生長分化因子—15與心腦血管疾病相關(guān)性研究的最新進(jìn)展

張婷　黃華佗　王榮　覃海媚　韋葉生

心腦血管疾病是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害中老年人健康的一類臨床常見疾病，因治療效果不理想且缺乏有效的早期診斷和預(yù)警方法，已成為致死率和致殘率最高的一類疾病。目前，其發(fā)病機(jī)制雖然尚未得到充分闡釋，但炎癥因素被認(rèn)為在其發(fā)病過程中起著關(guān)鍵的作用，大量與其發(fā)病相關(guān)的炎癥因子被陸續(xù)報(bào)道。生長分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）為轉(zhuǎn)化生長因子-B超家族的成員之一，于1997年被Bootcov等從單個(gè)核細(xì)胞系U937 cDNA文庫中分離出來，并被命名為巨噬細(xì)胞抑制因子。后來，Bottner等將其重新命名為GDF-15。GDF-15具有豐富的生物學(xué)功能，在調(diào)控胚胎發(fā)育、細(xì)胞遷移、分化、增殖以及黏附等方面均發(fā)揮著重要作用。GDF-15被認(rèn)為是在心腦血管疾病診斷、預(yù)后、危險(xiǎn)分層以及心腦血管疾病藥物研發(fā)領(lǐng)域極具希望的因子。近幾年來，GDF-15在心腦血管的相關(guān)研究更新得比較快，已取得了較大進(jìn)展。筆者就近年來GDF-15在心腦血管領(lǐng)域的研究做一系統(tǒng)綜述，為GDF-15的進(jìn)一步研究和臨床藥物開發(fā)提供便捷參考。

1.GDF-15的生物學(xué)特性

GDF-15，又稱為巨噬細(xì)胞抑制因子-1（macrophage inhibitory cytokine，MIC-1）或胎盤轉(zhuǎn)化生長因子-B（placental transforming growth factor beta，PTGF-B）或非甾體抗炎藥活化基因-1（non-steroidal anti-in-flammatory drug-activated gene.NAG-），為轉(zhuǎn)化生長因子-B（transforming growth factor-p，TGF-p）超家族的成員之一。與其他家族成員相似，GDF-15蛋白鏈的C端是由7個(gè)半胱氨酸組成的結(jié)構(gòu)域，然而，其序列與其他家族成員比較只具有15%-29%的同源性。編碼GDF-15蛋白的基因位于19號(hào)染色體短臂上（19p13.2-p13.1），包含1個(gè)內(nèi)含子和2個(gè)外顯子。第一外顯子長度為309個(gè)堿基，并包含一個(gè)長為71個(gè)堿基的5非翻譯區(qū)：而第二外顯子長度為647個(gè)堿基，包含一個(gè)長為244個(gè)堿基的3非翻譯區(qū)。成熟的GDF-15蛋白由含有308個(gè)氨基酸殘基的多肽前體經(jīng)過蛋白酶的剪切、聚合和折疊，形成分子量約為62000的二聚體，最后經(jīng)過Fruin樣蛋白水解酶的作用，生成包含224個(gè)氨基酸，大小為25-kDa的同源二聚體蛋白質(zhì)，以自分泌和旁分泌的形式作用于自身以及周圍的組織和細(xì)胞，發(fā)揮廣泛的生物學(xué)功能。

在生理?xiàng)l件下，GDF-15的表達(dá)呈現(xiàn)出明顯的組織特異性，Northern雜交分析顯示，除胎盤組織外，GDF-15僅少量表達(dá)于腎臟、胰腺、結(jié)腸和前列腺等組織及器官而幾乎不表達(dá)于除外的其他組織和器官。然而，在手術(shù)、組織損傷、缺氧以及各種炎癥因子作用等病理?xiàng)l件下，受刺激部位的巨噬細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞GDF-15的表達(dá)可被顯著上調(diào)。例如，在冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)后GDF-15水平顯著升高，與術(shù)后心肌損傷有關(guān)；在被結(jié)扎股動(dòng)脈造成缺氧的條件下，鼠成骨細(xì)胞的GDF-15表達(dá)水平顯著增加，升高的GDF-15可促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化，與缺氧條件下骨吸收密切相關(guān)。此外，急性心肌梗死時(shí)，GDF-15水平顯著增加，與急性心肌梗死患者復(fù)發(fā)和致殘相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-1B、腫瘤壞死因子-a、血管緊張素Ⅱ、巨噬細(xì)胞集落刺激因子和轉(zhuǎn)化生長因子-B等多種細(xì)胞因子可顯著刺激GDF-15的表達(dá)。非甾體抗炎藥、吲哚美辛、吲哚-3-甲醇、5F-203和共軛亞油酸等多種藥物也能夠刺激GDF-15的表達(dá)。GDF-15的表達(dá)受到多種因素的調(diào)控，應(yīng)激反應(yīng)、炎癥因子和多種藥物的刺激可以促進(jìn)GDF-15的表達(dá)，表明GDF-15很可能是在應(yīng)激條件下可被誘導(dǎo)表達(dá)的基因，通過上調(diào)GDF-15的表達(dá)執(zhí)行廣泛的生物學(xué)功能。

2.GDF-15與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種嚴(yán)重危害中老年人健康的臨床常見疾病.同時(shí)也是血栓性疾病、冠心病以及缺血性腦血管病等多種心腦血管系統(tǒng)疾病的重要病理基礎(chǔ)。AS為血管壁對(duì)各種損傷和炎癥刺激的一種異常反應(yīng)的結(jié)果，其中細(xì)胞因子在AS發(fā)病中的作用引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，TGF-B超家族是其中的焦點(diǎn)之一。GDF-15為TGF-B超家族的成員，為近年來發(fā)現(xiàn)的與心腦血管發(fā)病密切相關(guān)的細(xì)胞因子。

早期研究發(fā)現(xiàn)，GDF-15可抑制巨噬細(xì)胞的活化，可能在調(diào)節(jié)As炎癥中起著重要作用。后來Johnen等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高脂喂養(yǎng)6個(gè)月的載脂蛋白E基因敲除的AS模型老鼠，在過表達(dá)GDF-15條件下，AS斑塊面積較之前明顯縮小，然而粥樣斑塊的促炎癥因子和抗炎癥因子生成水平及血脂的水平與之前比較并未有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明GDF-15可能在AS發(fā)展進(jìn)程中起保護(hù)作用。國內(nèi)學(xué)者顏毅等人通過比較冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張組、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化組和冠狀動(dòng)脈造影正常組血漿GDF-15水平時(shí)發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的不同病理階段，GDF-15的生成水平不一致，表明GDF-15可能是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的保護(hù)因子，GDF-15可能在AS的發(fā)生發(fā)展中起著保護(hù)作用。上述研究從基礎(chǔ)和臨床等兩個(gè)方面證明GDF-15可能在動(dòng)脈粥樣硬化中起到保護(hù)作用，然而其具體機(jī)制卻未能得到充分闡釋。

目前，雖然GDF-15與AS相關(guān)疾病的研究很多，但其作用的具體機(jī)制研究進(jìn)展仍相對(duì)緩慢。Schlittenhardt等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，用氧化低密度脂蛋白（oxLDL）及其介質(zhì)作用于體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞可引起巨噬細(xì)胞活化并顯著刺激巨噬細(xì)胞GDF-15的分泌，進(jìn)一步的免疫組化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，人類頸動(dòng)脈粥樣硬化病灶中，GDF-15誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)定位于活化的巨噬細(xì)胞中并且與oxLDL、錳超氧化物歧化酶（MnSOD）、凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）、細(xì)胞凋亡蛋白酶-3（CPP32）、PARP、c-Jun/AP-1和p53誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)同時(shí)共存，表明GDF-15可能參與動(dòng)脈粥樣硬化病灶中巨噬細(xì)胞的凋亡及其炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而發(fā)揮其在AS的保護(hù)作用。Eggers等采用直線相關(guān)分析方法分析GDF-15與多個(gè)心血管疾病標(biāo)志物關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，GDF-15與內(nèi)皮細(xì)胞活化因子（E-選擇素、P選擇素、細(xì)胞問黏附分子-1、血管細(xì)胞黏附分子-1）、細(xì)胞外基質(zhì)降解因子（基質(zhì)金屬蛋白酶-9、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1）、凝血活性因子（血管性血友病因子、D二聚體）以及纖維蛋白溶解因子（纖溶酶原激活劑抑制劑-1和tPA抗原）具有相關(guān)性，表明GDF-15可能與內(nèi)皮細(xì)胞激活以及血管壁的炎癥密切相關(guān)，GDF-15可能通過多種途徑參與AS的發(fā)生、發(fā)展過程。Preusch等在通過對(duì)低密度脂蛋白受體敲除的AS小鼠模型實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，GDF-15表達(dá)缺陷的老鼠表現(xiàn)為AS斑塊巨噬細(xì)胞聚集增強(qiáng)和AS斑塊不穩(wěn)定性增加等特性，并且GDF-15缺陷的老鼠細(xì)胞黏附因子-1的表達(dá)量增加，表明GDF-15可能通過減少細(xì)胞黏附因子-1的分泌，減輕巨噬細(xì)胞聚集及其炎癥介質(zhì)的釋放，從而達(dá)到緩解動(dòng)脈粥樣硬化炎癥，抑制AS進(jìn)一步發(fā)展、惡化的作用。

3.GDF-15與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病

2002年，Brown等的研究發(fā)現(xiàn)，GDF-15是獨(dú)立于其他傳統(tǒng)心血管疾病危險(xiǎn)因素的新風(fēng)險(xiǎn)因子，基礎(chǔ)GDF-15水平高的婦女發(fā)生心血管事件的概率比基礎(chǔ)GDF-15水平正常的婦女高（618 vs 538 pg/ml，P=0.0002），而且當(dāng)GDF-15水平大于基礎(chǔ)水平90個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，發(fā)生心血管疾病的概率增加2.7倍（95%CI 1.6-4.9，P=0.001）。Brown等的發(fā)現(xiàn)掀起了醫(yī)學(xué)研究人員對(duì)GDF-15在心血管領(lǐng)域研究的熱情，引起人們的廣泛關(guān)注。隨后，GDF-15與心腦血管系統(tǒng)疾病的相關(guān)性研究被大量研究報(bào)道，在冠心病的研究方面也取得了較大的進(jìn)展。

GDF-15是預(yù)測(cè)心血管事件的良好指標(biāo)。Wollert等學(xué)者在一個(gè)病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，大約有2/3的非ST段抬高性急性冠脈綜合征（non-ST-seg-ment elevation acute coronary syndrome，NSTE-ACS）患者GDF-15水平高于正常水平上限（1200 ng/L），其中約1/3的病人GDF-15水平大于1800 ng/L，GDF-15水平在<1200 ng/L、1200-1800 ng/L和>1800 ng/L的患者一年內(nèi)死亡的百分比分別為1.5%、5.0%和14.1%（P<0.001），GDF-15被認(rèn)為是預(yù)測(cè)NSTE-ACS患者死亡風(fēng)險(xiǎn)的有效預(yù)后指標(biāo)。Dominguez-Rodriguez等分別檢測(cè)入院時(shí)和36個(gè)月后NSTE-ACS患者血液中GDF-15和超敏C反應(yīng)蛋白（hsCRP）的濃度，評(píng)估二者在預(yù)測(cè)主要不良心血管事件（major cardiovascular adverse events.MACE）的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GDF-15而不是hsCRP起到預(yù)測(cè)MACE發(fā)生的作用。此外，Dominguez-Ro-driguez等還研究了NSTE-ACS患者GDF-15與syntax評(píng)分的關(guān)系，經(jīng)過兩年的隨訪發(fā)現(xiàn)，在這兩年中有20.5%的NSTE-ACS患者發(fā)生了MACE，而發(fā)生MACE的患者血液中GDF-15的濃度和syntax評(píng)分均高于未發(fā)生MACE的患者，表明在NSTE-ACS患者中，GDF-15水平與syntax評(píng)分相關(guān)且高水平GDF-15的NSTE-ACS患者兩年內(nèi)MACE發(fā)生的概率增加。

GDF-15可應(yīng)用于冠心病患者的危險(xiǎn)分層中。Wollert等學(xué)者在對(duì)2079例NSTE-ACS患者兩年的隨訪研究中發(fā)現(xiàn)，770位NSTE-ACS患者GDF-15水平中度升高（1200-1800 ng/L），493位患者GDF-15水平明顯增高（>1800 ng/L），與采用介入治療組比較，保守治療組的病人升高的GDF-15水平是預(yù)測(cè)疾病復(fù)發(fā)和患者死亡復(fù)合終點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)的良好指標(biāo)（P=0.016）。當(dāng)GDF-15水平>1200 ng/L時(shí)，介入治療組的死亡復(fù)合終點(diǎn)減小，此時(shí)患者接受介入治療獲益，介入治療死亡風(fēng)險(xiǎn)較低。然而，當(dāng)GDF-15水平<1200 ng/L或肌鈣蛋白T水平>0.01 ng/L時(shí)，患者接受介人治療時(shí)死亡風(fēng)險(xiǎn)增加。

4.GDF-15與缺血性腦卒中

缺血性腦卒中（Ischemic stroke，IS）是嚴(yán)重危害中老年人健康的常見腦血管疾病，占所有腦卒中比例的80%以上，是目前世界范圍導(dǎo)致人類死亡和殘疾的最常見病因。因此，深人開展IS的病因?qū)W研究，以推動(dòng)IS防治仍然是目前醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)問題。

目前，國內(nèi)關(guān)于GDF-15與IS的相關(guān)性研究還比較少。盧昌均等報(bào)道，急性缺血性腦卒中組血清GDF-15水平顯著高于健康對(duì)照組，升高的GDF-15水平與美國國立衛(wèi)生院（National Institutes of Health，NIH）的卒中量表評(píng)分呈正相關(guān)。經(jīng)過3個(gè)月的隨訪盧昌均發(fā)現(xiàn)，急性缺血性腦卒中后殘疾患者血清GDF-15水平顯著高于急性非殘疾患者，表明急性缺血性腦卒中患者GDF-15的表達(dá)量明顯增加，可用于急性缺血性腦卒中的預(yù)后評(píng)估。

相對(duì)于國內(nèi)學(xué)者，國外的相關(guān)性研究比較深入，取得了較大進(jìn)展。Worthmann等在分析IS后血漿GDF-15水平與患者預(yù)后的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，在腦卒中發(fā)生后6小時(shí)，68%的IS患者血漿GDF-15水平升高（>1200 ng/L），GDF-15水平與血液循環(huán)中的IL-6、神經(jīng)膠質(zhì)S100蛋白、鈣結(jié)合蛋白B以及頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度相關(guān)：與7-90天內(nèi)量表評(píng)分0-1的IS患者比較，量表評(píng)分>1的IS患者具有更高的GDF-15水平，表明IS患者GDF-15水平升高，與IS患者的預(yù)后相關(guān)。Groschel等分別收集急性IS患者入院后6 h和24 h血液標(biāo)本，研究急性IS患者血液GDF-15水平在判斷患者出現(xiàn)癥狀后90天功能預(yù)后的應(yīng)用價(jià)值.以腦卒中后90天的量表評(píng)分（modified ranking scale，MRS）作為主要結(jié)局參照指標(biāo)，經(jīng)多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，美國國立衛(wèi)生研究院腦卒中量表評(píng)分（NIH-SS）[OR=1.269，95%CI：1.141-1.412，P<0.001]和GDF-15水平（OR=1.029，95CI：1.007-1.053，P=0.011）與MRS均呈MRS≥2的相關(guān)性，并且，GDF一15水平隨著NIH-SS分值的增高而升高，與NIH-SS呈現(xiàn)良好的相關(guān)性；此外，ROC曲線分析表明，在判斷不良腦卒中預(yù)后方面GDF-15水平與NIH-SS聯(lián)合應(yīng)用[0.774（95%CI，0.717-0.832）]比GDF-15[0.629（95%CI，0.558-0.699）]比NIH-SS[0.753（95%C10.693-812）]單獨(dú)應(yīng)用要精確得多。而Andersson等對(duì)3374位未患腦卒中的Framingham后裔進(jìn)行隨訪研究，研究參與者血液GDF-15水平與隨訪期間腦卒中發(fā)生以及腦卒中后血管性腦損傷的關(guān)系，經(jīng)過腦卒中傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素、B型利鈉肽、hsCRP和尿蛋白水平等指標(biāo)調(diào)整后，GDF-15仍與參與者低腦容量和差的行為測(cè)試表現(xiàn)相關(guān)，表明GDF-15與參與者亞臨床腦損傷以及認(rèn)知障礙相關(guān)。

5.總結(jié)與展望

綜上所述，GDF-15是一種具有豐富生物學(xué)特性的細(xì)胞因子，多種因素可以刺激GDF-15的分泌。GDF-15可能通過抑制黏附因子的分泌、抑制巨噬細(xì)胞聚集、減輕動(dòng)脈粥樣硬化病灶的炎癥反應(yīng)以及調(diào)理內(nèi)皮細(xì)胞炎癥等多種途徑參與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展過程，在心腦血管疾病的發(fā)病中起著保護(hù)作用。GDF-15可作為多種心腦血管疾病標(biāo)志物，在不同類型冠心病的診斷、危險(xiǎn)分層和疾病預(yù)后判斷以及缺血性腦卒中的診斷、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等均具有極高的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景，有望將其應(yīng)用于心腦血管疾病的藥物開發(fā)研究。但是，目前要將GDF-15應(yīng)用于臨床仍存在諸多問題，GDF-15作用的具體機(jī)制和通路的相關(guān)性研究還較少，不能有針對(duì)性地作用于問題的根源，而且相關(guān)成果還處在論證階段，目前沒有統(tǒng)一的國際規(guī)范，仍需要大家共同努力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和研究的不斷深人，我們必將對(duì)GDF-15的生物學(xué)特性、發(fā)揮作用的信號(hào)通路以及致病機(jī)制有更全面而深入的了解，最終將GDF-15應(yīng)用于心腦血管疾病的診療和藥物開發(fā)中，給心腦血管疾病患者帶來福音。