白介素-1β介导胸主动脉夹层中膜薄弱的生物力学和分子机制研究

Thoracic aortic dissection (TAD) is the most lethal conditions encountered in vascular surgery because of their rapid progression and high mortality. It is known that hemodynamic abnormalities, such as hypertension and congenital or postnatal weakening of the aortic wall, contribute to their pathogenesis. However, relatively little is known about the molecular mechanisms responsible for the genesis and progression of TAD. Many studies have shown that inflammation played a critical role in TAD. Our previous study had shown the expression of interleukin 1 beta (IL-1 beta) was increased in TAD. IL-1 beta might increase the degradation of the media matrix by increasing the expression of matrix metalloproteinase or apoptosis of media cells. And this role might be induced by extracellular matrix metalloproteinase inducer. However, the precise mechanisms of IL-1 beta and correlation with biomechanics in the TAD are still unknown. Our hypothesis is: IL-1 beta might up-regulate MMPs/TIMPs or/and apoptosis in aortic wall through extracellular matrix metalloproteinase inducer（EMMPRIN）. This process will change biomechanics of aortic tissue and finally lead to thoracic aortic dissection. Therefore, our study will focus on molecular biology and biomechanics mechanism in β-aminopropionitrile（BAPN）induced rat model of thoracic aortic dissection. We hope this study could get more evidence for early detection and anti-inflammatory therapy for TAD.

胸主动脉夹层（TAD）的发病机制不明，炎症反应可能起着重要作用。我们的前期工作表明：IL-1β在人TAD中膜标本中高表达，可能通过MMP/TIMP家族的表达变化和细胞凋亡起作用。然而，IL-1β作用的具体分子机制及与力学机制的关系尚不明确，早期发现和抗炎药物治疗也缺少相应的分子靶点。因此，在成功建立TAD大鼠模型并验证其力学改变后，我们提出假说：IL-1β在TAD管壁中表达升高，可能通过EMMPRIN途径诱导MMP/TIMP家族的表达变化和管壁平滑肌细胞的凋亡，造成主动脉中膜薄弱，进而降低了主动脉周向张力和轴向应力，导致TAD的形成。为了验证这个假说，我们从生物力学这一新视点出发，在TAD大鼠模型中用IL-1β和抗IL-1β两个因素进行干预，并对其可能作用的EMMPRIN途径进行RNA干扰，研究IL-1β作用的确切生物力学和分子生物学机制，为TAD的早期发现和抗炎治疗提供理论依据。

目的：胸主动脉夹层（TAD）的发病机制不明。在成功建立TAD大鼠模型并验证其力学改变后，我们提出假说：IL-1β在TAD管壁中表达升高，可能通过诱导MMP/TIMP家族的表达变化和管壁平滑肌细胞凋亡，导致TAD形成。我们在TAD大鼠模型中用IL-1β和抗IL-1β进行干预，研究IL-1β作用的确切生物力学和分子生物学机制。.第一部分：主动脉夹层大鼠模型的优化和筛选。大鼠被分成0.25%和0.4%口服β-氨基丙腈（BAPN）组，及667mg/kg皮下注射组中。结果显示0.4%口服BAPN药物法最适合制作胸腹主动脉瘤模型，它扩张最明显，但夹层形成率不高；667mg/kg皮下注射法形成主动脉夹层比率最低，但主动脉扩张和撕裂最不明显，适合力学测试；0.25%口服BAPN药物法的主动脉夹层形成比率最高，也适合力学测试。.第二部分：主动脉夹层大鼠模型力学参数的测试。A组对照组，B组0.25% BAPN组。观察两组间AD的形成率、动物死亡率、AD的直径、夹层撕裂范围等大体指标并用材料拉力仪进行生物力学检测，得出相应的生物力学参数：极限应力、最大拉伸长度、拉伸比、管壁最终面积、极限应变、最大伸展系数和弹性模量。BAPN处理组52.9%的大鼠死于主动脉夹层破裂。各项力学参数在B组、A组间逐渐降低。.第三部分：主动脉夹层大鼠模型分子生物学研究。Western blot显示BAPN处理组中IL-1β、MMP-2、MMP-9较正常对照组表达明显增加。弹力蛋白染色提示：BAPN处理组，弹力蛋白排列紊乱，中间有大量红细胞沉积，弹力板层破坏明显，夹层形成。TUNEL染色提示：BAPN处理组未形成夹层组和对照组TUNEL染色较少，而BAPN处理组形成夹层的大鼠主动脉中膜TUNEL染色明显增加。免疫组化提示BAPN处理组IL-1β、MMP-2、MMP-9表达明显增加。.第四部分：IL-1β促进大鼠主动脉。模型组和抗IL-1β抗体处理组无统计学差异，IL-1β处理组死亡率较模型组显著增高。各项力学及形态学参数中，IL-1β处理组在主动脉夹层形成率、撕裂范围、扩张程度上都较模型对照组及抗IL-1β抗体处理组明显增加，而抗IL-1β抗体处理组仅在撕裂范围上较IL-β处理组和模型对照组有明显改善，提示抗IL-1β抗体可能改善主动脉夹层的纵向撕裂，而对于其破裂和死亡无明显帮助。