MMP/TIMP在二叶式主动脉瓣升主动脉重塑中的作用及其与局部血流动力学的关系

As the most common congenital heart disease, bicuspid aortic valve (BAV) is believed to be an independent risk factor for ascending aorta dilation, aortic aneurysm, and aortic dissection. Our preliminary work disclosed that local hemodynamic aberration was the primary initiative in the pathogenesis of ascending aorta remodeling among BAV, and that matrix metalloproteinase (MMP) acted as a major effecter protein in above process. However, it is still unclear how the local hemodynamic aberration caused by BAV act upon the ascending aorta remodeling process via MMP/TIMP pathway, thus hindering further investigation on molecular modulation and clinical intervention in this unique disease entity. Utilizing echocardiography vector flow mapping, immunohistochemistry, RT-PCR, gene expression profiling, and protein micro-array techniques, the present study is to investigate tissue MMP/TIMP expression features in ascending aortic aneurysm under different hemodynamic scenarios including aortic stenosis, aortic regurgitation, and normal aortic valve function. We will further elaborate how MMP/TIMP interacts with vascular smooth muscle cells and extracellular matrix, and clarify the role of MMP/TIMP gene promoter polymorphism in above process. Furthermore, we will attempt to apply plasma MMP/TIMP profile for ascending aortic aneurysm risk stratification and clinical decision-making among BAV patients.

二叶式主动脉瓣畸形（BAV）是最常见的先天性心脏病，是升主动脉瘤和主动脉夹层的独立危险因素。我们的前期研究显示，局部血流动力学异常是推动BAV患者升主动脉重塑的始动因子，MMP作为主要效应蛋白参与了这个病理过程。然而目前对BAV产生的局部血流动力学异常是如何通过MMP/TIMP途径影响升主动脉重塑的机制仍缺乏了解，阻碍了对其分子调控机制和早期干预策略的深入研究。为此，我们对BAV患者按主动脉瓣产生的不同血流动力学效应分组，分别运用超声血流动力学检测、免疫组织化学、RT-PCR、基因芯片和蛋白芯片等技术重点研究：BAV所致不同血流动力学状态下升主动脉瘤组织MMP/TIMP表达的差别；上述差别如何与上游血管平滑肌细胞和下游细胞外基质进行对话和相互作用；MMP/TIMP启动子多态性与该病理过程的关系；寻找预测BAV升主动脉扩张的生物标志物，以期为BAV大动脉病变的决策干预提供实验和理论依据。

二叶式主动脉瓣畸形（BAV）是最常见的先天性心脏病，是升主动脉瘤和主动脉夹层的独立危险因素。血流动力学异常相关的流固耦合效应即BAV升主动脉在流场作用下发生形变的过程，是阐明BAV升主动脉重塑机制的重要组成部分。研究第一部分致力于探索BAV血流动力学异常所致生物力学效应。为了客观、形象、精准地表述这一复杂的流体模式，我们应用了新型的4D-flow技术，研究结果指出血流流经BAV在升主动脉内产生不同于正常人的血流流场分布，BAV患者升主动脉切变力呈偏态分布，升主动脉大弯侧承受的切变力明显高于小弯侧；主动脉瓣狭窄和反流对BAV产生的生物力学效应有附加作用，且表现形式存在显著差异。基质金属蛋白酶家族在血管壁的重塑中发挥重要作用，在第二部分研究中我们根据BAV升主动脉内切变力的分布，将血流动力学相关的生物力特征作为分组依据，发现明胶酶MMP-2和MMP-9是参与BAV升主动脉扩张的效应蛋白，MMP-2由主动脉壁内成纤维细胞、平滑肌细胞等合成，MMP-9由中性粒细胞等对特定刺激产生反应的细胞合成表达，故引起这两种蛋白酶释放的切变力阈值不同，也就是说MMP-2和MMP-9尽管都与主动脉扩张密切相关，但在BAV产生的不同生物力学效应中两者表现为不同分组间表达水平的显著差异。此外，BAV对升主动脉产生的生物力学效应可以通过MMP/TIMP家族对升主动脉壁骨架结构施加破坏作用。位于TGF-β信号通路和平滑肌收缩复合体中的多个重要基因座上存在可疑的SNP位点，它们在具有表型高度一致的BAV患者中参与升主动脉扩张的病理过程。研究的最后部分是如何预测患者发生远期大血管并发症的风险，这是本研究向临床应用转化的重要一环。结果论证了BAV相关主动脉扩张是一个复杂的疾病，在合并主动脉瓣狭窄和反流两种血流动力学状态下，即便是主动脉瓣置换手术也无法避免主动脉不良事件的发生，不良事件的发生率和危险因素在两组间存在显著差异，这种异质性有生物力学基础和组织学基础，既证实了本项目的研究猜想，也为后续的研究奠定了临床基础。本项目研究成果多次在国际会议中参与口头发言，在欧洲心脏病年会中获奖，陆续发表在欧洲心脏病学会会刊、美国胸外科协会会刊、美国胸外科医师协会和南方胸外科协会会刊等高质量SCI期刊中，在论著同期配发的述评中指出我们的“研究具有重大临床价值，将成为将来二叶式主动脉瓣研究的很好范例“。