岳海楠 董曉宇 佡劍非

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·綜 述·

生長(zhǎng)分化因子-15與急性腦梗死關(guān)系的研究進(jìn)展

岳海楠 董曉宇 佡劍非

急性腦梗死是威脅人類健康，具有較高病死率和致殘率的重要疾病之一，急性腦梗死的診斷和治療是目前心腦血管疾病研究的重要內(nèi)容?？焖贉?zhǔn)確的診斷和及時(shí)治療對(duì)減輕腦組織損傷、改善預(yù)后、降低急性腦梗死相關(guān)病死率和致殘率有重要意義。在急性腦梗死診斷及預(yù)后的評(píng)估中患者血液生化標(biāo)志物檢測(cè)方便、快速，在臨床工作中應(yīng)用廣泛。

GDF-15在1997年被Bootcov等學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)[1]，最初命名為巨噬細(xì)胞抑制因子-1( macrophage inhibitory cytokine-1，MIC-1 )，1999年Bottner等將其重新命名為 GDF-15[2]。近年有研究文獻(xiàn)表明，GDF-15在心肌缺血或缺血再灌注損傷時(shí)表達(dá)顯著增高，也有研究發(fā)現(xiàn)GDF-15水平增高與急性冠脈綜合征、心力衰竭等心血管疾病相關(guān)，通過(guò)減少心肌細(xì)胞壞死的數(shù)量，抑制缺血心肌細(xì)胞的凋亡，發(fā)揮心肌保護(hù)性作用[3-6]。國(guó)內(nèi)外有研究報(bào)道GDF-15在急性腦梗死后顯著升高，并且與腦梗死嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，并且是急性腦梗死患者預(yù)后不良的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素[7-10]。本研究就GDF-15的生物學(xué)特點(diǎn)及其在急性缺血性腦卒中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 GDF-15的結(jié)構(gòu)和表達(dá)

GDF-15基因染色體位點(diǎn)是19p12-13.1，共有2746個(gè)堿基對(duì)，包含2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子，具有典型的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子a超家族(transforming growth factor-β ，TGF-β)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[11]。其前體蛋白是相對(duì)分子質(zhì)量為40 kD的多肽，經(jīng)蛋白水解酶剪切后成為相對(duì)分子質(zhì)量為28000kD的成熟蛋白，然后通過(guò)二硫鍵連接成具有生物活性的同源二聚體[2]。

在正常人體內(nèi)GDF-15在前列腺和胎盤中高表達(dá), 在多數(shù)其他組織中表達(dá)微弱。在病理和應(yīng)激如手術(shù)、缺血、缺氧以及腫瘤病灶部位以及動(dòng)脈粥樣硬化等情況下經(jīng)P53、AP1等轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)，GDF-15表達(dá)水平明顯上調(diào)[12-16]。關(guān)于GDF-15在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)水平存在兩種觀點(diǎn)，有研究顯示在成熟大鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)程度很低，其中表達(dá)水平最高的部位是脈絡(luò)叢，分泌至腦脊液中。不過(guò)Strelau 等報(bào)道GDF-15在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)里高表達(dá)，主要表達(dá)部位在脈絡(luò)叢，并分泌至腦脊液中，與前述觀點(diǎn)一致[17]。

關(guān)于血清 GDF-15水平,Wiklund等研究了429名健康個(gè)體的血清GDF-15水平，成為目前公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，即正常范圍<1200 ng/L，輕度升高1200～1800 ng/L，顯著升高>1800 ng/L[18]。

2 GDF-15在心血管疾病中的信號(hào)傳導(dǎo)通路和生物學(xué)作用

在急性冠脈綜合征、心力衰竭等心血管疾病的炎癥反應(yīng)發(fā)生、細(xì)胞凋亡過(guò)程以及動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展中GDF-15都發(fā)揮重要作用。目前研究認(rèn)為GDF-15細(xì)胞胞內(nèi)傳導(dǎo)通路包括Smad(small mother against decapentaplegic)依賴通路和非Smad依賴的信號(hào)通路[19]。關(guān)于GDF-15的細(xì)胞起源、上游調(diào)節(jié)因子、代謝途徑以及功能效應(yīng)的研究尚未十分明確，其信號(hào)傳導(dǎo)通路研究也不透徹?？紤]到GDF-15是TGF-β超家族的成員, 所以GDF-15在受體結(jié)合、信號(hào)分子傳導(dǎo)以及結(jié)合受體后的生物學(xué)效應(yīng)方面和TGF-β的作用機(jī)制存在相似之處[20]。

TGF-β超家族包含30種配體，所有的配體通過(guò)跨膜的絲氨酸 /蘇氨酸激酶(AKT)信號(hào)通路起作用，成熟的GDF-15通過(guò)旁分泌或自分泌, 作用于細(xì)胞表面的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子受體。與配體結(jié)合的TGF受體分為Ⅰ型和Ⅱ型，通過(guò)磷酸化激活Smad1、2、3、5、8蛋白，被I型受體直接磷酸化,與Smad4蛋白形成具有活性的異源二聚體，引起信號(hào)傳遞，執(zhí)行調(diào)控轉(zhuǎn)錄功能，其中GDF-15可能主要誘導(dǎo)Smad2 、3蛋白的磷酸化[ 21]。非Smad依賴信號(hào)通路激活的分子包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β激酶(transforming growth factor-β kinase，TAKs)、3-羥基磷酸肌醇激酶( phosphoinositide 3-kinase，PI3K)和AKT它們分別與不同的TGF-β家族成員結(jié)合發(fā)揮抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制心肌肥大和心肌重塑的生物學(xué)效應(yīng)[22-23]。

在小鼠心肌缺血模型中發(fā)現(xiàn)GDF-15的高水平表達(dá)可以持續(xù)到心肌損傷后1周[13]。ST 段抬高型心肌梗死(STEM I)患者的血清 GDF-15水平在3 d內(nèi)無(wú)明顯差別, 可持續(xù)至心肌梗死后5 d[14]。說(shuō)明GDF-15與心肌損傷相關(guān)，可以作為心肌缺血相關(guān)疾病診斷的臨床生化標(biāo)志物。另外，有研究顯示GDF-15可以激活P53通路，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖、黏附，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用[12]

3 GDF-15與急性腦梗死的關(guān)系

3.1 GDF-15與急性腦梗死動(dòng)物模型

GDF-15在急性心肌缺血的研究比較清晰，鑒于GDF-15在腦血管病的研究較少，GDF-15為多種心血管疾病臨床和生化標(biāo)志物對(duì)腦血管疾病也具有一定指導(dǎo)意義。

Schindowski在急性腦梗死小鼠模型研究顯示，誘導(dǎo)小鼠大腦中動(dòng)脈閉塞后GDF-15水平顯著上調(diào)。阻塞小鼠大腦中動(dòng)脈后3 h和24 h，大腦中動(dòng)脈中的GDF-15 mRNA水平明顯升高，免疫組織化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)病變部位附近的神經(jīng)元結(jié)合有大量的GDF-15，在沒有發(fā)生病變的組織基本檢測(cè)不到GDF-15的存在。該研究認(rèn)為GDF-15在腦梗死發(fā)生后迅速升高，與腦梗死的發(fā)展、組織損傷嚴(yán)重程度密切相關(guān)，即腦組織損傷越重，GDF-15水平越高[20，24]。

Rossaint等研究白細(xì)胞GDF-15水平在血小板整合素的活化和血栓形成中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)通過(guò)GDF-15基因敲除(GDF-15-/-)小鼠模型實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)，在人工誘導(dǎo)血栓形成過(guò)程中GDF-15基因敲除的小鼠血栓進(jìn)程加快，生存率下降，GDF-15降低血小板的凝集，并且血小板P選擇素的表達(dá)和致密顆粒的分泌不受GDF-15的影響，GDF-15可以作為評(píng)估血小板整合素活化的獨(dú)立指標(biāo)[7]。

GDF-15在急性腦梗死中的的作用機(jī)制研究很少，具體作用機(jī)制、生物學(xué)效應(yīng)尚不明確，具體扮演保護(hù)因素還是損傷因素也不確切。雖然Rossaint等研究認(rèn)為白細(xì)胞中GDF-15可以抑制血小板整合素的活化和血栓形成，不過(guò)GDF-15作為一種應(yīng)激反應(yīng)細(xì)胞因子，在急性腦梗死發(fā)生后血漿GDF-15水平就相應(yīng)升高，可能在缺血、缺氧、炎癥反應(yīng)等急性腦梗死發(fā)生發(fā)展的復(fù)雜機(jī)理中發(fā)揮影響。

3.2 GDF-15與急性腦梗死的臨床研究

目前關(guān)于GDF-15與急性腦梗死的臨床研究顯示，GDF-15水平在急性腦梗死發(fā)生后顯著升高，隨著時(shí)間推移逐漸緩慢降低，并且與腦梗死嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，即其水平越高，急性腦梗死患者90 d預(yù)后越差[8-10]。Hans Worthmann等在一項(xiàng)關(guān)于急性腦梗死的臨床研究中GDF-15在起病6 h升高，24 h穩(wěn)定，7 d后下降8%，隨著時(shí)間推移逐漸降低，也提示GDF-15與腦組織損傷程度相關(guān)，所以GDF-15可以作為急性腦梗死的血清學(xué)診斷指標(biāo)。Worthmann等對(duì)入組的63例急性腦梗死患者進(jìn)行了隨訪研究，分別于癥狀出現(xiàn)后7和90 d對(duì)患者進(jìn)行mRS評(píng)分，發(fā)現(xiàn)7和90 d神經(jīng)功能預(yù)后較差患者GDF-15水平高于神經(jīng)功能預(yù)后較好的患者[25]。在264例急性腦梗死患者的預(yù)后研究中Groscher發(fā)現(xiàn)，GDF-15可以作為急性腦梗死患者90 d預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)，mRS評(píng)分≥2分的急性缺血性腦卒中患者血清GDF-15水平高于mRS≤1分的(1372 ng/L，1056 ng/L)，并且GDF-15與NIHSS評(píng)分呈正相關(guān)[8]。

國(guó)內(nèi)盧昌均等通過(guò)對(duì)急性性腦梗死患者和健康體檢者血清GDF-15水平的研究發(fā)現(xiàn)，急性缺血性腦卒中患者血清GDF-15水平高于健康體檢者，應(yīng)用mRS量表評(píng)分對(duì)所有入組者進(jìn)行3個(gè)月的隨訪觀察，mRS評(píng)分≥2分的急性腦梗死患者血清GDF-15水平(2411 ng/L)明顯高于mRS評(píng)分<2分的患者(1128 ng/L)，表明急性腦梗死患者血清GDF-15水平高提示患者90 d預(yù)后差[10]。何改平等研究急性腦梗死患者、健康體檢者的血清GDF-15水平與腦梗死嚴(yán)重程度的關(guān)系，參照《腦卒中患者臨床神經(jīng)功能缺損程度評(píng)分分型標(biāo)準(zhǔn)(1995年)》，據(jù)神經(jīng)功能評(píng)分結(jié)果將患者分為輕型、中型、重型3組，結(jié)果顯示重型和中型急性腦梗死患者GDF-15的水平均明顯高于健康體檢者和輕型急性腦梗死患者GDF-15的水平[25]。

3.3 GDF-15與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化是急性腦梗死的重要危險(xiǎn)因素，GDF-15與動(dòng)脈硬化的關(guān)系也有相關(guān)研究。血管壁的內(nèi)皮損傷、炎性反應(yīng)與脂質(zhì)浸潤(rùn)是目前公認(rèn)的動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過(guò)程中的使動(dòng)因素，目前研究認(rèn)為細(xì)胞因子在調(diào)節(jié)動(dòng)脈硬化斑塊的微環(huán)境中起重要作用[24，26-27]。其中內(nèi)皮細(xì)胞活化后能夠釋放多種細(xì)胞因子，通過(guò)黏附分子使單核細(xì)胞黏附數(shù)量增多，遷移至內(nèi)膜下成為巨噬細(xì)胞，攝取脂質(zhì)蛋白，變成泡沫細(xì)胞后參與粥樣斑塊的形成[28]。另外，血管平滑肌細(xì)胞在生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的作用下發(fā)生表型改變，在內(nèi)膜大量分裂增殖，同時(shí)伴有巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞浸潤(rùn)，結(jié)締組織增生，導(dǎo)致血管重構(gòu)。血管的局部炎癥可使血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,在炎性細(xì)胞因子刺激下斑塊內(nèi)膠原酶增多,降解細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原纖維,導(dǎo)致斑塊破裂、出血，從而進(jìn)一步導(dǎo)致繼發(fā)性的血栓形成[29]。

在這些細(xì)胞因子中TGF-β超家族成員與血管炎癥反應(yīng)密切。Kempf等發(fā)現(xiàn)GDF-15缺乏時(shí)CCR2 (C-C chemokine receptor type 2)介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞趨化作用減弱，動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程被抑制，膠原蛋白沉積加強(qiáng)，以維持斑塊穩(wěn)定性。以上作用通過(guò)激活PI3K、AKT通路實(shí)現(xiàn)[30]。Bonaterra等發(fā)現(xiàn)GDF-15通過(guò)調(diào)節(jié)白介素6依賴的炎癥反應(yīng)引起血管損傷，加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[31]。

在誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化小鼠模型中敲除基因 PI3Kγ或用抑制劑抑制 PI3Kγ活性能縮小動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的面積和有利于斑塊穩(wěn)定。GDF-15可以通過(guò)PI3K信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)白細(xì)胞的遷移和功能的影響動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[32]。Bonaterra等研究顯示，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂時(shí)GDF-15水平顯著升高，這些都提示GDF-15促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，并且是急性腦梗死的危險(xiǎn)因素[31]。

4 小結(jié)和展望

急性腦梗死是威脅人類健康、影響人類生活質(zhì)量的最大殺手之一，其較高的致殘、致死率給社會(huì)和家庭帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)估算，我國(guó)每年新發(fā)腦血管病患者約為200萬(wàn)人，70%屬于缺血性腦卒中。目前累計(jì)存活的患者大約在600～700萬(wàn)人，存活者中病殘率約為76%[33]。GDF-15是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族的成員，可以作為一種反映心血管生理和病理過(guò)程的獨(dú)立性生化標(biāo)志物，與急性冠脈綜合癥、心力衰竭的相關(guān)性已比較明確。有研究表明GDF-15水平在急性腦梗死患者中明顯升高，并提示預(yù)后不良，有望作為一種急性腦梗死診斷和預(yù)后評(píng)估的有效生物標(biāo)志物，并對(duì)治療提供指導(dǎo)。

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(2016-08-06收稿)

110016 沈陽(yáng)，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科[岳海楠 董曉宇 佡劍非(通信作者)]

R743.3

A

1007-0478(2017)03-0258-04

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.03.026