生长分化因子15在增强型体外反搏抗动脉粥样硬化中的作用研究

Vascular endothelial dysfunction may contribute to the early development of atherosclerosis, while the decrease of the shear stress may be the main cause. Data showed that enhanced external counterpulsation (EECP) increased the shear stress in hypercholesterolemic pigs. However, how dose it affect the shear stress in human body and through which pathway it can protect the endothelial function are still unclear. Growth differentiation factor-15 (GDF-15) is a member of the transforming growth factor-ß (TGF-ß) super family, and is a stress responsive cytokine. Most of the scientific studies reported that GDF-15 plays a protective role in atherosclerosis. Since shear stress is a potent inducer of GDF-15 in endothelial cells, it is possible that the anti-apoptotic effect provoked by shear stress is - at least partly - mediated by GDF-15. Moreover, the specific regulatory mechanisms between shear stress and GDF-15 is subject to further study. Some studies showed that c-Jun N-terminal kinase (JNK) phosphorylation increased significantly following shear stimulation, while JNK inhibition reduced shear-induced JunD expression. Besides, some others reported GDF-15 can be activated via JNK signaling in human LNCaP prostate cancer cells, which implies JNK may be the connection of shear stress and GDF-15. Therefore, we design this study to show the effect of EECP in patients with coronary heart disease on shear stress, GDF-15 level and endothelial function, as well as the regulation relationship between shear stress and GDF-15 through the pathway of JNK, which is expected to reveal the important mechanism in the anti-atherosclerosis of EECP.

动脉粥样硬化的始动环节是血管内皮功能受损，血流剪切力降低是其重要原因。动物实验结果提示，增强型体外反搏（EECP）可提高血流剪切力，但其对人体血流剪切力的影响、以及改善内皮功能的具体机制尚未完全阐明。生长分化因子-15（GDF-15）为转化生长因子-β超家族成员，是一种应激反应蛋白，多项研究提示其具有抗动脉粥样硬化作用，有研究显示剪切力的有益作用至少部分通过促进GDF-15表达实现，但其具体调控机制如何，尚无研究报道。JNK通路已被证实可被层流剪切力激活，同时亦为GDF-15的上游信号通路，有望成为连接剪切力与GDF-15之间的纽带。因此，本研究拟在因冠心病行EECP治疗的患者中观察剪切力、GDF-15水平和内皮功能变化，并在细胞水平验证不同剪切力通过调控JNK通路对GDF-15表达和内皮细胞功能的影响，有望揭示GDF-15在EECP抗AS中的重要机制，并对进一步寻找替代治疗方法有重要价值

动脉粥样硬化的始动环节是血管内皮功能受损，血流剪切力降低是其重要原因。动物实验结果提示，增强型体外反搏（EECP）可提高血流剪切力，但其对人体血流剪切力的影响、以及改善内皮功能的具体机制尚未完全阐明。生长分化因子-15（GDF-15）为转化生长因子-β超家族成员，是一种应激反应蛋白，多项研究提示其具有抗动脉粥样硬化作用，有研究显示剪切力的有益作用至少部分通过促进GDF-15表达实现，但其具体调控机制如何，尚无研究报道。JNK通路已被证实可被层流剪切力激活，同时亦为GDF-15的上游信号通路，有望成为连接剪切力与GDF-15之间的纽带。因此，本研究拟在因冠心病行EECP治疗的患者中观察剪切力、GDF-15水平和内皮功能变化，并在细胞水平验证不同剪切力通过调控JNK通路对GDF-15表达和内皮细胞功能的影响，有望揭示GDF-15在EECP抗动脉粥样硬化中的重要机制，并对进一步寻找替代治疗方法提供重要价值。..本研究中对冠状动脉性心脏病患者在进行EECP治疗前和治疗中进行了主动脉压力波检测和动脉壁剪切力数值模拟，得到壁面剪切力（TAWSS）、振荡剪切指数（OSI）等流体力学参数。结果显示，EECP治疗前后TAWSS在左冠状动脉的主干及主要分支处均有所升高，OSI均有所降低，致动脉粥样硬化的危险区域（TAWSS < 4 dyn/cm2 和OSI > 0.15区域）的面积有明显降低，且该作用在血管狭窄程度较为严重处更为明显。同时分别以高剪切力(15dyn/cm2)和低剪切力(5dyn/cm2)对人脐静脉内皮细胞（HUVEC）进行刺激，通过Real-time PCR测定VCAM-1和GDF-15的mRNA水平，并检测细胞上清中上述蛋白含量。结果显示内皮细胞在较低的剪切力下炎性水平增高，同时低剪切力能刺激内皮细胞中GDF15mRNA和细胞上清中GDF15分泌蛋白水平的高表达。另外，研究还发现，相比对照组，EECP对冠心病患者三维斑点追踪超声心动图所检测的整体扭转度（Twist）等早期心脏功能指标以及运动耐量相关指标有明显改善。上述研究发现突破了体外反搏治疗机制的已有认识，为进一步开展相关机制探索提供了新的研究思路。