学术荟萃陈小平急性心肌梗死侧支循环形
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主任医师、硕士生导师，山西医科大学兼职教授，医院心内科主任...
一、概述在当今社会，具有明显的高发病率以及高死亡率的疾病之一当属冠心病，该病已成为严重威胁人类健康和生命的疾病之一，冠心病是指冠状动脉血管发生动脉粥样硬化病变而引起血管腔狭窄和阻塞，造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病。世界卫生组织将冠心病分为5大类：无症状心肌缺血、心绞痛、心肌梗死、缺血性心力衰竭和猝死。其中，急性心肌梗死患者多发生在冠状动脉粥样硬化狭窄基础上，由于某些诱因致使冠状动脉粥样斑块破裂，血中的血小板在破裂的斑块表面聚集，形成血栓，突然阻塞冠状动脉管腔，导致心肌缺血坏死。冠心病的少见发病机制是冠状动脉痉挛（血管可以没有粥样硬化），产生变异性心绞痛，如果痉挛超过30分钟，也会导致急性心肌梗死（甚至猝死）。其中因急性心肌梗死、心力衰竭导致的死亡已占心血管病死亡率的60%以上。急性心肌梗死是冠心病的一种急性事件，是急性冠状动脉综合征的危重类型。临床表现有持续性胸骨后剧烈疼痛，并常常伴有濒死感、发热，辅助检查白细胞计数和血清心肌坏死标记物增高及心电图有进行性改变。
但急性心肌梗死（AMI）时冠脉血流闭塞，尤其是发病3-12小时内的心梗患者，其侧支血管形成对梗死面积的大小起很重要的调节作用,完善的侧支循环可以维持AMI相关区域心肌的活性,，保护心肌功能，有助于改善患者的临床预后。人体的血管除经动脉-毛细血管-静脉相通外，在动脉与动脉之间，静脉与静脉之间，甚至动脉与静脉之间，可借吻合管形成血管吻合。在正常情况下，吻合适应机能的需要，有调节血流的作用。在病理情况下，如某一动脉干发生阻塞（如血栓、结扎等），通过吻合可将血流绕过阻塞部位，送至远侧的分布区域。此时吻合管逐渐变粗，血流量逐渐增大，可以代偿主干的功能，使原分布区域得到足够的血液供应而不致发生坏死。这种通过吻合重新建立的循环称为侧枝循环。在我们的临床工作中发现，急性心肌梗死时侧枝循环的及时开放，在很大程度上对心肌具有一定的保护作用，同时在一些研究中发现，GDF-15与冠心病侧枝循环的形成存在着一定的相关性，因而，对于GDF-15是如何发挥该作用，则成为许多研究者们所 生长分化因子-15(growthdifferentiationfactor-15,GDF-15)属于应激反应蛋白。研究表明,缺血、缺氧、压力负荷过重、损伤或肿瘤等情况下,GDF-15在P53、AP-1等转录因子的作用下表达增加,发挥调节组织或器官生长、分化和修复等功能。GDF-15的主要生物学功能包括抗炎、抗细胞凋亡和抑制细胞生长。已有研究证实,GDF-15通过抑制白介素-1、肿瘤坏死因子-A、白介素-2等引起巨噬细胞活化;Baek等通过建立裸鼠模型以过表达人GDF-15的研究发现,GDF-15能抑制化学药物诱发肿瘤形成,且GDF-15过表达能减少基因突变诱发的肿瘤发生;GDF-15通过激活Smad通路抑制心肌肥厚。GDF-15在体内发挥抗炎症、促进肿瘤细胞凋亡和抑制生长的作用，执行的一系列保护功能。
GDF-15的作用机制目前研究不多。GDF-15可通过与细胞膜表面受体结合而发挥生物学效应。GDF-15受体包括?型和ò型丝氨酸/苏氨酸激酶受体两种,其胞内区都包含丝氨酸-苏氨酸蛋白酶,可通过对转录因子Smad的磷酸化而启动胞内信号传导。Smad依赖信号通路激活的Smad分子包括Smad2、3和Smad1、5、8。?型受体将Smad2和Smad3磷酸化,后两者再与Smad4结合。最终Smad复合体进入细胞核,通过细胞特异性的方式作用于多种转录因子而调节许多基因的转录。同时,GDF-15受体亦可以通过非Smad依赖信号通路转导信号。非Smad依赖信号通路激活的分子包括MAPK、TAK-1和PI3K/Akt,它们分别与不同的GDFs家族成员结合发挥其生物学效应。
研究发现，GDF-15与多种疾病（包括肿瘤、糖尿病肾病、血液系统、循环系统等）均存在着一定的相关性。有报道显示：肿瘤的出现可能是GDF-15在其中起到了关键性的作用。GDF-15在疾病的不同阶段、不同的细胞类型以及肿瘤微环境中发挥抑制和促进癌症进程的双重作用。由此引发了Brown等人对GDF-15与动脉粥样硬化以及冠心病形成与发展的相关性进行研究，并开展了一项前瞻性的病例对照研究。该研究检测了名健康妇女中该因子的基础水平并进行随访,5年中有人发生了与动脉粥样硬化相关疾病或死于该疾病,而这些患者的GDF-15基础水平较一般资料一致的健康对照组高(ng/L对ng/L,P=0.)。因而Brown等人得出GDF-15可能与动脉粥样硬化相关的结论。此后,GDF-15在心血管领域研究逐渐增多。急性冠脉综合征(ACS)是一组由急性心肌缺血引起的临床综合征,包括ST段抬高的心肌梗死(STEMI)、非ST段抬高的心肌梗死(NSTEMI)以及不稳定型心绞痛(UAP)。目前认为炎症和氧化应激是ACS发生的机制之一,ACS发生时体内众多因子的水平明显变化。Wollert等在小鼠心肌缺血模型中发现,正常的心肌组织中检测不到GDF-15的表达,而在梗死区或梗死周边区的心肌细胞中检测到GDF-15mRNA和前体蛋白水平迅速且显著升高，说明GDF-15与急性心肌梗死呈正相关。缺血、缺氧、负荷过重、心肌局灶性坏死、纤维化等因素均可造成心肌重构,表现为心肌细胞肥大,排列紊乱,结缔组织增生,临床上出现心脏扩大,心肌肥厚,心律失常,继而发生心力衰竭。GDF-15在心肌重构、心肌肥厚发展过程中具有保护性作用。GDF-15不但抑制心肌肥厚以及由心肌肥厚向心力衰竭转变的过程,而且还可以逆转或改善已经发生心力衰竭的心脏功能。
三、GDF-15与急性心肌梗死侧枝循环形成的相关性研究在我们前期的临床研究中发现，GDF-15浓度与冠脉侧枝形成呈正相关。但对于其是如何发挥该作用的尚未知晓。本研究则是经缺氧发生装置模拟体内心肌缺血时的组织缺氧环境，由公司构建GDF-15siRNA慢病毒和过表达GDF-15慢病毒，在细胞水平上来观察GDF-15对HUVECs的影响，进而探讨GDF-15促进侧枝循环形成的作用机制。在实验过程中发现：与缺氧6h相比，当缺氧2h时，各组均未出现较明显的实验结果；缺氧12h时，约90%的细胞发生坏死；因此选择缺氧6h的时间点进行观察与研究。
通过Tunel法观察显示，缺氧6h的干预下，与空白对照组及其相关对照组比较，过表达GDF-15组可明显抑制内皮细胞的凋亡；而GDF-15siRNA转染组HUVECs则出现大量凋亡。
细胞迁移实验可见，缺氧至6h时过表达GDF-15组较空白对照组则发生明显迁移，而GDF-15siRNA转染组中70%HUVECs发生凋亡，未见迁移发生。
内皮细胞成管实验时，直接观察缺氧6h时各组在MatrigelMatrix的成管情况，过表达GDF-15组较空白对照组细胞形成管腔样结构达90%以上，GDF-15siRNA转染组未形成管腔样结构。进一步证明，GDF-15具有明显抑制血管内皮细胞的凋亡。
Westernblot实验表明：常氧情况下，过表达GDF-15组较GDF-15siRNA转染组中增殖相关蛋白TGFβ1、Smad2及GDF-15表达量均增多；凋亡相关蛋白Bcl-2表达量增多，而P53则减少。与常氧情况相比，在缺氧6h内，各蛋白变化更显著，过表达GDF-15组较GDF-15siRNA转染组表现为TGFβ1、Smad2及GDF-15表达量明显增多，可以说明TGFβ1通过活化Smad2而激发了GDF-15蛋白的表达，通过该信号通路促进内皮细胞的增殖；同样凋亡相关蛋白Bcl-2表达量增多，P53则减少，说明在GDF-15的作用下可稳定线粒体膜的Bcl-2蛋白水平，而使细胞受抑制的P53蛋白水平下调，进而从分子水平解释了GDF-15促进细胞增殖和抑制了缺氧导致的HUVECs细胞凋亡现象。可能为改善缺血心肌的局部血液循环，促进侧枝循环建立等起到关键作用。
四、展望无症状心肌缺血和心肌梗死是临床的常见表现。临床对心血管疾病的诊断治疗基本上是疾病已经发生后的补救性措施，如介入治疗或冠脉搭桥等，而对疾病的预警、预防及预后的判断则需进一步研究。本次研究结果表明GDF-15具有明显促进内皮细胞增殖，并形成管腔，抑制缺氧状态下细胞凋亡的作用，有望进一步的阐明了GDF-15可以促进急性心肌梗死侧枝循环的形成。为缺血性心肌病及急性心肌梗死的治疗提供新路径。
作者：尚小森 陈小平
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