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急性心肌梗死系指心脏冠状动脉血管发生完全性的堵塞,继而心肌细胞发生缺血缺氧,出现以剧烈胸痛等为症状的缺血性心脏病。目前,急性心梗在中国有近千万患者,且发病率呈显著上升趋势。根据急性心梗的发生发展过程可将病程分为三期:急性炎症期、创面愈合期、心室重构期。临床上心室重构是以细胞水平如心肌细胞、非心肌细胞及细胞外基质等表达改变为基础,进而诱发的心脏结构、代谢和功能重塑的过程。它是急性心肌梗死或慢性心肌缺血损伤后引发心力衰竭、心功能减退的病理生理基础,严重影响患者生存质量及寿命。生长分化因子-15(growth differentiation factor 15,GDF-15),一种转化生长因子-β家族特殊类型的分子,它首次从永生化的单核细胞系U937的c DNA文库中分离表达获得。目前大量临床研究显示,包括急性心肌梗死在内的多种心血管系统疾病发生时,患者血清GDF-15水平急剧升高,并且GDF-15的水平与患者的不良预后密切相关。然而,目前的体外和动物模型的研究结果又认为GDF-15具有调节脂质代谢、稳定内皮细胞、抑制炎症、抑制心肌细胞凋亡、促进心梗区愈合等作用。这两方面的研究结论存在明显矛盾。基于以上矛盾性,本研究试图通过系统地研究GDF-15对心脏不同细胞的功能,从心脏成纤维细胞的角度阐释GDF-15在急性心肌梗死发生发展过程中的作用,为开发以GDF-15作用通路为靶点的药物研究奠定理论基础。本研究中,我们开展了以下几方面的工作:1)收集30例本院CCU急性心肌梗死患者血清,通过ELISA实验方法在西北汉族人群中确认GDF-15与心梗经典不良预后指标的相关性;分离原代SD乳鼠心脏成纤维细胞及心肌细胞,缺氧处理后,利用q RT-PCR、ELISA、Western Blot等方法分析心梗发生时,GDF-15的细胞来源。2)通过原代分离的SD乳鼠心脏成纤维细胞、心肌细胞证实GDF-15对心脏不同细胞的作用;利用GDF-15基因敲除小鼠构建急性心梗模型,分成空白对照组、急性愈合期给药组、全程给药组三组腹腔注射重组GDF-15,观察GDF-15在急性心肌梗死发生发展过程中的不同作用。3)在原代分离的SD乳鼠心脏成纤维细胞中,通过蛋白质组学分析(i TRAQ),q RT-PCR、Western Blot、细胞免疫荧光等方法研究GDF-15调控NF-κB信号通路激活心脏成纤维细胞表型转变的分子机制。通过以上研究,我们得出以下结果:1)在西北汉族人群中血清GDF-15水平与经典急性心梗不良预后标志物密切相关;急性心梗发生时,血清GDF-15主要由心脏成纤维细胞分泌。2)GDF-15既能够抑制缺氧诱导的心肌细胞凋亡,也能够激活心脏成纤维细胞,促进心脏成纤维细胞分泌胶原。3)在GDF-15基因敲除小鼠(GDF-15-/-)建立的心梗模型中,重组GDF-15抗心肌细胞凋亡,刺激成纤维细胞分泌胶原,在心梗急性期及愈合期帮助创面愈合,保护心脏功能,然而在心室重构期,GDF-15导致心脏间质胶原沉积,顺应性下降,心室发生重构,心功能衰竭。4)蛋白质组学分析及数据库预测分析显示NF-κB信号通路是GDF-15激活心脏成纤维细胞的途径之一。GDF-15以三种方式上调NF-κB信号通路:第一,GDF-15降解IκBα,促进NF-κB二聚体p65/p50入核,进而激活NF-κB信号通路;第二,GDF-15抑制p50生成,减少p50/p50二聚体在核内的竞争性占位,同时降低p50/p50二聚体DNA结合能力,进而促进具有转录活性的p65/p50二聚体与DNA结合;第三,GDF-15降低组蛋白去乙酰化酶的表达量,减少p65出核,从而促进NF-κB信号通路的转录活性。我们的研究结果说明心梗发生时,心脏成纤维细胞分泌GDF-15,GDF-15又能够通过NF-κB信号通路途径激活心脏成纤维细胞分泌胶原,发挥自分泌或旁分泌的作用;GDF-15引发的心脏成纤维细胞激活和胶原分泌在急性期帮助心梗愈合,然而在重构期导致心室重构,诱发心脏衰竭。本研究首次从心脏成纤维细胞的角度说明了GDF-15在心梗发生发展过程中的作用,阐明了GDF-15是心梗后引发心室重构的重要分子。本研究为以GDF-15信号通路为靶点,干预心肌梗死引发的缺血性心肌病,开发缺血性心脏病的治疗药物奠定了理论基础。