病例特异性切应力改变致颈动脉斑块破裂及其调控MMPs表达的机制研究

Carotid atherosclerotic plaque rupture has been considered as the main reason for stroke worldwide. To date, no clinical technique has been developed to determine the stability of the carotid plaque as the mechanism of how carotid plaque maintains its stability is not well defined. It is reported that hemodynamic changes could induce carotid atherosclerotic plaque rupture. In addition, the alternation of matrix metalloproteinases (MMPs) was closely associated with the stability of carotid plaque. However, the association between the MMPs and the hemodynamic changes is still unclear. In our previous studies, a carotid artery stenosis model in rabbit was established to investigate the association between them. In this project, the hemodynamic changes in carotid artery stenosis rabbits were studied using MRI-based fluid-structure interaction study. Moreover, hemodynamics-histology comapping technique was combined to illustrate the interaction among hemodynamic changes, alternation of MMPs and the rupture of atherosclerotic plaque. To confirm the function of MMPs in the induction of atherosclerotic plaque rupture, specific inhibitor and non-specific activator were used. Our study could provide helpful information for the determination of non-stable carotid plaque and the identification of potential targets for carotid plaque rupture.

颈动脉粥样硬化斑块破裂是造成脑卒中的主要原因。颈动脉斑块的不稳定性机制尚不明确，目前临床技术无法精确评估其稳定性。血流动力学变化可以导致颈动脉斑块破裂出血，金属基质蛋白酶（MMPs）的异常表达与斑块稳定性密切相关，但血流动力学改变与MMPs异常表达之间的关系不明确。我们的前期研究建立了稳定的兔子血流动力学诱导颈动脉粥样硬化斑块易损模型，使二者之间的关联研究变为可能。本课题将基于特异性动物模型的颈动脉粥样硬化斑块的核磁共振图像数据，建立流固耦合模型，进行血流动力学研究，并随后进行组织病理学研究，采用数值模拟图像-分子表达图像叠加技术，阐明壁面切应力改变、MMPs异常表达、颈动脉斑块破裂之间的相互关系，并进而应用MMPs特异性抑制剂和非特异性激活剂来验证MMPs诱导斑块破裂的科学假设，为非稳定性斑块的评估提供新的技术手段和提供可能的治疗靶点。

本课题基于兔血流动力学诱颈动脉斑块模型的建立，对基于血流动力学的颈动脉粥样斑块稳定性的分子机制进行探讨。本项目共分为4部分：（1）兔血流动力学诱导的颈动脉粥样硬化斑块模型的建立：采用兔高脂饮食+单侧颈动脉结扎+肾动脉狭窄处理，成功制作稳定的血流动力学诱导的颈动脉粥样硬化斑块模型；（2）病例特异性的兔颈动脉血流动力学数值模拟研究：根据兔特异性颈动脉粥样硬化斑块的超声图像数据和3T-MRI影像数据，应用计算流体力学的方法，证实了该血流动力学研究方法的可行性，揭示流体力学在诱导颈动脉斑块发生和影像其稳定性的潜在机制；（3）兔血流动力学诱导的颈动脉粥样硬化斑块稳定性分子机制研究：通过多普勒超声图像结合MRI成像，评估斑块的形态和影像学特征；共成功完成17例动物模型相关标本的采集，所有组织斑块中，纤维帽完整组7例、斑块纤维帽破裂10例，斑块纤维帽破裂组相对于纤维帽完整组MMP-9明显高表达，同时发现相比于正常动脉，斑块组织中中miR-127表达明显上调；（4）血流动力学机制与分子机制之间的关联研究：将计算流体力学研究结果与病理免疫结果进行关联分析，进一步分析了血流动力学负荷与分子水平改变在颈动脉斑块稳定性中的作用。本课题通过上述各个研究水平的序贯性研究，在成功建立血流动力学诱导兔颈动脉粥样硬化斑块模型的基础上，对斑块的发生和稳定性机制进行了初步生物力学和分子机制关联研究，斑块局部高WSS可能诱导MMPs的高表达，进而诱发斑块纤维帽破裂，影响斑块的稳定性，为颈动脉斑块病因学的进一步研究提供基础。