羅東雷 郭靖濤 丁彥 周江

生長分化因子-15及其基因多態(tài)性研究

羅東雷 郭靖濤 丁彥 周江

生長分化因子-15； 基因多態(tài)性； 心血管疾病

Growth differentiation factor-15； Gene polymorphism； Cardiovascular disease

生長分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）屬生長分化因子（GDFs）家族，是轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor β，TGF-β）超家族成員之一[1]。GDF-15水平在腫瘤、妊娠、神經(jīng)元損傷及骨骼肌發(fā)育異常等多種疾病狀態(tài)下增高[2-5]，并且還參與心血管疾病的演變過程，在心肌急性缺血、缺血再灌注損傷、心肌肥厚及心力衰竭等病理過程中水平增高，并可能發(fā)揮保護(hù)性作用。GDF-15的形成依賴于GDF-15基因的作用。GDF-15基因是在應(yīng)激條件下被誘導(dǎo)表達(dá)的可調(diào)控基因，執(zhí)行廣泛的保護(hù)功能。不同基因型人群GDF-15的表達(dá)水平及生物學(xué)活性不同，并且與疾病的發(fā)生、嚴(yán)重程度和預(yù)后相關(guān)。目前大部分研究課題都 關(guān) 注 于 +2438C/G：rs1058587，-3148C/G：rs4808793，+157A/T：rs1059369 這三個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）。GDF-15基因分型作為一種新的心血管疾病及腫瘤性疾病的評估手段前景廣闊。現(xiàn)將GDF-15及其基因多態(tài)性的研究作如下綜述。

1 GDF-15生物學(xué)特點(diǎn)及研究進(jìn)展

1.1 GDF-15的生物學(xué)特點(diǎn) GDF-15是TGF-β超家族成員之一，有典型的TGF-β超家族的結(jié)構(gòu)特征，最初以二硫鍵連接形成二聚體形式的前體蛋白，經(jīng)過fruin樣蛋白酶切后形成112氨基酸的成熟蛋白，并與一個(gè)二硫化合物，形成同源二聚體分泌出細(xì)胞，通過旁分泌和自分泌作用于細(xì)胞，執(zhí)行相應(yīng)的功能[6]。GDF-15在功能上和其他的TGF-β超家族成員有著明顯的區(qū)別。GDF-15在生理?xiàng)l件下僅在胎盤組織中有較高水平的表達(dá)，而在其他臟器中表達(dá)水平較低，在心肌組織表達(dá)量微乎其微[7]。在氧化應(yīng)激條件下，巨噬細(xì)胞大量表達(dá)GDF-15[8]，并主要由脂肪細(xì)胞表達(dá)并分泌[9]。GDF-15被表達(dá)和分泌后，反過來抑制脂肪細(xì)胞的分化[10]。GDF-15在活化后的巨噬細(xì)胞中高表達(dá)，使GDF-15成熟蛋白在具有相應(yīng)疾病狀態(tài)的機(jī)體中明顯增高，例如GDF-15在心臟、肺臟、腎臟、肝臟中大量表達(dá)，主要與手術(shù)、毒物、缺血、代謝性酸中毒等因素?fù)p傷該臟器有關(guān)[10,11]。以上結(jié)果表明，GDF-15是一種由應(yīng)激產(chǎn)生的蛋白并且具有細(xì)胞保護(hù)作用。

1.2 GDF-15在心血管疾病中的研究 在缺血/再灌注損傷的實(shí)驗(yàn)中，心肌GDF-15的高度表達(dá)可能部分與一氧化氮合酶催化產(chǎn)生的一氧化氮及過氧亞硝酸鹽有關(guān)[12]。還有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小鼠的冠狀動(dòng)脈結(jié)扎后高度表達(dá)GDF-15，相對于野生的小鼠，GDF-15缺失的小鼠在心臟冠狀動(dòng)脈結(jié)扎后導(dǎo)致的心肌梗死區(qū)及周圍有更多的心肌細(xì)胞凋亡。GDF-15的抗心肌肥厚以及抗凋亡作用通過局部心肌的蛋白重組作用實(shí)現(xiàn)，對心肌細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用[13,14]。

一項(xiàng)以急性心肌梗死患者作為研究對象的臨床研究驗(yàn)證了GDF-15用于急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者危險(xiǎn)分層的價(jià)值[15]。研究發(fā)現(xiàn)，GDF-15及氨基末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）都可獨(dú)立預(yù)測患者長期預(yù)后。GDF-15血漿水平對于患者的危險(xiǎn)分層可以指導(dǎo)高危患者的治療選擇。有研究對非ST段抬高型心肌梗死患者2年隨訪發(fā)現(xiàn)，GDF-15基礎(chǔ)水平＞1200 ng/L組可以從介入治療中獲益，而＜1200 ng/L組沒有明顯差別[16]，這表明GDF-15的分泌功能對患者預(yù)后有一定預(yù)測作用。

國內(nèi)一些相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死患者血清GDF-15水平明顯升高，但在穩(wěn)定型心絞痛組中卻升高不明顯。在冠心病的發(fā)展中，隨著病情的加重，血清GDF-15水平逐漸升高，提示患者冠心病急性心臟事件的發(fā)生與GDF-15水平和炎癥反應(yīng)的進(jìn)展密切相關(guān)[17]，表明GDF-15可能是急性心肌梗死的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[18,19]，對評估高?；颊呒爸朴喼委煵呗杂兄笇?dǎo)作用，而GDF-15的形成依賴于GDF-15基因的作用。

2 GDF-15基因的生物學(xué)特點(diǎn)

Strelau等[20]研究顯示，人GDF-15基因序列位于19p13.1-13.2，包含924個(gè)堿基對，由2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成，并被其內(nèi)含子分隔開來[21]。GDF-15的基因首先轉(zhuǎn)錄翻譯成308個(gè)氨基酸殘基的多肽，最終形成包含224個(gè)氨基酸殘基的GDF-15成熟蛋白[22]。GDF-15基因的啟動(dòng)子區(qū)域含有2個(gè)p53和Egrl的結(jié)合位點(diǎn)，這是跟心血管疾病有密切關(guān)系的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白[23,24]。GDF-15基因的5′端有轉(zhuǎn)錄因子AP-1的結(jié)合位點(diǎn)[25]。因此可以推測p53、Egrl和AP-1也許會(huì)是誘導(dǎo)GDF-15表達(dá)的因子，各種細(xì)胞損傷因子激活p53、Egrl或AP-1誘導(dǎo)細(xì)胞大量表達(dá)GDF-15。GDF-15基因非常有可能是一種在應(yīng)激條件下被誘導(dǎo)表達(dá)的可調(diào)控基因，可以在體內(nèi)發(fā)揮抗炎、促腫瘤細(xì)胞凋亡和抑制生長的作用，從而執(zhí)行廣泛的保護(hù)功能。

3 GDF-15基因多態(tài)性的檢測

GDF-15性質(zhì)穩(wěn)定且不受血漿中其他成分包括白蛋白、膽紅素或者血紅蛋白的影響[26]。目前對血液標(biāo)本中GDF-15濃度的測定主要采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA），因此濃度測定相對準(zhǔn)確。然而單純應(yīng)用GDF-15的血清水平作為評估工具有其局限性，GDF-15的血清水平存在個(gè)體差異性，并且不同疾病進(jìn)展的不同時(shí)期GDF-15水平不同，因此對GDF-15血清水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測的時(shí)間點(diǎn)不好掌握。而GDF-15基因型是該個(gè)體分泌GDF-15蛋白的特征性信息，短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化的可能性不大，從而補(bǔ)充了單純應(yīng)用GDF-15循環(huán)水平的不足。

4 GDF-15基因多態(tài)性的研究

有研究將小鼠冠狀動(dòng)脈進(jìn)行結(jié)扎，敲除GDF-15基因的小鼠較野生小鼠表現(xiàn)出更大的心梗面積，并且梗死后心肌的修復(fù)、愈合較差。這表明GDF-15可能參與了心肌缺血損傷自我保護(hù)作用[12]。用小鼠建立心衰模型，在相同的心室壓力負(fù)荷作用下，敲除GDF-15基因的小鼠較野生小鼠表現(xiàn)出更快、更嚴(yán)重的心室擴(kuò)大和心功能下降，而GDF-15基因表達(dá)的小鼠及外周注射GDF-15的小鼠對心室擴(kuò)大和心功能下降有一定的抵抗能力。這表明GDF-15有助于心肌對抗壓力負(fù)荷，但具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步揭示[13]。

人類GDF-15基因中有數(shù)十個(gè)SNP位點(diǎn)，其中3 個(gè) SNP，2438C/G：rs1058587，-3148C/G：rs4808793，+157A/T：rs1059369導(dǎo)致了GDF-15前體蛋白的氨基酸序列發(fā)生改變，現(xiàn)大部分研究都關(guān)注于這三個(gè)SNP。目前使用DNA測序的方法可準(zhǔn)確可靠地對上述三個(gè)SNP進(jìn)行檢測。

4.1 +2438C/G：rs1058587 +2438C/G：rs1058587有C和G兩種等位基因。由于rs1058587導(dǎo)致GDF-15成熟蛋白的第6位氨基酸由組氨酸（H）變?yōu)樘扉T冬氨酸（D），故將C和G兩種等位基因分別表示為H和D[27]。Fairlie等[28]發(fā)現(xiàn)，人群rs1058587基因頻率為CC54%，CG39%，GG7%，不同基因型之間GDF-15血漿濃度沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

在心血管疾病研究領(lǐng)域中，美國一項(xiàng)對27 628名美國健康女性的研究中，將257名后期出現(xiàn)心血管疾病的患者和257名危險(xiǎn)因素匹配的女性陰性對照組的GDF-15血漿水平和rs1058587多態(tài)性進(jìn)行了比較，提示GDF-15基線水平升高和心血管事件的發(fā)生有關(guān)，而rs1058587多態(tài)性和心血管事件沒有顯著相關(guān)性。

在腫瘤性疾病研究領(lǐng)域中，多項(xiàng)研究表明rs1058587多態(tài)性與結(jié)直腸癌及前列腺癌相關(guān)。在結(jié)直腸癌患者中，G基因攜帶者的無復(fù)發(fā)生存期較短，而總體生存期較長[16]。瑞典的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，G基因攜帶者不易患前列腺癌（OR=0.83，P=0.006）。在曾經(jīng)有前列腺癌家族史的人群中，G基因攜帶者患病風(fēng)險(xiǎn)比其他人群降低（OR=0.68，P=0.020），而且前列腺癌患者中攜帶G基因的有更低級(jí)別的癌癥分期[29]。澳大利亞的研究人員對此結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示，G基因攜帶者有較低的前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（OR=0.85，P=0.11），G基因攜帶者腫瘤疾病相關(guān)性死亡率較其他人群高（HR=1.72，P=0.03）[30]。在瑞典的另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，rs1058587多態(tài)性和前列腺癌的病死率無顯著相關(guān)性[31]。

4.2 -3148C/G：rs4808793 -3148C/G：rs4808793有C和G兩種等位基因。rs4808793、rs12459566、rs1059519、rs8101804和rs12459782這五個(gè) SNP有很強(qiáng)的連鎖關(guān)系（D，>0.9且r2>0.9）[32]，因此可以用其中任意一個(gè)來代表全部五個(gè)SNP的基因型。

在心血管疾病研究領(lǐng)域中，一項(xiàng)關(guān)于中國高血壓患者的研究表明，左室肥厚的患者中G基因攜帶者占比偏少（OR=0.75，P=0.0009），并且 G 基因攜帶者左心室舒張末期內(nèi)徑和收縮末期內(nèi)徑均偏低，并且獨(dú)立于性別、年齡、血壓、糖尿病、體表面積、吸煙及飲酒等因素，同時(shí)G基因攜帶者的GDF-15血漿水平明顯升高[32]。以上表明rs4808793多態(tài)性可能是通過增加GDF-15蛋白的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)抗心室肥厚的功能。另一項(xiàng)對192例診斷為冠心?。–AD）的患者和226名健康對照人群的研究發(fā)現(xiàn)，rs1059519多態(tài)性和CAD的發(fā)病及冠脈主要血管的受累數(shù)量沒有顯著關(guān)系[33]，但目前還沒有涉及rs4808793多態(tài)性和CAD預(yù)后及CAD患者GDF-15血漿水平的相關(guān)研究。

在腫瘤性疾病研究領(lǐng)域中，研究提示rs4808793多態(tài)性和前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)[30,34]，與前列腺癌的病死率也無顯著相關(guān)性[31]。

4.3 +157A/T：rs1059369 +157A/T：rs1059369 有A和T兩種等位基因，然而目前還沒有關(guān)于該SNP位點(diǎn)的陽性研究報(bào)道。一項(xiàng)對中國高血壓患者的研究結(jié)果提示，rs1059369多態(tài)性和心室肥厚之間沒有顯著相關(guān)性[13]。在腫瘤疾病方面，研究提示rs1059369多態(tài)性和前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)[15,34]，與前列腺癌的病死率亦無顯著相關(guān)性[31]。

5 GDF-15基因多態(tài)性在心血管疾病中的應(yīng)用前景

GDF-15血清水平與疾病的嚴(yán)重程度和預(yù)后有顯著相關(guān)性，GDF-15的基因型也可能影響了GDF-15分泌的潛能和蛋白活性，在疾病發(fā)病和發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。目前較多研究支持rs1058587多態(tài)性影響了GDF-15的生物活性。GDF-15基因多態(tài)性是否能夠作為心血管疾病的評估工具來預(yù)測疾病的發(fā)病、嚴(yán)重程度及預(yù)后，在發(fā)病前積極預(yù)防，發(fā)病后適當(dāng)關(guān)注，合理利用醫(yī)療資源等方面值得探索。

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河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點(diǎn)課題計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：20120483）

作者單位：067000 河北省承德市，承德市中心醫(yī)院承德醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科

郭靖濤，E-mail：guojingtao6410@sina.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2015．07．002

R54

A

1672-5301（2015）07-0581－04

2015-05-05）