生長(zhǎng)分化因子11在心血管疾病中的作用

蔡明琪，陳 焱，林開斌，黃 冬

1.上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院心內(nèi)科，上海200233；2.上海市武警總隊(duì)醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，上海200050

心血管疾病是全球性的重大健康問(wèn)題。據(jù)調(diào)查顯示，目前每年約有1 800 萬(wàn)人死于心血管疾病，高居全球死亡原因首位［1］。隨著我國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，心血管疾病所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)日益加重。研究者們不斷探索其機(jī)制，力求找到有效的防治手段，減緩心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展，并改善預(yù)后。

生長(zhǎng)分化因子11 （growth differentiation factor 11，GDF11）是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族的成員之一，廣泛分布于人體內(nèi)。從1999 年由Nakashima 等［2］發(fā)現(xiàn)至今，已有多項(xiàng)研究［3-6］表明GDF11 參與了胚胎期嗅神經(jīng)、骨骼、胰腺、腎臟等組織器官的發(fā)育調(diào)控。2013 年，Loffredo 等［7］通過(guò)建立不同年齡小鼠間異體共生模型，發(fā)現(xiàn)GDF11 在逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)性心肌肥大過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，這一結(jié)論為探究衰老及心血管疾病帶來(lái)新的切入點(diǎn)。隨后，GDF11 在心血管領(lǐng)域的研究逐漸增多；但GDF11 對(duì)于心血管疾病是否有改善和保護(hù)作用，至今尚無(wú)定論。相關(guān)研究仍在繼續(xù)進(jìn)行，并逐漸建立起GDF11 與動(dòng)脈粥樣硬化、缺血性心臟病、心力衰竭等常見心血管疾病之間的聯(lián)系。本文針對(duì)GDF11在心血管疾病中的作用的研究進(jìn)展做一綜述。

1 GDF11的生物學(xué)特征

1.1 GDF11的加工修飾

人類GDF11基因位于12q13.2，包含4 個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，其編碼的GDF11 與TGF-β 超家族的其他成員類似，加工成熟過(guò)程如下。①前體蛋白質(zhì)分子含有407個(gè)氨基酸，包括信號(hào)肽、N 端前肽和C 端成熟肽三部分。②信號(hào)肽引導(dǎo)分子至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)信號(hào)肽酶水解后，轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體。③分子經(jīng)furin 蛋白酶在RSRR 蛋白酶解位點(diǎn)進(jìn)行剪切，形成N端前肽、C端成熟肽，兩者以非共價(jià)鍵相連。④蛋白分泌至細(xì)胞外，經(jīng)BMP1/Tolloid 基質(zhì)金屬蛋白酶進(jìn)一步處理后，僅剩C 端成熟肽；其羧基端由7個(gè)高度保守的半胱氨酸組成，其中第73 位半胱氨酸殘基可形成分子間二硫鍵，連接2個(gè)單體構(gòu)成同源二聚體［8-9］，成為GDF11 的成熟形式。GDF11 在各物種間具有高度保守性，其中人、小鼠GDF11 的氨基酸序列相似度高達(dá)99.5%，研究中常用小鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。生長(zhǎng)因子相關(guān)蛋白WFIKKN1、 WFIKKN2 及卵泡抑制素（follistain，F(xiàn)ST）能夠抑制GDF11 的成熟［10］，可用于阻斷GDF11 的效應(yīng)。

1.2 GDF11的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

GDF11 在細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與TGF-β 超家族其他的蛋白質(zhì)作用途徑類似，最常見的是Smad 途徑。細(xì)胞膜表面存在Ⅰ型、Ⅱ型絲氨酸/蘇氨酸受體，GDF11 先與Ⅱ型受體（ActRⅡA、ActRⅡB）結(jié)合，激活其磷酸化酶活性，使Ⅱ型受體與二聚化的Ⅰ型受體（ALK4、ALK5、ALK7）交聯(lián)，并磷酸化Ⅰ型受體細(xì)胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域。隨后，Ⅰ型受體磷酸化Smad2、Smad3，磷酸化的Smad2/3募集Smad4，三者共同定位于細(xì)胞核，通過(guò)結(jié)合DNA 上的結(jié)合原件，或與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄［11］。

研究［12］表明，GDF11作為ActRⅡ的配體，通過(guò)蛋白酶體途徑參與心臟衰老和心力衰竭。同時(shí)，GDF11可通過(guò)經(jīng)典的Smad 途徑，抑制非經(jīng)典TGF-β 途徑中ERK、JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［13］；除Smad2/3 以外，還可激活Smad1/5/8［14］。不同類型Smad 在心血管疾病中介導(dǎo)著復(fù)雜的功能，與心臟發(fā)育、抗心肌肥大等重要病理生理過(guò)程相關(guān)［15］；成纖維細(xì)胞中Smad3 的特異性失活，可顯著降低壓力超負(fù)荷引起的心臟纖維化［16］。因此，GDF11 可能是通過(guò)激活不同類型Smad 信號(hào)分子，在心血管疾病中發(fā)揮復(fù)雜的調(diào)節(jié)作用。在非Smad 途徑中，MAP 信號(hào)通路（P38、ERK 和JNK）、Rho 樣GTPase 途徑和PIK3/AKT 通路均能參與GDF11的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而發(fā)揮作用［8］。

1.3 GDF11與GDF8的關(guān)系

GDF11 與生長(zhǎng)分化因子8 （growth differentiation factor 8，GDF8）（又稱肌肉生長(zhǎng)抑素）具有高度同源性，兩者同屬于TGF-β 家族的激活素亞群，結(jié)構(gòu)相似度高達(dá)90%，但功能不盡相同。GDF8通常被認(rèn)為是肌肉、骨骼生長(zhǎng)和分化的負(fù)調(diào)節(jié)劑，在基因工程模型中同樣對(duì)心臟有調(diào)節(jié)作用。成年小鼠心肌特異性缺失GDF8，可促進(jìn)AMP 激酶激活，參與心肌肥大和心力衰竭；并且，在冠狀動(dòng)脈缺血后短時(shí)間內(nèi)，可檢測(cè)到GDF8 迅速上升［17］。以往實(shí)驗(yàn)中，可能存在混淆GDF8 和GDF11 效應(yīng)的現(xiàn)象；因此，在研究中能否準(zhǔn)確辨別GDF8和GDF11，是得出可信結(jié)論的關(guān)鍵。相關(guān)研究［18］比較了兩者的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)GDF11 是SMAD2/3 更有效的激活劑，對(duì)Ⅰ型受體ALK4/5/7 效應(yīng)更強(qiáng)，這可能是兩者生物效應(yīng)存在部分差異的原因。

2 GDF11與心血管系統(tǒng)的關(guān)系

GDF11 通過(guò)多種途徑參與心血管系統(tǒng)的病理生理過(guò)程。其在心血管領(lǐng)域的研究，最初集中于表達(dá)水平隨年齡的變化趨勢(shì)、對(duì)心肌肥大的作用等。近年來(lái)，研究者們從發(fā)病機(jī)制入手，深入探討GDF11 與常見心血管疾病之間的聯(lián)系，如動(dòng)脈粥樣硬化、心肌缺血、心力衰竭等，相關(guān)研究方法不斷改進(jìn)；但GDF11 在心血管疾病中的作用機(jī)制和具體影響尚不明確，仍存在諸多爭(zhēng)議。

2.1 GDF11水平與增齡的關(guān)系

心血管疾病是中老年人最常見的疾病。調(diào)查［19］顯示，心血管疾病在60～79 歲的人群中發(fā)生率高達(dá)70%，而在＞80歲人群中上升至80%。這意味著衰老是促使心血管疾病發(fā)生的一大因素。Loffredo 等［7］利用小鼠異時(shí)異體共生模型，發(fā)現(xiàn)年輕小鼠的血液可以逆轉(zhuǎn)老年小鼠的心臟肥大，經(jīng)蛋白組學(xué)分析和篩選后，確定GDF11 是其中重要的循環(huán)因子。GDF11 水平隨年齡增長(zhǎng)而降低，提高其水平可改善年齡相關(guān)性心臟肥大，逆轉(zhuǎn)部分衰老表型。自此，GDF11 成為抗衰老的“明星分子”，為治療年齡相關(guān)心血管疾病打開了潛在突破口。

隨著研究不斷推進(jìn)，GDF11 水平隨年齡增長(zhǎng)而變化的趨勢(shì)在其他研究中得到了不同結(jié)論，其主要原因是針對(duì)GDF11 的檢測(cè)方法得到改進(jìn)。Egerman 等［20］在重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)之前研究中的試劑無(wú)法特異性區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的GDF8 與GDF11，于是改用蛋白質(zhì)印跡來(lái)確定GDF11的相對(duì)豐度；盡管GDF11單體水平隨年齡的增長(zhǎng)而降低，但活性二聚體（相對(duì)分子質(zhì)量為25 000）水平顯著升高，說(shuō)明GDF11含量隨年齡增長(zhǎng)而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。而Poggioli等［21］解釋該實(shí)驗(yàn)中增長(zhǎng)條帶可歸因于GDF11抗體與免疫球蛋白的交叉反應(yīng)，不能認(rèn)為是活性二聚體的增加。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)，Schafer 等［22］將免疫層析液相色譜-質(zhì)譜分析（immunoplexed liquid chromatography mass spectrometric assessment，LC-MS/MS） 用于精確定量GDF11 及GDF8，并顯示GDF11 的循環(huán)濃度在衰老過(guò)程中無(wú)明顯變化；之前報(bào)道的變化趨勢(shì)，可能是GDF8改變引起的。在一項(xiàng)開展于美國(guó)和歐洲的臨床隊(duì)列研究中，研究者證實(shí)，GDF11/8 總體水平隨人類年齡增長(zhǎng)而降低，并且在白種人中，基線GDF11/8 含量更低［23］。Zhou等［24］首次在魚類體內(nèi)增加GDF11含量，發(fā)現(xiàn)可延遲年齡相關(guān)生物標(biāo)志物的出現(xiàn)，延長(zhǎng)魚類壽命，提高其抗衰老能力。

目前，已有研究［25-27］表明，在骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等領(lǐng)域，GDF11 的增加可以逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)性骨骼肌功能下降，促進(jìn)海馬神經(jīng)元再生和脈管系統(tǒng)重建，改善胰島β 細(xì)胞功能，維持糖代謝平衡等。這意味著GDF11 與衰老密切相關(guān)。心臟和血管功能下降是衰老的重要特征之一，也是心血管疾病發(fā)生率升高的主要原因。研究GDF11 表達(dá)水平與增齡的關(guān)系，有望使其成為心血管疾病的預(yù)測(cè)因子，為逆轉(zhuǎn)衰老、治療年齡相關(guān)性心血管疾病提供方向。

2.2 GDF11與心肌肥大的關(guān)系

隨著年齡增長(zhǎng)，心臟舒張功能逐漸減退，心肌肥大成為年齡相關(guān)舒張性心力衰竭的突出病理特征［28］。在小鼠模型中，GDF11 被認(rèn)為可以逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)性心肌肥大，減小心肌細(xì)胞橫截面積，劑量依賴性降低心臟重量/脛骨長(zhǎng)度比值，改善心臟功能［7，21］。與此同時(shí)，有實(shí)驗(yàn)證明，給小鼠體內(nèi)注射0.1 mg/kg 的重組GDF11，一段時(shí)間后，其心臟重量/體重比值以及心肌細(xì)胞橫截面積與對(duì)照組無(wú)顯著差異；體外實(shí)驗(yàn)中，GDF11 對(duì)苯腎上腺素誘導(dǎo)的新生大鼠心室肌細(xì)胞無(wú)抗肥大作用［29］。據(jù)此，有研究者提出不存在年齡相關(guān)性病理性心肌肥大，心臟重量的增加可能是體質(zhì)量上升引起的同步增長(zhǎng)，反駁了GDF11 可逆轉(zhuǎn)心肌肥大的結(jié)論。另外，Zimmers 等［30］向小鼠注射選擇性高表達(dá)GDF11 的CHO 細(xì)胞，使體內(nèi)持續(xù)生成GDF11，結(jié)果顯示小鼠心臟重量和心肌細(xì)胞體積均減小，表現(xiàn)類似惡病質(zhì)；檢測(cè)其基因表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)泛素蛋白連接酶基因、凋亡和自噬相關(guān)的Bnip3基因表達(dá)上升，而增殖相關(guān)的Mki67基因表達(dá)下降。研究者提出，GDF11逆轉(zhuǎn)心肌肥厚，可能不代表其向正常心臟表型轉(zhuǎn)變，而是引起了心臟萎縮。面對(duì)分歧，Harper 等［31］意識(shí)到可能是實(shí)驗(yàn)中GDF11 的劑量不同引起的差異，并以0.5、1.0、5.0 mg/kg 的重組GDF11 分別處理心肌肥大的小鼠。結(jié)果表明，GDF11 可以劑量依賴性減輕病理性心肌肥大，改善壓力超負(fù)荷時(shí)的心臟泵功能；但高劑量（5.0 mg/kg）GDF11組小鼠出現(xiàn)嚴(yán)重的惡病質(zhì)和死亡，這與GDF8在肌肉中的作用類似。

GDF11 改善心肌肥大的具體機(jī)制，目前仍在探究中。有研究以血管緊張素Ⅱ?yàn)檎T導(dǎo)劑，采用3′-UTR 熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)GDF11 與CCL11 表達(dá)之間的關(guān)系，結(jié)果顯示GDF11 可能是通過(guò)下調(diào)CCL11，降低心肌細(xì)胞肥大標(biāo)志物心房利鈉肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、B 型腦鈉肽（B-type natriuretic peptide，BNP）、心肌球蛋白重鏈（β-myosinheavy chain，β-MHC）的表達(dá)，以減輕肥厚型心肌病的表型［32］。同時(shí)，Duran 等［33］發(fā)現(xiàn)，GDF11可誘導(dǎo)新生大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，濃度依賴性提高Smad2/3的磷酸化水平和熒光素酶活性，起到抗心肌肥大作用。據(jù)報(bào)道［34］，GDF11 還可維持肌漿網(wǎng)和線粒體之間的Ca2+轉(zhuǎn)移，促進(jìn)2 個(gè)細(xì)胞器間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以預(yù)防去甲腎上腺素的促心肌肥大作用。為了探究GDF11 對(duì)心臟的特殊作用，Garbern等［35］使用具有Gdf11的loxP側(cè)翼等位基因和Myh6驅(qū)動(dòng)的Cre 重組酶表達(dá)的年輕小鼠，引起Gdf11基因的靶向缺失，結(jié)果導(dǎo)致小鼠左心室擴(kuò)張，而無(wú)肥大表現(xiàn)，提示了擴(kuò)張型心肌病的可能病因，擴(kuò)大了GDF11 在心肌病中的研究范圍，其具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.3 GDF11與缺血性心臟病的關(guān)系

缺血性心臟病是臨床上最常見的心血管疾病，主要由冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起；血管阻塞嚴(yán)重時(shí)，可引發(fā)心肌梗死、心肌缺血再灌注（ischemia-reperfusion，I-R）損傷等，晚期可引起心力衰竭，造成不可逆的心臟功能減退。近年來(lái)，研究者們開始探究GDF11 對(duì)缺血性心臟病是否具有保護(hù)作用，試圖尋找預(yù)防和治療的新靶點(diǎn)。在兩大洲2 個(gè)獨(dú)立隊(duì)列的臨床研究中，Olson 等［23］納入了1 899 例穩(wěn)定型冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病受試者，發(fā)現(xiàn)循環(huán)GDF11/8 水平較高的人群，發(fā)生心力衰竭、心肌梗死和全因死亡的風(fēng)險(xiǎn)顯著降低，說(shuō)明GDF11/8 可能在減少心血管不良事件、缺血性心臟病中起到積極作用。

缺血性心臟病的主要病因是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化，其發(fā)病機(jī)制主要有脂源性學(xué)說(shuō)、炎癥免疫學(xué)說(shuō)等。內(nèi)皮細(xì)胞的損傷是起始階段，脂質(zhì)積累和炎癥反應(yīng)是重要環(huán)節(jié)，不穩(wěn)定的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂和血栓形成是急性心血管事件的主要病理原因。Mei 等［36］發(fā)現(xiàn)，通過(guò)尾靜脈注射腺病毒，以介導(dǎo)Gdf11基因的轉(zhuǎn)染（AAV-GDF11），能夠改善載脂蛋白E 缺失（apoE-/-）小鼠的內(nèi)皮功能障礙，降低白介素-6、腫瘤壞死因子-α 等炎癥因子水平，并顯著減少斑塊中炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，減小動(dòng)脈粥樣硬化斑塊面積，穩(wěn)定斑塊；此過(guò)程中可能涉及多種分子機(jī)制，包括TGF-β 經(jīng)典的Smad2/3 途徑和非經(jīng)典途徑激活、AMPK/eNOS通路的激活和炎癥途徑的抑制。據(jù)報(bào)道，端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶的過(guò)表達(dá)，可以激活Smad2/3、eNOS 信號(hào)通路，從而觸發(fā)GDF11 介導(dǎo)的內(nèi)皮祖細(xì)胞（VEGFR2＋/CD133＋細(xì)胞）的增生和活化，改善血管功能，促進(jìn)新生血管形成［37］。由此表明，GDF11 可參與氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，改善內(nèi)皮細(xì)胞功能，促進(jìn)血管增生，從而對(duì)缺血性心臟病發(fā)揮有益作用。

缺血性心臟病可伴有I-R 損傷，其主要表現(xiàn)為，在心肌缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血液供應(yīng)后，組織損傷加重，引起心肌細(xì)胞凋亡和壞死，臨床上可出現(xiàn)心肌頓抑、心功能不全、惡性心律失常等。鈣超載、氧自由基爆發(fā)、線粒體功能障礙可能是其主要發(fā)生機(jī)制。Du 等［38］發(fā)現(xiàn)，對(duì)小鼠心臟進(jìn)行Gdf11基因的非侵入性靶向遞送，可使衰老心臟恢復(fù)活力，減小心肌梗死面積；同時(shí)保護(hù)其免受I-R 損傷。同樣，用GDF11 對(duì)STZ 誘導(dǎo)的1 型糖尿病大鼠進(jìn)行預(yù)處理，可減輕心肌I-R 損傷，顯著改善心臟功能，并減少缺血后心肌梗死的面積，該過(guò)程可能與抗氧化應(yīng)激和自噬水平上調(diào)有關(guān)［39］。Su 等［13］進(jìn)一步研究其機(jī)制，發(fā)現(xiàn)用重組GDF11進(jìn)行預(yù)處理，可通過(guò)增強(qiáng)血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）的表達(dá)，抑制再灌注后炎癥反應(yīng)通路，降低凋亡和自噬通路中的分子表達(dá)，從而減小心肌梗死面積，對(duì)急性心肌I-R損傷具有保護(hù)作用。

綜上所述，GDF11 可減少并穩(wěn)定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖活化，誘導(dǎo)血管再生等，保護(hù)心臟缺血部位，改善預(yù)后。對(duì)于I-R 損傷，GDF11可通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)，對(duì)抗氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，以緩解組織損傷。GDF11 在缺血性心臟病中所涉及的通路以及具體作用機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

3 GDF11研究進(jìn)展與分歧

目前，GDF11 在心血管領(lǐng)域的研究不斷進(jìn)行，但仍存在諸多分歧，主要集中于以下幾點(diǎn)。

第一，GDF11 表達(dá)水平和蛋白豐度隨年齡增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)尚不明確。其原因可能是各個(gè)實(shí)驗(yàn)所采用的檢測(cè)方法、試劑來(lái)源等不同，導(dǎo)致GDF11 檢測(cè)的敏感度和精確度不一致。由于GDF11 在體內(nèi)含量不高，與GDF8 結(jié)構(gòu)類似，精確檢測(cè)存在一定難度?，F(xiàn)有蛋白質(zhì)印跡［20］、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)［21］、LC-MS/MS［22］等檢測(cè)方法，未來(lái)研究可在此基礎(chǔ)上，借助更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，明確GDF11 與增齡的相關(guān)性，深入研究GDF11 在衰老相關(guān)疾病中的作用。

第二，GDF11 是否能逆轉(zhuǎn)心肌肥大，尚不明確。目前GDF11 與心肌肥大的研究較為成熟，外源性增加不同劑量的GDF11，引起不同的實(shí)驗(yàn)效應(yīng)。適量的GDF11 可逆轉(zhuǎn)心肌肥大表型、改善心臟功能［7，21，31］，可能與Smad2/3 磷酸化［33］或CCL11 表達(dá)下降相關(guān)［32］；但過(guò)量GDF11又引起與GDF8類似的效應(yīng)，引發(fā)凋亡和自噬相關(guān)基因表達(dá)上升，造成心臟萎縮，表現(xiàn)為惡病質(zhì)，甚至死亡［30-31］。GDF11 產(chǎn)生劑量依賴性效應(yīng)的機(jī)制尚不明確，其引發(fā)的全身反應(yīng)和遠(yuǎn)期效應(yīng)未能得以觀察。

第三，GDF11 在心血管疾病炎癥過(guò)程中的作用不明確。有研究表明，GDF11 可以降低血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，穩(wěn)定冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊［36］；心肌I-R 損傷中，用重組GDF11進(jìn)行預(yù)處理，可通過(guò)增強(qiáng)HO-1的表達(dá)，抑制再灌注后炎癥反應(yīng)通路，減輕氧化應(yīng)激［13］；然而在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心力衰竭模型中，GDF11 可作為促炎癥因子，通過(guò)上調(diào)Nox4加重氧化應(yīng)激損傷［40］。由此可知，GDF11 參與炎癥反應(yīng)過(guò)程，對(duì)心血管疾病發(fā)生、發(fā)展的影響具有雙面性。

在研究GDF11 與心血管疾病關(guān)系的進(jìn)程中，不同的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)得以應(yīng)用。通過(guò)基因工程建立的特異表達(dá)GDF11 的CHO 細(xì)胞［30］和AAV-GDF11［36］，可實(shí)現(xiàn)小鼠體內(nèi)GDF11 的持續(xù)性表達(dá)；使用Cre 重組酶引起小鼠體內(nèi)Gdf11基因的靶向缺失，以探究GDF11 的生理作用［35］；其他還包括利用超聲靶向微泡破壞技術(shù)和陽(yáng)離子微泡非侵入性向心臟靶向遞送Gdf11基因［38］，以及使用LC-MS/MS 技術(shù)測(cè)定GDF11 的體內(nèi)濃度［22］等。在研究過(guò)程中不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，完善研究方法，更有利于解決關(guān)于GDF11作用機(jī)制的分歧，開展深層次研究。

4 總結(jié)與展望

更多的研究者認(rèn)為，GDF11 對(duì)心血管系統(tǒng)有積極的保護(hù)作用。隨著實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的不斷改進(jìn)，未來(lái)研究有望明確其逆轉(zhuǎn)心肌肥大和改善心臟功能的機(jī)制，指導(dǎo)缺血性心臟病的預(yù)防、緩解和預(yù)后。GDF11 還可與其他心血管疾病建立聯(lián)系，如擴(kuò)張性心肌病、心力衰竭、肺動(dòng)脈高壓等。除此以外，目前該分子的研究還涉及神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉、腫瘤免疫等其他方面，研究者試圖驗(yàn)證GDF11 是否能改善神經(jīng)退行性疾?。?1］，促進(jìn)骨骼肌的再生［30］，探究其在腫瘤疾病中的生物學(xué)特性及其影響等［42］。尤其是GDF11 與衰老進(jìn)程中諸多疾病存在聯(lián)系，提示該分子在衰老領(lǐng)域具有研究?jī)r(jià)值。通過(guò)對(duì)GDF11 的研究，明確其生理意義和作用機(jī)制，有望為衰老和心血管領(lǐng)域的研究提供新的切入點(diǎn)，為疾病治療提供新的靶點(diǎn)。

參·考·文·獻(xiàn)

[1] Roth GA, Johnson C, Abajobir A, et al. Global, regional, and national burden of cardiovascular diseases for 10 causes,1990 to 2015[J]. J Am Coll Cardiol,2017,70(1):1-25.

[2] Nakashima M, Toyono T, Akamine A, et al. Expression of growth/differentiation factor 11, a new member of the BMP/TGFβ superfamily during mouse embryogenesis[J]. Mech Dev,1999,80(2):185-189.

[3] Oxburgh L. TGF superfamily signals are required for morphogenesis of the kidney mesenchyme progenitor population[J]. Development, 2004, 131(18):4593-4605.

[4] Dichmann DS, Yassin H, Serup P. Analysis of pancreatic endocrine development in GDF11-deficient mice[J]. Dev Dyn, 2006, 235(11): 3016-3025.

[5] Gokoffski KK, Wu HH, Beites CL, et al. Activin and GDF11 collaborate in feedback control of neuroepithelial stem cell proliferation and fate[J]. Dev Camb Engl,2011,138(19):4131-4142.

[6] Li Z, Zeng F, Mitchell AD, et al. Transgenic overexpression of bone morphogenetic protein 11 propeptide in skeleton enhances bone formation[J]. Biochem Biophys Res Commun,2011,416(3):289-292.

[7] Loffredo FS, Steinhauser ML, Jay SM, et al. Growth differentiation factor 11 is a circulating factor that reverses age-related cardiac hypertrophy[J].Cell,2013,153(4):828-839.

[8] Zhang YH, Wei Y, Liu D, et al. Role of growth differentiation factor 11 in development, physiology and disease[J]. Oncotarget, 2017, 8(46): 81604-81616.

[9] Egerman MA, Glass DJ. The role of GDF11 in aging and skeletal muscle,cardiac and bone homeostasis[J]. Crit Rev Biochem Mol Biol, 2019, 54(2):174-183.

[10] Kondás K,Szláma G,Trexler M,et al. Both WFIKKN1and WFIKKN2have high affinity for growth and differentiation factors 8 and 11[J]. J Biol Chem,2008,283(35):23677-23684.

[11] Jamaiyar A, Wan W, Janota DM, et al. The versatility and paradox of GDF 11[J]. Pharmacol Ther,2017,175:28-34.

[12] Roh JD, Hobson R, Chaudhari V, et al. Activin type II receptor signaling in cardiac aging and heart failure[J]. Sci Transl Med, 2019, 11(482):eaau8680.

[13] Su HH, Liao JM, Wang YH, et al. Exogenous GDF11 attenuates noncanonical TGF- β signaling to protect the heart from acute myocardial ischemia-reperfusion injury[J]. Basic Res Cardiol,2019,114(3):20.

[14] Zhang YH,Cheng F,Du XT,et al. GDF11/BMP11 activates both smad1/5/8 and smad2/3 signals but shows no significant effect on proliferation and migration of human umbilical vein endothelial cells[J]. Oncotarget,2016,7(11):12063-12074.

[15] Euler-Taimor G, Heger J. The complex pattern of SMAD signaling in the cardiovascular system[J]. Cardiovasc Res,2006,69(1):15-25.

[16] Khalil H, Kanisicak O, Prasad V, et al. Fibroblast-specific TGF-β-Smad2/3 signaling underlies cardiac fibrosis[J]. J Clin Investig, 2017, 127(10): 3770-3783.

[17] Hanna A, Frangogiannis NG. The role of the TGF- β superfamily in myocardial infarction[J]. Front Cardiovasc Med,2019,6:140.

[18] Walker RG, Czepnik M, Goebel EJ, et al. Structural basis for potency differences between GDF8and GDF11[J]. BMC Biol,2017,15(1):1-22.

[19] Tarver T. Heart disease and stroke statistics-2014 update:a report from the American heart association[J]. J Consumer Heal Internet,2014,18(2):209.

[20] Egerman MA, Cadena SM, Gilbert JA, et al. GDF11 increases with age and inhibits skeletal muscle regeneration[J]. Cell Metab,2015,22(1):164-174.

[21] Poggioli T, Vujic A, Yang P, et al. Circulating growth differentiation factor 11/8 levels decline with age[J]. Circ Res,2016,118(1):29-37.

[22] Schafer MJ,Atkinson EJ, Vanderboom PM, et al. Quantification of GDF11 and myostatin in human aging and cardiovascular disease[J]. Cell Metab,2016,23(6):1207-1215.

[23] Olson KA, Beatty AL, Heidecker B, et al. Association of growth differentiation factor 11/8, putative anti-ageing factor, with cardiovascular outcomes and overall mortality in humans: analysis of the Heart and Soul and HUNT3 cohorts[J]. Eur Heart J,2015,36(48):3426-3434.

[24] Zhou Y,Ni SS,Song LL,et al. Late-onset administration of GDF11 extends life span and delays development of age-related markers in the annual fishNothobranchius guentheri[J]. Biogerontology,2019,20(2):225-239.

[25] Sinha M,Jang YC,Oh J,et al. Restoring systemic GDF11 levels reverses agerelated dysfunction in mouse skeletal muscle[J]. Science, 2014, 344(6184):649-652.

[26] Ozek C, Krolewski RC, Buchanan SM, et al. Growth differentiation factor 11 treatment leads to neuronal and vascular improvements in the hippocampus of aged mice[J]. Sci Rep,2018,8(1):17293.

[27] Li H, Li YX, Xiang LW, et al. GDF11 attenuates development of type 2 diabetesviaimprovement of islet β-cell function and survival[J]. Diabetes,2017,66(7):1914-1927.

[28] Aurigemma GP. Diastolic heart failure: a common and lethal condition by any name[J]. N Engl J Med,2006,355(3):308-310.

[29] Smith SC, Zhang XX, Zhang XY, et al. GDF11 does not rescue agingrelated pathological hypertrophy[J]. Circ Res,2015,117(11):926-932.

[30] Zimmers TA, Jiang YL, Wang MJ, et al. Erratum to: exogenous GDF11 induces cardiac and skeletal muscle dysfunction and wasting[J]. Basic Res Cardiol,2017,112(5):53.

[31] Harper SC, Johnson J, Borghetti G, et al. GDF11 decreases pressure overload-induced hypertrophy, but can cause severe cachexia and premature death[J]. Circ Res,2018,123(11):1220-1231.

[32] Zhang CJ, Wang Y, Ge ZR, et al. GDF11 attenuated ANG II-induced hypertrophic cardiomyopathy and expression of ANP, BNP and β-MHC through down- regulating CCL11 in mice[J]. Curr Mol Med, 2018, 18(10):661-671.

[33] Duran J, Troncoso M, Lagos D, et al. GDF11 modulates Ca2+-dependent Smad2/3 signaling to prevent cardiomyocyte hypertrophy[J]. Int J Mol Sci,2018,19(5):1508.

[34] Garrido-Moreno V,Díaz-Vegas A,López-Crisosto C,et al. GDF-11 prevents cardiomyocyte hypertrophy by maintaining the sarcoplasmic reticulummitochondria communication[J]. Pharmacol Res,2019,146:104273.

[35] Garbern J, Kristl AC, Bassaneze V, et al. Analysis of Cre-mediated genetic deletion ofGdf11in cardiomyocytes of young mice[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol,2019,317(1):H201-H212.

[36] Mei W, Xiang GD, Li YX, et al. GDF11 protects against endothelial injury and reduces atherosclerotic lesion formation in apolipoprotein E-null mice[J]. Mol Ther,2016,24(11):1926-1938.

[37] Zhao L,Zhang SH,Cui J,et al. TERT assists GDF11 to rejuvenate senescent VEGFR2+/CD133+cells in elderly patients with myocardial infarction[J]. Lab Investig J Tech Methods Pathol,2019,99(11):1661-1688.

[38] Du GQ,Shao ZB,Wu J,et al. Targeted myocardial delivery of GDF11 gene rejuvenates the aged mouse heart and enhances myocardial regeneration after ischemia-reperfusion injury[J]. Basic Res Cardiol,2016,112(1):1-14.

[39] Zhou B, Yu YL, Qiu Z, et al. GDF11 ameliorated myocardial ischemia reperfusion injury by antioxidant stress and up-regulating autophagy in STZinduced type 1 diabetic rats[J]. Acta Cir Bras, 2019, 34(11). DOI:10.1590/s0102-865020190110000006.

[40] Zhang XJ,Tan H, Shi ZF, et al. Growth differentiation factor 11 is involved in isoproterenol-induced heart failure[J]. Mol Med Rep, 2019, 19(5): 4109-4118.

[41] Rochette L, Malka G. Neuroprotective potential of GDF11: myth or reality?[J]. Int J Mol Sci,2019,20(14):3563.

[42] Simoni-Nieves A, Gerardo-Ramírez M, Pedraza-Vázquez G, et al. GDF11 implications in cancer biology and metabolism. facts and controversies[J].Front Oncol,2019,9:1039.