Genes and Nutrition: Dietary Choline, the Gut Microbiota, and Atrial Fibrillation

基因与营养:膳食胆碱、肠道微生物群和心房颤动

基本信息

  • 批准号:
    10410651
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Summary: Atrial fibrillation (AF) is multifactorial and acquired factors, such as obesity, alcohol abuse, and heart failure, contribute to its pathogenesis. Moreover, despite the use of anticoagulants to prevent left atrial thrombosis, patients with AF are still at risk for ischemic stroke or the complications of anticoagulation. Our inability to manage AF with available tools emphasizes the critical need to search for novel treatment pathways that target its underlying mechanisms. Over the past several years the gut microbiome has been linked to atherosclerotic disease by gut microbiota catabolism of dietary choline to trimethylamine (TMA) which is further oxidized in the liver by flavin monooxygenase to trimethylamine N-oxide (TMAO). Elevated plasma TMAO levels independently predict major adverse cardiovascular events (MACE) and have been mechanistically linked to atherosclerotic disease by (i) increasing endothelial inflammation by priming and activating the NOD-, LRR- and pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome by the production of mitochondrial reactive oxygen species, (ii) increasing adiposity by regulating white adipose tissue, and (iii) enhancing thrombosis by activating platelets. The NLRP3 inflammasome has been linked to the pathogenesis of AF in animal models, obesity is a major risk factor for AF, and enhancement of thrombosis by TMAO may increase AF patients’ susceptibility to stroke. We have gathered preliminary data demonstrating that (i)TMAO independently associates with prevalent and incident AF, (ii)TMAO may prime the NLRP3 inflammasome in atrial-like induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (a-iCMs), (iii) TMAO blunts the atrial action potential in ex vivo mouse hearts in a gut microbiota dependent manner, and (iv) TMAO reduces the resting potential and shortens the duration and decreases the peak amplitude of the action potential in a-iCMS. These data suggest TMAO may be involved in the pathogenesis of AF by causing metabolic and electrophysiological dysfunction in cardiomyocytes, thereby promoting AF. In this project, we propose to investigate the mechanisms underlying the association of TMAO and the gut microbiome with AF. Aim 1 will investigate the role of the gut microbiome in AF susceptibility. We will first suppress the entire gut microbiota with broad spectrum antibiotics using AF susceptible mice on and off a choline diet and monitor for the progression of AF. We then will use a pathway specific inhibitor, fluoromethylcholine (FMC), to demonstrate that choline metabolism to TMAO is specifically promoting AF. In a final set of studies, we will confirm the role of the gut microbiota in AF by performing fecal transplants to determine if susceptibility to AF is a transmissible trait. The second aim will investigate mechanisms by which TMAO promote AF. The first subaim will explore the role of the NLRP3 inflammasome in the TMAO-promoted susceptibility to AF, fibrosis, and left atrial thrombosis. The second sub aim will explore the role of TMAO in causing electrophysiological dysfunction in ex vivo mouse atrial studies and in atrial engineered heart tissue. Together these studies may link together the diet, the gut microbiome, and AF.
概括: 心房颤动(AF)是多因素和获得的因素,例如肥胖,酗酒和心力衰竭, 有助于其发病机理。此外,是否使用抗凝剂来防止左心房血栓形成, AF患者仍有缺血性中风或抗凝并发症的风险。我们无法 使用可用工具管理AF,强调寻找针对目标的新型治疗途径的关键需求 它的基本机制。在过去的几年中,肠道微生物组与动脉粥样硬化有关 肠道胆碱对三甲胺(TMA)的肠道菌群疾病,这进一步氧化 黄素单加氧酶肝脏对三甲胺N氧化物(TMAO)。血浆TMAO水平升高 独立预测主要广告心血管事件(MACE),并已机械地链接 通过(i)通过启动和激活点头,LRR-来增加内皮感染的动脉粥样硬化疾病 通过线粒体活性氧的产生 物种,(ii)通过调节白色脂肪组织来增加肥胖,(iii)通过 激活血小板。 NLRP3炎性体与动物模型中AF的发病机理有关, 肥胖是AF的主要危险因素,TMAO对血栓形成的增强可能会增加AF患者 中风的敏感性。我们收集了初步数据,表明(i)独立 与流行和入射AF的伴侣,(ii)tmao可能在类似心房诱导的NLRP3炎症中启动 多能干细胞衍生的心肌细胞(A-ICMS),(iii)TMAO钝化了自然动作电位 小鼠心脏以肠道菌群的依赖性方式,(iv)tmao降低了静息电位和 缩短持续时间并降低A-ICMS中动作电位的峰值放大器。这些数据暗示 TMAO可能通过在 心肌细胞,从而促进AF。在这个项目中,我们建议研究基本机制 TMAO和肠道微生物组与AF的关联。 AIM 1将研究肠道微生物组的作用 在AF敏感性中。我们将首先使用AF使用广谱抗生素抑制整个肠道菌群 易感小鼠进行胆碱饮食和监测AF的进展。然后我们将使用一条路径 特异性抑制剂,氟甲基胆碱(FMC),以证明胆碱代谢对TMAO是专门的 促进AF。在最后一组研究中,我们将通过执行粪便来证实肠道菌群在AF中的作用 移植以确定对AF的敏感性是否是可传播的性状。第二个目标将调查 TMAO促进AF的机制。第一个Subaim将探索NLRP3炎症体的作用 TMAO促进的对AF,纤维化和剩余心房血栓形成的敏感性。第二个亚目标将探索 TMAO在引起电生理功能障碍在离体小鼠心房研究和心房中的作用 设计的心脏组织。这些研究可以将饮食,肠道微生物组和AF联系在一起。

项目成果

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