巨噬细胞浸润和炎症反应发生;4)高血压介导IL-17升高,γδT细胞而非传统的CD4T细胞是IL-17分泌的细胞来源,单核细胞分泌IL-1β促进γδT 分泌IL-17,IL-17激活成纤维细胞导致纤维化;5)高血压自噬相关基因ATG5表达升高。ATG5敲低导致巨噬细胞中线粒体自噬障碍,ROS产生增加,激活NF-kb转录途径,激活炎症反应,加剧高血压导致的心脏损伤和纤维化;6)脂联素通过AMPK调节巨噬细胞自噬,抑制炎症反应发生,抑制高血压心脏损伤和心肌重塑;7)高血压促进炎症因子IL-1β和TNF-α表达,促进单核细胞向心脏浸润。利用人源重组TNFR2-Fc-IL-1ra 阻断IL-1β和TNF-α,抑制内皮细胞活化和单核细胞浸润,减轻心脏纤维化。

(二)炎症微环境在骨骼肌损伤和再生中的作用机制(国自然重点项目)

骨骼肌在正常及病理状况下处于不断的损伤、丢失及再生的状态。损伤骨骼肌的修复再生过程主要由一群位于肌纤维基底膜和肌膜之间的小梭形扁平的肌卫星干细胞通过活化、增殖、分化和融合来完成。而肌卫星干细胞的这些生物学行为同时受到损伤后形成的炎症微环境的影响,主要是M1型巨噬细胞分泌细胞因子促进肌卫星干细胞的增殖,M2型巨噬细胞分泌细胞因子促进肌卫星干细胞的分化。一方面抑制巨噬细胞的浸润导致骨骼肌的修复异常,并能引起骨骼肌的脂肪化和纤维化。我们的前期研究发现敲除趋化因子CXCL16 或细胞炎症因子IL-6 均可导致骨骼肌受损部位巨噬细胞浸润减少,肌卫星干细胞的增殖和分化受抑制,导致骨骼肌再生受阻。另一方面,浸润到损伤部位的巨噬细胞M1/M2 分化程度的不同也可以影响骨骼肌再生的进程。我们发现myostatin促进过多的M1巨噬细胞的浸润导致促炎性细胞因子的表达,可抑制骨骼肌损伤后再生。而敲除巨噬细胞整合素αvβ3基因可以促进巨噬细胞向M2 型的分化,从而分泌大量TGF-β1 抑制巨噬细胞的早期浸润,使骨骼肌再生受损。另外,我们的研究还发现,慢性肾病、高血压、糖尿病等状态可通过激活PI3K-Akt等信号通路促进骨骼肌蛋白的消耗,引起骨骼肌萎缩,同时这些慢性炎症状态下骨骼肌损伤后的再生过程也会受到明显的抑制。

(三)炎症与细胞内外环境调控EMT的机制(国自然重大项目)

肾脏纤维化,尤其是肾小管间质纤维化,是梗阻性肾病等慢性肾脏疾病的最终病理结果。炎症作为一个整体在启动损伤后肾脏纤维化发挥重要作用已达成共识,因此深入了解肾损伤诱导的炎症反应的机理可以为防止肾功能丧失提供新的治疗策略。我们利用炎症因子基因敲除(IL-17A、CXCL16)以及炎症细胞重要基因缺失(CD8、CX3CR1)的小鼠,通过单侧输尿管结扎(Unilateral Urinary tract Obstruction,UUO)模型,研究这些特异炎症因子和炎症细胞如何调控UUO诱导的炎症反应以及如何对TGF-β 信号通路、胞外基质的调控来影响肾脏纤维化的机制。我们研究发现IL-17A敲除通过下调趋化因子RANTES的表达抑制肾脏中T细胞和巨噬细胞的浸润,进而减轻肾脏组织中细胞外基质合成和胶原沉积。在UUO模型中,我们发现CD8 T细胞通过影响中性粒细胞的浸润抑制肾梗阻导致的肾间质纤维化。而CX3CR1可以促进巨噬细胞的存活进而延长UUO诱导的炎症反应,最终加重肾间质纤维化。另外,利用体内体外实验,我们发现Akt2和AMPKα2基因参与TGF-β诱导肾小管上皮细胞向间质细胞转化(EMT),进而调控UUO导致的肾脏纤维化。总之,肾梗阻诱导的纤维化是一个动态和积聚的过程,包括炎症细胞的浸润、成纤维细胞的激活和EMT等诸多分子事件,而持续损伤导致的炎症反应建立和触发了肾脏纤维化的发生。

(四)血管损伤以及重塑的分子机制(973课题)

冠心病是全球死亡率最高的疾病之一,近年来在我国的发病率逐年升高,随着介入治疗的广泛开展和冠状动脉旁路移植手术的实施,有效地解决了多种复杂和危重类型冠心病,但之后病变部位血管再狭窄的发生成为困扰临床的又一问题。我们的研究以炎症反应为核心,以静脉-动脉移植及导丝拉伤造成血管损伤为基础,进行了系列的研究。主要进展:1. 阐明Cathepsins S在移植静脉新生内膜增厚过程中的作用和机制Cathepsins S 是一种被分泌到细胞外可以降解弹性蛋白和胶原的酶类,参与动脉粥样硬化等多种疾病过程。在移植静脉新生内膜增生的过程中弹性蛋白的降解发挥了重要作用,但是cathepsin S是否参与了移植静脉中弹性蛋白的降解及其机制还不清楚。我们发现静脉移植可以诱导cathepsin家族蛋白的表达,尤其以cathepsin S的表达最高,利用cathepsin S基因敲除小鼠观察到无论将野生型还是cathepsin S敲除的小鼠静脉移植入cathepsin S敲除鼠中,都可以明显抑制移植静脉新生内膜形成和巨噬细胞浸润,这主要是通过抑制了cathepsin S对弹性蛋白降解,从而阻止了巨噬细胞穿越弹力板浸润到血管壁中所造成的,揭示了cathepsin S在移植静脉血管重塑中的作用。2. 首次发现CARD9介导了坏死平滑肌的促炎性作用,促进了移植静脉新生内膜增厚在静脉移植中,由于移植的静脉血管暴露于动脉血循环中,主要受到机械张力的作用,诱导平滑肌细胞的早期凋亡和后期增殖,从而引起移植静脉的狭窄和闭塞。CARD9在巨噬细胞和树突状细胞中介导固有免疫。我们发现在移植静脉的巨噬细胞中存在CARD9的高表达,并且移植静脉中存在平滑肌细胞坏死,坏死的平滑肌细胞可以激活巨噬细胞中NF-κB通路,从而介导炎症因子的表达,CARD9敲除后可以抑制NF-κB的激活,抑制平滑肌细胞的迁移,抑制移植静脉新生内膜的形成。3. C3a受体敲除抑制了动脉损伤后新生内膜形成在导丝损伤的股动脉血管中,补体C3a受体(C3aR)的表达升高,主要定位于巨噬细胞细胞。敲除C3aR明显抑制了动脉损伤后新生内膜的形成。将C3a刺激的野生型巨噬细胞条件培养基刺激平滑肌细胞,明显促进了平滑肌细胞增殖和迁移,而C3aR敲除抑制了这一表型。在体C3aR敲除后明显降低了血浆中IL-6的水平,同样巨噬细胞中C3aR敲除也明显减少了C3a刺激的IL-6表达。而IL-6敲除小鼠与野生型相比减轻了新生内膜增厚,提示C3a通过IL-6促进了动脉损伤后新生内膜形成。

(五)心血管疾病病因学(心血管协同创新)

我国心血管疾病的危险因素持续增长,心血管疾病死亡仍占总死亡原因的首位。心血管重大疾病不仅是中、老年人致死、致残的主要原因,也是严重威胁少年儿童、青壮年健康,影响生产力发展的不利因素之一,已经给我国的社会和家庭造成沉重的经济负担。我们从基因遗传学的角度,研究严重危害人类健康的心血管系统疾病的发病机制及相关基因与心血管疾病预后的关系,试图在中国人群中探寻心血管疾病新的发病机制,实现我国在重大心血管疾病早期诊断、早期预警、早期预防、早期诊断、个性化、准确性治疗方面水平的全面提高。目前我们已经参照国际标准建立我国重大疾病临床数据和样本资源库和信息管理平台,实现从疾病样本及其相关临床信息资料采集、保存、到疾病样本及其相关信息资源管理。已应用高通量测序技术对遗传性心肌病(肥厚型心肌病、扩张型心肌病、心肌致密化不全)、遗传性心律失常(长QT间期综合症、预激综合征)、遗传性大血管疾病(马凡综合征、Loeys-Dietzs综合症、家族性胸主动脉瘤/主动脉夹层)、遗传性高血压、肺动脉高压及其他心血管遗传病等疾病进行了高通量基因测序研究。同时设计了针对心血管疾病的各类捕获芯片,可对多个基因同时进行测序,大大降低了检测成本。为我们进行遗传咨询提供了条件。

(六)心血管疾病特异生物标志物的筛选(心血管协同创新)

心血管疾病(CVD)是目前威胁大众健康的一个急待解决的问题,心肌梗死、卒中和心源性猝死给社会和家庭造成极大的伤害。如何早期识别发生CVD高危人群,采用何种方法判断未来发生CVD几率;对高危人群进行预防性干预并采用一种方便的监测方法了解治疗的效果,已成为人们努力的方向和目标。随着对CVD发病机制认识的不断深入,生物标志物在CVD早期诊断、危险分层、预后评估及治疗策略方面的应用价值已成为近年心血管病领域研究的热点之一。近年来,一些与死亡风险和心血管终点事件相关的血清标志物先后被提出,这些标志物是关于局部缺血、炎症、斑块不稳定或破裂、心肌功能障碍和应激标志物。已经被证明有一定的预后价值。但是,具有诊断作用和重要临床应用价值的血清标志物的还需进一步临床样本的检测和验证。本项目的主要研究内容是针对与心血管重塑相关的冠状动脉粥样硬化性心脏病、心梗后心脏重塑、慢性心衰和主动脉瘤的早期诊断、个性化治疗的关键临床问题,应用生物质谱、生物芯片技术,对具有潜在诊断作用和重要临床应用价值的血清标志物进行临床样本的检测和验证,并结合生物信息学、流行病学、统计学分析,筛选出新的生物标志物,为疾病防治的早期化和个体化提供科学指导。

 


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