生長分化因子-15在心血管系統(tǒng)疾病中的作用研究

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生長分化因子-15(GDF-15)是轉(zhuǎn)化生長因子β家族一種特殊的分子類型，首次從單核細胞系U937的cDNA文庫中分離表達獲得[1]，之后研究發(fā)現(xiàn)病理狀態(tài)下其廣泛存在各類細胞，導(dǎo)致專業(yè)命名的多樣性，又稱前列腺衍生長因子(PDF)、胎盤轉(zhuǎn)化生長因子β(PTGFβ)、胎盤骨形態(tài)發(fā)生蛋白(PLAB)、非甾體抗炎藥激活基因-1(NAG-1)、巨噬細胞抑制因子-1(MIC-1)。人類GDF-15基因定位于19號染色體p12-13.1區(qū)域，由2 746個堿基對組成，包含2個外顯子和1個內(nèi)含子，翻譯成40 kD大小的前肽轉(zhuǎn)運至胞外，進一步裂解為25 kD大小的二硫鍵連接活性蛋白二聚體[2]，潛在儲存于細胞外基質(zhì)中，前肽的分泌與細胞外基質(zhì)有關(guān)[3]。GDF-15以未成熟的前肽和成熟的活性蛋白兩種形式存在于細胞外，未成熟的GDF-15前肽能迅速分泌，成熟的GDF-15活性蛋白經(jīng)細胞內(nèi)加工后分泌至細胞外，分泌速度較慢，這一效應(yīng)是由位于肽C端的47個氨基酸調(diào)節(jié)，可能在反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(TGN)或postTGN水平通過交替分泌途徑起作用[4]。目前研究GDF-15兩種形式的功能差別尚不明確。

1 GDF-15的心臟保護功能

1.1 動脈粥樣硬化(AS) AS是一種脂質(zhì)代謝與炎癥性血管疾病，現(xiàn)代細胞和分子生物技術(shù)顯示動脈粥樣硬化病變具有巨噬細胞游移、平滑肌細胞增生、大量膠原纖維、彈力纖維和蛋白多糖等結(jié)締組織基質(zhì)形成及細胞內(nèi)外脂質(zhì)積聚的特點。血管內(nèi)皮細胞的慢性炎癥反應(yīng)是一個重要特征。人體粥樣硬化動脈中，GDF-15的免疫反應(yīng)性完全局限于巨噬細胞內(nèi)，并與氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)、超氧化物歧化酶(SOD)、細胞凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)、凋亡蛋白(caspase-3)、多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)、抑癌基因p53、c-Jun/AP-1信號通路免疫反應(yīng)性共存[5]，表明GDF-15可能有助于調(diào)節(jié)激活巨噬細胞的凋亡和炎癥反應(yīng)過程。通過敲除GDF-15炎性細胞研究發(fā)現(xiàn)GDF-15缺乏有助于減弱化學趨化因子受體(CCR-2)趨化性進而抑制巨噬細胞遷移和誘導(dǎo)膠原沉積，提高動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性，且影響轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能[6]。因此，認為在動脈粥樣硬化中，GDF-15通過抑制TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和增強CCR-2依賴的巨噬細胞遷移和聚集兩種途徑發(fā)揮心臟保護作用，延緩動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程。

1.2 脂質(zhì)代謝 脂質(zhì)代謝紊亂導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能紊亂是動脈粥樣硬化斑塊形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GDF-15通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/一氧化氮合酶(eNOS)信號通路抑制內(nèi)皮細胞凋亡，維持內(nèi)皮細胞正常功能，從而抑制動脈粥樣硬化發(fā)生[7]。高脂喂養(yǎng)載脂蛋白E基因敲除的動脈粥樣硬化模型小鼠，發(fā)現(xiàn)GDF-15可縮小動脈粥樣硬化斑塊面積[8]。GDF-15可能通過抑制巨噬細胞活性、改善脂質(zhì)代謝異常，緩解動脈炎癥反應(yīng)及脂質(zhì)聚集，改善內(nèi)皮細胞功能，延緩動脈粥樣硬化進程，減少動脈粥樣硬化性疾病發(fā)生。

1.3 心肌保護作用 絕大多數(shù)急性心肌梗死(AMI)病人冠狀動脈可在粥樣斑塊基礎(chǔ)上血栓形成，從而導(dǎo)致管腔堵塞。冠狀動脈閉塞后20 min～30 min，受其供血心肌即有少數(shù)壞死，開始AMI病理過程。此過程分為3個階段：第一階段為炎癥期，第二階段為增生期，第三階段為成熟期。炎癥期絕大部分缺血心肌發(fā)生凝固性壞死，心肌間質(zhì)充血、水腫，伴有大量炎癥細胞浸潤，之后壞死的心肌纖維逐漸溶解，形成肌溶灶，隨后漸有肉芽組織形成，之后成纖維細胞表型改變分泌膠原蛋白，開始修復(fù)過程。為探討GDF-15在AMI中的功能意義，通過短暫冠狀動脈結(jié)扎GDF-15基因敲除小鼠與野生型小鼠，發(fā)現(xiàn)GDF-15基因敲除小鼠在梗死邊緣區(qū)有較大的梗死面積和較多的心肌細胞凋亡，表明內(nèi)源性GDF-15可減少缺血性組織損傷范圍及直接抗心肌細胞凋亡。GDF-15的抗凋亡作用通過細胞培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)PI3K-Akt、ERK1/2和Smad2/3信號通路參與[9]；GDF-15具有直接抗心肌細胞凋亡外，還能抗血管緊張素Ⅱ、TGF-β1及NO-donor SNAP等因素誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡[10]。有研究發(fā)現(xiàn)在AMI炎癥期，炎癥細胞聚集是心肌梗死后引起心臟破裂的關(guān)鍵因素，GDF-15誘導(dǎo)心臟心肌梗死區(qū)域局部，作為抗炎細胞因子，通過抑制骨髓細胞聚集到梗死區(qū)域，從而減少致命性心臟破裂風險。在此過程中，GDF-15活化Cdc42和抑制GTPaseRap1活性，導(dǎo)致β2整合素聚集及構(gòu)象激活發(fā)揮功能[11]。GDF-15亦可通過減弱去甲腎上腺素活性避免心臟肥厚發(fā)生，進而減少心室重構(gòu)[12]。上述研究證實GDF-15作為心肌保護因子在體內(nèi)的生理作用。

2 GDF-15是心血管疾病不良預(yù)后的標志物

2.1 GDF-15在急性冠脈綜合征(ACS)中的作用 GDF-15對ACS的診斷及治療具有較好的預(yù)測價值。ACS指急性心肌缺血引起的一系列臨床癥狀，是導(dǎo)致死亡的一個重要原因。經(jīng)典心血管危險因素(如高血壓、吸煙、高脂血癥和糖尿病)在預(yù)防心血管疾病的評估和治療發(fā)揮重要作用。檢測新型生物標志物，如C-反應(yīng)蛋白(CRP)、B型腦鈉肽(BNP)和GDF-15可提供額外信息，有助于評估心血管風險[13-16]。臨床研究觀察GDF-15是ACS病人的預(yù)后不良指標，高水平GDF-15與穩(wěn)定性冠心病病人主要心血管事件密切相關(guān)，并提出GDF-15與其他風險因素不同，可作為一個獨立的風險預(yù)測因子[17-18]。入院GDF-15檢測可作為ST段抬高心肌梗死(STEMI)病人經(jīng)皮冠狀動脈介入治療再灌注死亡率的預(yù)測指標，與心肌存活呈負相關(guān)，也是心肌梗死復(fù)發(fā)的預(yù)測指標；灌注損傷時，高水平GDF-15與較大面積梗死、微血管灌注和左心室功能受損密切相關(guān)，且在非ST段抬高心肌梗死病人，研究發(fā)現(xiàn)GDF-15是惡性事件的獨立預(yù)測指標[9，19-20]。在非ST段抬高心肌梗死發(fā)生1個月及6個月臨床穩(wěn)定后GDF-15與死亡率、死亡率和心肌梗死復(fù)發(fā)的復(fù)合終點密切相關(guān)。心肌細胞的體外實驗表明，GDF-15在心肌損傷和適應(yīng)過程可能發(fā)揮作用[21]。高水平GDF-15可作為ACS病人年死亡率的獨立預(yù)測因素，GDF-15可預(yù)測STEMI病人1年死亡率，同時增加心肌生物標志物包括BNP、肌鈣蛋白T(cTnT)、心肌梗死溶栓分數(shù)的診斷價值[22-23]。通過對30 d內(nèi)基線檢測觀察發(fā)現(xiàn)死亡率與GDF-15密切相關(guān)，為AMI后不良事件提供預(yù)測證據(jù)[19，22]。

2.2 GDF-15在慢性心力衰竭中的作用 慢性心力衰竭是一個主要的公共健康問題，相關(guān)發(fā)病率逐年增加，其住院率和死亡率隨之增加[24-25]。準確的風險預(yù)測在疾病發(fā)展過程中具有重要作用，預(yù)后不良病人可能受益于積極治療和隨訪[25]。GDF-15在慢性心力衰竭病人的預(yù)測價值受到重視。利鈉肽可用于診斷和判斷心力衰竭病人風險分級常用的生物標志物[25-26]。越來越多研究表明GDF-15作為新型生物標志物具有良好的應(yīng)用前景。GDF-15水平與死亡風險及第一個并發(fā)癥獨立相關(guān)，校正N-末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)、超敏C反應(yīng)蛋白(hs-CRP)和超敏肌鈣蛋白(hs-TnT)等傳統(tǒng)經(jīng)典生物指標，GDF-15是心力衰竭病人死亡率的獨立預(yù)測因素[27]。BNP在射血分數(shù)異常的心力衰竭升高，正常射血分數(shù)的心力衰竭病人GDF-15血清水平升高，其不良預(yù)后和收縮性心力衰竭病人相似；GDF-15水平與多種影像檢查及心功能檢查結(jié)果一致，與舒張功能障礙的多重超聲心動圖指標相關(guān)，與6 min步行實驗不良結(jié)果及較低的SF-36物理評分獨立相關(guān)；GDF-15檢測正常射血分數(shù)的心力衰竭時與NT-proBNP同樣有效，且和NT-proBNP組合標志物較單獨NT-proBNP檢測預(yù)測病人死亡率效果明顯[28-29]。研究結(jié)果顯示，年輕病人GDF-15血濃度與其他風險因子密切相關(guān)，并能作為心力衰竭風險的替代生物標志物，與無癥狀病人不良預(yù)后密切相關(guān)[30]。

2.3 GDF-15在循環(huán)系統(tǒng)其他疾病中的作用 GDF-15對循環(huán)系統(tǒng)其他疾病的診斷及預(yù)后有價值。如Takotsubo心肌病、肥厚梗阻性心肌病病人，高水平GDF-15與不良預(yù)后密切相關(guān)[31-32]。同時與冠狀動脈旁路移植術(shù)后心房纖顫的發(fā)生密切相關(guān)[33]。

3 小 結(jié)

目前研究結(jié)果顯示，GDF-15在心血管系統(tǒng)疾病中的作用是多重的。實驗?zāi)Ｐ虶DF-15作為心臟保護的細胞因子，具有調(diào)脂質(zhì)代謝、穩(wěn)定內(nèi)皮細胞、抑制炎癥等作用；高水平GDF-15與心血管疾病病人的不良預(yù)后密切相關(guān)，預(yù)示更高的死亡率及較差的生存質(zhì)量。說明GDF-15是心臟損傷應(yīng)激反應(yīng)的結(jié)果，與NT-proBNP均是疾病的一種適應(yīng)性反應(yīng)，揭示疾病潛在的嚴重程度。不排除另一種可能：GDF-15在不同的細胞環(huán)境調(diào)控相反的作用機制?；趯嶒炇已芯靠芍狦DF-15可誘導(dǎo)naive CD14+單核細胞來源的巨噬細胞向M2極化，并分泌表達TGF-β1，促進心室重構(gòu)發(fā)生，導(dǎo)致一系列不良的臨床預(yù)后[34]。提示GDF-15在心血管疾病早期具有保護心臟作用，在疾病后期可促進心臟疾病惡化的發(fā)生發(fā)展。

目前心血管系統(tǒng)疾病如冠心病、慢性缺血性心臟病、ACS、心力衰竭等病理狀態(tài)下，血清GDF-15高水平如何影響疾病進程的機制尚不明確。因此，今后研究可明確GDF-15受體、闡明GDF-15的分子機制及心血管疾病中的作用過程，有助于評估GDF-15在臨床中的價值，以期通過干預(yù)GDF-15達到預(yù)防和治療心血管疾病的目的。

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