中国北方地区健康人群心血管衰老规律分析及衰老血管基因差异表达的实验研究

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21世纪全球进入不可逆转的老龄化社会。人口老龄化是当前世界各国所面临的严峻挑战,是影响一个国家政治、经济长远发展的战略性问题。1999年中国已经进入老龄化社会,中国老龄人口以每年3%的速度递增,2020年中国老龄人口将达到3亿人。1990-2020年,年龄相关的冠心病的患病率在发达国家中女性和男性分别增加30%和60%,而包括中国和印度在内的发展中国家男性和女性分别增加120%和137%。因此,推动从针对心血管疾病终末期的高成本救治转向疾病早期预防的战略转移刻不容缓。年龄已成为未来心血管疾病的首位危险因素,心血管系统衰老改变了各种心血管病发生的阈值和严重程度,显著增加了心血管疾病发生的危险性。2006年9月WCC/ESC(世界心脏病学术大会(World Congres of Cardiology,WCC),欧洲心脏病学术大会(European Society of cardiology Congres,ESC))的会议主题是“心血管疾病和人口老龄化”(cardiovascular disease and ageing)。2006年世界心脏日的主题“How Young is Your Heart?”也是针对的心血管衰老这一主题。可见心血管衰老已成为未来心血管研究的学术亮点及热点。2006年WCC/ESC上,WHF(World Heart Federation)主席Fuster指出,虽然世界人口在快速老龄化,伴之而来的可能是许多心血管疾病变得更为常见,但人口结构改变和发展趋势并非必然伴有“心血管疾病的灾难”。向年龄这个至今未得到充分干预的心血管疾病危险因素开战,是应对世界人口老龄化挑战,防止“心血管疾病的灾难”发生的重要预防措施。如何界定心血管衰老、如何评价心血管衰老,是有效干预心血管衰老,实现“人老心不老——老年人,年轻的心”的前提。心血管衰老是一个高度个体化的过程:相同时序年龄个体,心血管衰老程度及速度往往存在明显差异。因此,寻求客观反映心血管内在机能状态的个体化心血管衰老生物学标志物,成为定量分析个体化心血管衰老的前提。本研究通过多中心大样本人群横断面研究,在全面检测对维持健康心血管功能状必需的70余项指标基础上,筛选出中国北方地区健康人群心血管衰老生物学标志物,构建了反应个体化心血管衰老的生物学评价指标-心血管衰老生物学积分(Cardiovascular age score CAS),定量分析了中国北方地区健康人群心血管衰老规律,发现了北方地区健康人群心血管衰老关键性阈值拐点,为有效防治我国心血管疾病提供了重要理论依据。基因表达水平及表达模式变化是机体结构功能变化的内在动力,mRNA差异显示技术是研究此种变化的有效手段。在人群研究的基础上,根据人群研究成果提示,在观察健康大鼠血管衰老性结构重塑改变基础上,应用Gene Fishing差异显示技术分离了重塑相关基因,进一步应用RT-PCR、Western blot定量分析、验证了重塑相关基因差异表达变化与血管衰老性重塑变化的联系,从分子水平探讨了衰老性血管重塑可能的基因调控机制,为今后有效干预血管衰老提供了潜在分子靶点。方法一、人群研究1.研究对象:从沈阳、大连、北京三中心,筛选健康居民855人,依据年龄分为4组,≤44岁组、45~59岁组、60~74岁组、≥75岁组。2.检测指标:生活习惯因素、检测血压、心脏和颈动脉彩超、血生化、血尿常规、机体微炎症等共计70余项指标。3.数据处理:观察各项指标随增龄变化情况,筛选心血管衰老生物学标志物,构建心血管衰老生物学评分公式,计算心血管衰老生物学积分(Cardiovascular agescore CAS),分析中国北方地区健康人群心血管衰老规律。二、动物实验1.分组:40只健康雄性Wistar大鼠,按月龄分为4组(4、10、16、22月龄组,每组10只。2.组织染色:分析各组大鼠主动脉大体形态及显微结构。3.Gene Fishing差异显示:分离动脉衰老性重塑相关基因。4.RT-PCR:在mRNA水平检测不同月龄组大鼠主动脉随增龄基因差异表达变化情况。5.Western blot:在蛋白水平检测不同组大鼠主动脉随增龄差异基因蛋白表达情况。6.多元回归分析:分析基因差异表达同血管衰老性重塑的联系。结果一、人群研究脉压(PP),颈动脉内中膜厚度(IMT)、纤维蛋白原(FIB),总胆固醇(TC)、二尖瓣环A峰前壁(MVAA)、二尖瓣环E峰侧壁(MVLE)、颈动脉舒张期峰值血流速度(EDV)7项指标可作为心血管衰老生物学标志物。CAS与年龄高度相关(r=0.85,P<0.05),45~59岁组CAS随增龄变化速率最大,同其他组差异显著(P<0.01)。各组F1(血管衰老预报因子)、F2(心脏衰老预报因子)、F3(血液危险因子)因子得分所对应回归直线的斜率存在差异,F1、F3在45~59组斜率最大,同其他各组比较差异显著(P均<0.05)。F2于60~74老年组斜率达峰值,同≤44组、45~59组比较差异显著(P均<0.05),但同≥75组比较差异不显著(P>0.05)。二、动物实验差异显示证实随增龄L-type Ca2+通道α1c亚单位(Cacna1c)、基质金属蛋白酶9(MMP-9)、NAD(P)H氧化酶α亚单位(p22-phox)、髓细胞源性生长因1α(SDF-1α)、Caspase-9(Casp9)基因存在差异表达;Cacna1c、p22-phox基因在4、10月龄组呈低水平表达,在16、22月龄组表达急剧增高,差异显著P<0.01。SDF-1α随增龄呈现逐渐降低,但16月龄组同22月龄组无差异P>0.05。MMP-9、Casp9呈现双相变化,4月龄组呈现低水平表达,10月龄组表达上调,16月龄组达正向表达峰值,同其他各组比较差异显著P<0.01,22月龄组恢复低水平表达。多元回归分析证实:Cacna1c、p22-phox、SDF-1α基因时相性差异表达变化同血管衰老性重塑变化高度相关,SMC(Aa%)=10.81Cacna1c-32.34SDF-1α+48.11(P<0.01,R=0.92),FC(Aa%)=23.71p22-phox-24.36SDF-1α+26.85(P<0.01,R=0.93)。结论1.IMT、EDV、PP、MVLE、MVAA、TC、FIB计7项指标与年龄独立相关,可作为心血管衰老生物学标志物。2.CAS同时序年龄具有良好的相关性,客观反映个体心血管衰老进程,可作为定量评价心血管衰老的客观指标。3.健康人群随增龄心血管衰老速度并非恒定,45岁后心血管衰老速度明显加快,45岁是心血管衰老的关键阈值拐点。4.血管衰老同心脏衰老并非同进行,血管衰老早于心脏衰老,血管衰老是整个心血管衰老的关键环节。5.内膜中膜增厚,内膜中膜厚度/内径增大,胶原纤维含量、平滑肌含量增高,血管纤维化程度增高为血管衰老性重塑的主要形态学变化。6.Cacna1c、MMP-9、p22-phox、SDF-1α、Casp9,5个基因于血管衰老性重塑中存在时相性差异表达,Cacna1c、p22-phox、SDF-1α同血管衰老性重塑形态学变化明显相关,可能是启动、加速、维持血管衰老性重塑的关键性基因。
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