כניסה 
עקבו אחרינו בפייסבוק גורם ההתמיינות לגדילה 15- Growth differention factor 15
| מדריך בדיקות מעבדה | |
| גורם ההתמיינות לגדילה 15 | |
|---|---|
| Growth differention factor 15 | |
| שמות אחרים | MIC-1 או macrophage inhibitory cytokine-1, PDF או prostate derived factor, NAG-1, PTGFβ, NRG-1. |
| מעבדה | כימיה-גנטיקה בדם |
| תחום | מחלות מיטוכונדריאליות, סרטניות וקרדיו-וסקולאריות |
 | |
| טווח ערכים תקין | בגיל של 3 חודשים ומעלה, רמת GDF-15 נמוכה מ-750 פיקוגרם/מ"ל |
| יוצר הערך | פרופ' בן-עמי סלע |
מטרת הבדיקה
GDF-15 עשוי לשמש סמן ביולוגי למחלות מיופתיה מיטוכונדריאליות כמו גם למפגעים אחרים, כמפורט להלן: מחלת Alpers, מחלת Leigh, חמצת לקטית, ציטופתיה מיטוכונדריאלית, חסר פירובט קרבוקסילאז, תסמונת Pearson, מוטציות POLG, תסמונת Barth (3-Methylglutaconic Aciduria, Type II), תסמונת אטקסיה נירופתית (ANS), אנצפלופתיה מיטוכונדריאלית, חסר פירובט דהידרוגנאז, פגמים בשרשרת הנשימה, חסר DNA מיטוכונדריאלי, תסמונת Kearns-Sayre, חסר Coenzyme Q10, חסר Cytochrome C Oxidase, חסרים של קומפלקסים I, II, III, IV ו-V, Chronic Progressive External Ophthalmoplegia או CPEO, Myoclonic Epilepsy with Ragged-Red Fibers או MERRF, Mitochondrial Recessive Ataxia Syndrome או MIRAS, Spinocerebellar Ataxia with Epilepsy או SCAE, Sensory Ataxia, Neuropathy Dysarthria, Ophthalmoplegia או SANDO, Neuropathy, Ataxia Retinitis Pigmentosa או NARP, Mitochondrial Neurogastrointestinal Encephalopathy או ,MNGIE Mitochondrial encephalomyopathy lactic acidosis, and stroke-like episodes או MELAS, Myoclonic Epilepsy ,Myopathy ,Sensory Ataxia או MEMSA ו- Leber's Hereditary Optic Neuropathy או LHON.
מבנה ותכונות של GDF-15
הגן האנושי של GDF-15 ממוקם על הזרוע הקצרה של כרומוזום 19p13.1–13.2 כפי שנקבע על ידי in situ hybridization. באדם ובמכרסמים הגן ל-GDF-15 מורכב מ-2 אקסונים ומ-intron יחיד. החלבון הבשל שמשקלו המולקולרי הוא 34,140 דלטון, מכיל 7 שיירי ציסטאין משומרים היוצרים "לולאת ציסטאין". בדומה לחברים אחרים במשפחת העל של TGF-β, האורך המלא של GDF-15 הוא קטע של pre-pro-domain, והחלבון הבשל נוצר לאחר ביקוע של האתר דמוי-furin. הרצף של חומצות האמינו בין מינים שונים נמוך יחסית עם 70% דמיון, שהוא הנמוך ביותר בתוך משפחת TGF-β.
חלבון זה זוהה לראשונה כ- macrophage inhibitory cytokine-1 או MIC-1 (Bootcov וחב' ב- Proc Natl Acad Sci USA משנת 1997). מדובר בחלבון שהוא חבר בתת המשפחה של TGF-β. בתנאים נורמליים, GDF15 בא לביטוי בריכוזים נמוכים ברוב האיברים, והוא משתדרג בעקבות פציעה של הכבד, כליות, לב וריאות (Zimmers וחב' ב-Shock משנת 2005, Hsiao וחב' ב- Mol Cell Biolמשנת 2000 ו-Ago ו-Sadoshima ב-Circ Res משנת 2006). התפקיד של GDF15 אינו מובהר לחלוטין, אך נראה שהוא מווסת מסלולים דלקתיים ומעורב בוויסות של אפופטוזיס, תיקון תאים ושגשוגם, במפגעים קרדיו-וסקולרים וסרטניים (Wollert וחב' ב-Circulation משנת 2007, ו-Kempf וחב' ב-Res משנת 2006). נמצא ש-GDF15 הוא חלבון פרוגנוסטי חזק במטופלים עם מחלות לב ומחלות סרטניות (Wallentin וחב' ב-PLos One משנת 2013).
Growth/differentiation factor-15 (להלן GDF-15) מבוטא באופן נרחב ברקמות רבות ביונקים. הביטוי שלו מווסת ומושרה לרוב בתגובה למצבים הכרוכים עם עקה תאית. רמות GDF-15 בנסיוב כרוכות עם מחלות רבות, כולל מצבי דלקת, ממאירות, מחלות קרדיו-וסקולריות והשמנת יתר, ורמות אלו משמשות פוטנציאלית בתור מנבא אמין של התפתחות המחלה. תפקיד פונקציונאלי עבור GDF-15 הוצע במפגעים סרטניים, מחלות קרדיו-וסקולריות, מחלות כליה ומחלות מטבוליות. עם זאת, ידע של ממש על התפקוד הפתו-פיזיולוגי של GDF-15 ברמה המולקולרית עדיין מוגבל. הזיהוי לאחרונה של קולטן אנדוגני של GDF-15, עשוי לספק הבנה נוספת על המנגנונים המולקולריים של החלבון האמור, והקשר שלו למצבי מחלה.
הערכה של סמנים חדשים במקרה של MELAS
במחקר של Matsui וחב' ב-Neuromusc Disorders משנת 2017, נבחנה היעילות של FGF-21 ושל GDF-15 על מנת לאשר את היעילות של טיפולים ב-L-arginine ושל סודיום פירובט במטופלת בת 60 שנה עם אנצפלופתיה מיטוכונדריאלית, חמצת לקטית ואפיזודות דמויות שבץ (תסמונת MELAS). המטופלת הייתה עם מוטציה mtT3271C, שפתולוגית השרירים שלה וממצאי מעבדה תאמו את תסמונת MELAS. היא טופלה עם L-arginine וסודיום פירובט, אך מצבה החמיר והיא נפטרה לאחר שנתיים. שני הסמנים שהוזכרו, הראו ערכים גבוהים, שהלכו וגדלו עם החמרת מהלך המחלה. הטיפולים עם ארגינין וסודיום פירובט שהביאו למיתון זמני בדרגת תסמיני המחלה, היו כרוכים בערכים נמוכים יותר של FGF-21 ושל GDF-15.
GDF-15, הידוע גם כ-MIC-1, NAG-1, PLAB ו-PTGFβ, התגלה בשנות ה-90 (Bootcov וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1997, Hromas וחב' ב-Biochim Biophys Acta משנת 1997 ו-Lawton וחב' ב-Gene מנת 1997). במהלך המאמץ לזהות גנים המבוטאים בהקשר של שפעול מקרופאגים, נעשה שימוש בשורת תאים מונוציטואידים הידועה כ-U937, נסקרה ספריית cDNA של תאים אלה שטופלו או שלא טופלו עם phorbol 12 myristate 13-acetate או PMA. בתהליך זה זוהה MIC-1 כגן חדש המקודד לחלבון המכיל מאפיינים מבניים הדומים ל-TGF-β. הביטוי של mRNA של MIC-1 במקרופאגים, הוגבר על ידי מגוון של גירויים כגון אלה של IL1β, TNF-α, IL2 ו- macrophage colony-stimulating factor או M-CSF. גישה דומה שימשה לזיהוי של גנים המווסתים על ידי מעכבים של cyclooxygenase. ספריית cDNA נבנתה משורת תאים של המעי הגס באדם הידועה כ-HCT-116, שטופלו עם NSAIDs. הגן NAG-1 המשופעל על ידי NSAID, זוהה מספריה זו ונמצא מכיל רצף זהה ל-MIC-1 (Baek וחב' ב-Mol Pharmacol משנת 2001). בשני ניסיונות נפרדים נוספים לזהות חברים חדשים של משפחת העל TGF-β, וחלבונים מורפוגנטיים של העצם (BMPs) הנמצאים בשליה באופן מועשר, שובט אותו גן ונקרא PLAB או placental bone morphogenetic protein, וכן PTGFβ או Placental Transforming Growth Factor β. GDF15 זוהה על ידי סריקה של database של חומר שלייתי מאדם, מכיל motif של "לולאה ציסטינית" השכיחה בחברים אחרים של משפחת העל TGF-β (Bottner וחב' ב-Gene משנת 1999).
מחקרים אחדים מצאו רמות מוגברות של GDF-15 בנסיוב של סוגי סרטן רבים (Welsh וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2003, וכן Welsh וחב' ב-Oncogene משנת 2002).
GDF-15 כרוך עם מחלות רבות ובטבלה מסוכמים התפקודים הפנוטיפיים שלו:
GDF-15 כסמן
כיוון שריכוז החלבון GDF-15 יכול להיקבע בקלות בצירקולציה, מחקרים רבים זיהו את GDF-15 כסמן חשוב בפלזמה הכרוך במספר מחלות. GDF-15 נכרך עם מחלות קרדיו-וסקולריות, מחלת עורקים כליליים, ופרפור פרוזדורי. רמות מוגברות של GDF-15 בצירקולציה נמצאות בסוכרת, סרטן, פגיעה קוגניטיבית ובמצב של cachexia (Adela ו-Banerjee ב-J Diabetes Res משנת 2015, Tsai וחב' ב- Int J Obes משנת 2016 ו-Wollert וחב' ב-Chem Clin משנת 2017). במחקר של נשים בריאות בבסיסו, רמות הבסיס של GDF-15 נקבעו ב-257 משתתפות שפיתחו במהלך המעקב של 4 שנים אוטם שריר לב, שבץ מוחי, או שנפטרו מאירוע קרדיו-וסקולרי, וכן בקבוצת ביקורת של 257 נשים שלא דיווחו על כל אירוע בריאותי משמעותי. בנשים שפיתחו אירוע קרדיו-וסקולרי נמצאו רמות GDF-15 מוגברות פי 2.7 מאשר בקבוצת הביקורת.
ההשפעה הייתה בלתי תלויה בגורמי סיכון קרדיו-וסקולריים מסורתיים כגון C-reactive protein (על פי Brown וחב' ב-Lancet משנת 2002). מחקר נוסף בחן את רמות GDF-15 ב-14,577 מטופלים עם מחלת לב כלילית יציבה ומצא שרמות GDF-15 היו כרוכות במוות מסיבה קרדיו-וסקולרית, במוות פתאומי, במוות מאי-ספיקת לב, ובאשפוז מסיבה של כשל לבבי (Hagstrom וחב' ב-Clin Chem משנת 2017). הקשר בין GDF-15 לתוצאים קרדיו-וסקולריים נלמד גם כחלק ממחקר הלב של Framingham (בו נכללו 3,248 משתתפים, בגיל ממוצע של 59 שנים, עם 53% נשים). GDF-15 נכרך בתמותה מכל-סיבה, באי-ספיקת לב, ובאירועים קרדיו-וסקולריים משמעותיים (Wang וחב' ב-Circulation משנת 2012). הקשר בין GDF-15 לבין מוות מכל-סיבה, נחקר גם ב-1,391 משתתפי מחקר Rancho Bernardo (גיל ממוצע של 70 שנה, ללא היסטוריה של מחלה קרדיו-וסקולרית), שהיו במעקב במשך 11 שנה. נמצא במחקר האחרון ש-GDF-15 היה מנבא חזק של תמותה מסיבה כלשהי, או מתמותה שאינה מסיבה קרדיו-וסקולרית (Daniels וחב' ב-Circulation משנת 2011).
Brown וחב' ב-Clin Cancer Res משנת 2003, מדדו רמות GDF-15 בדגימות נסיוב של 260 תורמי דם בריאים, ו-193 מטופלים עם פוליפים אדנומטיים או עם קרצינומה של המעי הגס והחלחולת. נמצאה עליה פרוגרסיבית ברמות GDF-15 באלה עם פוליפים אדנומטיים או באלה עם קרצינומה של המעי הגס. רמות GDF-15 היו גם במתאם עם שלב המחלה הגרורתית לבלוטות הלימפה. במחקר רטרוספקטיבי, רמות GDF-15 בנסיוב נקבעו ב-70 דגימות של חולים עם סרטן הערמונית, ובאלה עם תוצאות ביופסיה שליליות. רמות GDF-15 נמצאו מוגברות בחולים עם סרטן הערמונית, ותאמו את שלב המחלה (Li וחב' ב-PLos One משנת 2015).
GDF-15 בתגובה למצבי עקה
mRNA של GDF-15 הוא בעל תפוצה רחבה ברקמות רבות. הוא מבוטא מאוד בשלייה ובערמונית, אך ניתן גם למצוא אותו בלב, בבלוטת הלבלב, בכבד, בכליות, במעיים (בעיקר במעי הגס), ובריאות (Yokoyama-Kobayashi וחב' ב-J Biochem משנת 1997, Bottner וחב' ב-J Cachexia Sarcopenia Muscle משנת 2016, Tan וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2000, ו-Koopmann וחב' ב-Clin Cancer Res משנת 2004). החלבון GDF-15 נוצר כחלבון באורך מלא של 35,000 דלטון. לאחר שהקצה ה-N טרמינלי מבוקע, החלבון הבשל מופרש כדימר בגודל של 25,000 דלטון בו שני המונומרים מחוברים בקשר דיסולפידי.
מחקרים הראו ש-GDF-15 הוא כעין ציטוקין המושרה על ידי עקה, בתגובה לפציעה רקמתית. לדוגמה Hsiao וחב' ב-Mol Cell Buol משנת 2000, הראו שהביטוי של GDF-15 בכבד, גדל משמעותית ובמהירות על ידי הזקת כימיקלים הידועים כגורמי נזק להפאטוציטים כגון כלורופורם. מעבר לפציעה כימית, חוקרים אלה הראו שהביטוי הכבדי של GDF-15 mRNA הושרה לאחר קטיעה חלקית של אונת כבד. הביטוי של GDF-15 יכול לגדול גם כתוצאה מנזק לתאי האפיתל של כיס המרה. כמו כן, פגיעה כימית בצינור המרה המושרית על ידי DAPM או methylenedianiline הביאה לעלייה בביטוי של GDF-15 mRNA.
היברידיזציה in situ אישרה ש-GDF-15 mRNA מושרה בהפאטוציטים, אך לא באזורי צינור המרה, שהוא אזור הנזק העיקרי הנגרם על ידי DAPM. עם זאת, למרות ההשריה הדרמטית לאחר נזק כבדי, לא נראה ש-GDF-15 משחק תפקיד משמעותי בפציעה כבדית, או ברגנרציה של פציעה זו. אכן, עכברים משוללי GDF-15 מתקנים את הנזק הכבדי שלהם באותו קצב של עכברי wild type, לאחר ניתוח הרחקה של חלק מהכבד.
Zimmers וחב' ב-Shock משנת 2005, חקרו את הרגולציה של GDF-15 במודלים של עכברים עם פציעה כלייתית או ריאתית. לאחר הזרקת כלורופורם, התגלתה בשיטת Western blotting עלייה בביטוי של GDF-15 בכליות ובריאות. בחמש מתוך שש הסרות ניתוחיות של הכליה, או במודלים של איסכמיה וזילוח מחדש, התגלתה עליה בביטוי של GDF-15 mRNA, בשיטת אנליזה של northern blotting. חוקרים אלה פיתחו גם 2 מודלים של פציעה ריאתית, על ידי החדרה של bleomycin לעכברים מבוגרים, או חשיפה היפראוקסית ממושכת בעכברים שזה עתה נולדו. בשני מודלים אלה נמצאה השרייה בולטת של GDF-15 mRNA.
הביטוי של GDF-15 עלה במהירות בתגובה לפציעה קרדיו-וסקולרית. לדוגמה, במודל עכברים בו ביטוי מוגבר של MEF2C או myocyte enhance factor 2C הגורם לקרדיומיופתיה נרחבת ולהחלשת שריר הלב, נמצא ש-GDF-15 mRNA הושרה משמעותית בלב הקרדיומיופתי בעכברים מבוגרים. במודל של איסכמיה, על ידי ליגציה קבועה של עורק כלילי בעכברים, נמצאה עליה מהירה של GDF-15 mRNA באזור האיסכמי.
GDF-15 וסרטן
רמות מוגברות של GDF-15 בנסיוב נכרכו עם סוגי סרטן רבים. מספר מחקרים הראו שביטוי מוגבר של GDF15 mRNA ושל החלבון עצמו, בדגימות ביופסיה מגידולים סרטניים (Welsh וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2003, ו-Welsh וחב' ב-Cancer Res משנת 2001 מחקר שהתייחס ספציפית לסרטן הערמונית). עם זאת, מחקרים תפקודיים של תפקיד GDF-15 בסרטן מוגבלים במספרם. יש נתונים אחדים ש-GDF-15 הוא בעל פעילות מדכאת סרטן, אך מחקרים אחרים שוללים זאת.
פעילות מדכאת סרטן של GDF-15
כדי לאשש את השפעת GDF-15 על שגשוג תאים סרטניים, הוזרקו תאי MCF-7 המבטאים GDF-15 ביתר לתוך בלוטות החלב של עכברי nude במודל אורתוטופי של סרטן. ביטוי-יתר של NAG-1 נמצא מפחית את גודלו של גידול אורתוטופי בערך ב-50% (Martinez וחב' ב- J Pharmacol Exp Ther משנת 2006). במחקר אחר, תאי PC-3 שעברו טרנספקציה עם וקטור ריק, או כאלה שעברו טרנספקציה על ידי קונסטרקטים המבטאים ביתר GDF-15, הוזרקו מתחת לעורם אל הבטן של חולדות חסרות טימוס. גידולים שנוצרו על ידי הזרקת תאי PC-3 שעברו טרנספקציה עם וקטור ריק גדלו במהירות, ואילו גידולים שנוצרו על ידי הזרקת תאי PC-3 שעברו טרנספקציה עם GDF-15, גדלו בקצב איטי בהרבה (Lambert וחב' ב- J Cell Physiol משנת 2006). זאת ועוד, שורת התאים LN-Z308 המבטאים בעודף את GDF-15, הוזרקו תת-עורית לתוך הכֶּסֶל של חמישה עכברי Swiss nude, ונמצא שהפעילות הטומורוגנית בוטלה לחלוטין (Albertoni וחב' ב-Oncogene משנת 2002).
הפעילות מדכאת הסרטן של GDF-15 נבחנה כמו כן במודל של עכברים טרנסגנים ל-GDF-15, שטופלו עם הקרצינוגן azoxymethane הגורם לגידולים במעי הגס. בהשוואה לעכברים מאותו השגר שאינם טרנסגנים, העכברים הטרנסגנים פיתחו 50% פחות של מוקדים קריפטיים ולא פיתחו כלל גידולים. לאחר הצלבה עם עכברי ApcMin, שהוא מודל עכברים לגידולי מעי, עכברים הטרוזיגוטיים כפולים הראו ירידה של 60% בפוליפים, בהשוואה לעכברי ApcMin מאותו השגר שאינם טרנסגנים (Baek וחב' ב-Gastroenterology משנת 2006). עכברי GDF-15 טרנסגנים הוצלבו עם עכברי TRAMP או Transgenic Adenocarcinoma of Mouse Prostate, שהוא מודל של גידול ערמונית ספונטני. ביטוי-יתר של GDF-15 האריך את ההישרדות והגביל את שגשוג הגידול הסרטני בעכברי TRAMP (Husaini וחב' ב-PLos One משנת 2012). והיפוכו של דבר, איבוד GDF-15 הביא לעידוד שגשוג הגידול. עיכוב של יצירת פוליפים במעיים על ידי sulidac שהוא תכשיר מעכב COX, אבד בעכברי ApcMin החסרים GDF-15 (Zimmers וחב' ב-J Cancer Res Clin Oncol משנת 2010).
פעילות תומכת בטומורוגניות של GDF-15
Boyle וחב' ב- J Invest Dermatol משנת 2009, חקרו את ההשפעה של GDF-15 על השגשוג של גידולים במודל xenograft של עכברים. החוקרים ביצעו טרנספקציה של תאי מלנומה גרורתיים מהסוגים 04D, A2058 ו-C32, או עם ביקורת של shRNA או עם shRNA ספציפי ל-GDF-15. התאים הוזרקו תת-עורית לתוך עכברי nude. התאים שטופלו עם shRNA כביקורת התפתחו במהירות לגידולים נראים לעין, בעוד שחיסול GDF-15 הביא ליצירה מינימלית של גידולים. על מנת להעריך את התפקיד של GDF-15 בסרטן הערמונית, יוצרו תאי PC-3 המבטאים ביתר את GDF-15, והוזרקו לבלוטת הערמונית של עכברי nude חסרי טימוס. בהשוואה לחיות שהוזרקו עם תאי PC-3 שעברו טרנספקציה עם וקטור ריק, לא נמצא הבדל משמעותי בגודלה של השאת.
מספר מחקרים הראו ש-GDF-15 משחק תפקיד חשוב בדיכוי של התפתחות גידולים סרטניים. באותו זמן, הספרות מראה ביטוי-יתר של GDF-15 בגידולים, מה שלכאורה סותר את הפעילות מדכאת הסרטן של GDF-15. סתירה זו יכולה להתרחש בגין הפעילות מדכאת הגידול של GDF-15 בשלבים מוקדמים של התפתחות הגידול, ואילו בהמשך GDF-15 עלול להפוך ל-promoter של התפתחות הגידול לשלביו הממאירים. גם חברים נוספים במשפחת העל של TGFβ, נמצאו מדגימים בדומה השפעות מעודדות ומדכאות של גידולים, בתלות במקור הגידול, בשלב הגידול והקשר התאי שלו כמו הסטאטוס האפיגנטי של הגידול והמווסתים המשועתקים שלו (Matsumura וחב' ב-Genome Res משנת 2011). המנגנון המולקולרי של מסלול האיתות התוך-תאי של GDF-15 ממתין עדיין לפיענוח סופי. יתרה מכך, GDF-15 קיים במספר צורות כאשר גם צורת ה-pro-domain וצורת ה-mature domain שלו יכולות להיות בעלות פעילויות ביולוגיות שונות זו מזו (Bauskin וחב' ב-EMBO J משנת 2000, ו-Cancer Res משנת 2005).
GDF-15 והמערכת הקרדיו-וסקולרית
מספר מחקרים הציעו ש-GDF-15 מספק הגנה ללב. Xu וחב' במחקרם ב-Circ Res משנת 2006, גרמו בתאים קרדיומיוציטיים נאו-נטליים בתרבית לביטוי יתר של GDF-15 על ידי טרנספקציה עם נגיף adeno, וכך הפכו תאים אלה עמידים להיפרטרופיה מושרית על ידי אגוניסטים. יתרה מכך, חוקרים אלה יצרו עכברים טרנסגניים עם GDF-15 הספציפי ללב. עכברים טרנסגניים אלה היו נורמליים, אך הם היו מוגנים בפני היפר-טרופיה לבבית הנגרמת מלחץ עודף. לעומת זאת, עכברים החסרים GDF-15 שנראים גם כן נורמליים, טופלו על ידי ליגציה זמנית שנמשכה שעה אחת של עורק כלילי, ולוותה על ידי זילוח מחדש למשך 24 שעות. גודל השטח בסיכון כתוצאה מהחסימה הכלילית היה דומה לזה של עכברים תקינים מאותו שגר, אך גודל האוטם של שריר הלב לאחר הזילוח מחדש, היה משמעותית גדול יותר בעכברי משוללי GDF-15 (Kempf ןחב' ב-Circ Res משנת 2006).
פרט ללב, ההשפעה של GDF-15 על טרשת עורקים נלמדה במספר מחקרים, אך תוצאותיהם סותרות. במחקר אחד, לאחר טיפול של עכברים משוללי קולטנים ל-LDL עם מנה קטלנית של קרינה, העכברים הושתלו עם מח עצם שנלקח מעכברים wild type או מעכברים המשוללים GDF-15, כאשר העכברים המוקרנים קיבלו מזון אתרוגני למשך 24 שעות. למרות שלא נמצא כל הבדל בשטח הטרשת, עכברי knockout ללא קולטן ל-LDL, שהוזרקו עם מח עצם מעכברים המשוללים GDF-15, הראו אגירה מוחשת של מקרופאגים, ומאפיינים של התרופפות רבדים טרשתיים, מה שמרמז לתפקיד הגנתי של GDF-15 בטרשת עורקים מתקדמת, ובמצב של הצטברות מקרופאגים (Preusch וחב' ב-Eur J Med Res משנת 2013). לעומת זאת, מחקר דומה הגיע למסקנה הפוכה. עכברי knockout ללא קולטנים ל-LDL, הושתלו עם עצם של עכברים משוללים GDF-15, ונגרמה ירידה בגודלם של נגעים טרשתיים מוקדמים, לאחר 4 שבועות על דיאטה עשירה בשומן. הרבדים הכילו תסנינים מופחתים של מקרופאגים, ויצירה מופחתת של ליבה נִמְקִית של התהליך הטרשתי (de Jager וחב' ב-J Biochem Mol Biol משנת 2011).
עדות תומכת נוספת על התפקיד ההגנתי שמעניק GDF-15 בהקשר של טרשת עורקים, מגיעה ממחקר שעשה שימוש בעכברים החסרים ApoE כמודל לטרשת עורקים. Johnen וחב' ב-Nat Med משנת 2007, חקרו את ההשפעה של ביטוי-יתר טרנסגני של GDF-15 במקרופאגים. לאחר תקופה של 6 חודשים בה הוזנו במזון עתיר-שומן, עכברים משוללי ApoE המבטאים ביתר GDF-15, היו בעלי נגעים קטנים יותר בסינוס של אבי העורקים, וב-thoracic aorta. גם באבי העורקים הבטני גודלם של הנגעים הטרשתיים היה מוקטן. לעומת זאת, כאשר עכברים משוללי GDF-15, זווגו עם עכברי knockout נטולי ApoE, נמצא שהחסר של GDF-15 גרם להתפתחות של נגעים טרשתיים בקשת אבי העורקים וכן בעורק האלמוני (innominate artery) שהוא עורק קצר המתחיל כענף הגדול הראשון היוצא מקשת אב העורקים, עובר מעלה וימינה, ומסתיים בחלק התחתון של הצוואר, זאת לאחר שעכברים אלה הועברו לדיאטה עתירת-כולסטרול למשך 20 שבועות, מה שמרמז ש-GDF-15 עשוי לעודד התפתחות של נגעים טרשתיים (Bonaterra וחב' ב-J Am Heart Assoc משנת 2012)
לסיכום, למרות ראיות ממחקרים אפידמיולוגים שמראים שרמות GDF-15 בצירקולציה כרוכות בחוזקה עם פרוגנוזה קרדיו-וסקולרית גרועה יותר, התפקיד המדויק של GDF-15 במערכת הקרדיו-וסקולרית עדיין אינו מובן באופן ברור.
GFG-15 משפר את הסיכון באוטם שריר הלב עם מקטע ST מוגבר
שיעורי התמותה במהלך אשפוז או לאורך זמן בקרב אלה עם אוטם שריר לב על רקע עלייה חדה ב- ST-segment (להלן STEMI), מראים הבדלים משמעותיים בין אלה המטופלים באופן פיברינוליטי כפי שהודגם כבר ב-1994 בניסוי ה-Fibrinolytic Therapy Trialists'. הערכת סיכון מוקדם או מתמשך חיוני אם כך להחלטות הטיפוליות. בין גורמי הסיכון לשיעורי תמותה גבוהים יותר נמצא גיל מתקדם של לחץ דם סיסטולי נמוך יותר, קצב לב מוגבר, דרגת סיווג גבוהה ע"ש Killip (Lee וחב' ב-Circulation משנת 1995). גורמים אלה ומשתנים קליניים אחרים נכללים במרד הערכת הסיכון ע"ש TIMI או thrombolysis in myocardial Infarction, מה שיכול לסייע בטיפול ליד מיטת החולה (Morrow וחב' ב-Circulation משנת 2000). הוכנסו מדדים כגון טרופונין ו-BNP המסייעים אף הם לספק הערכה פרוגנוסטית במקרי STEMI (Bjorklund וחב' משנת 2006).
GDF-15 זוהה כחלבון המשודרג במיוציטים של הלב על ידי איסכמיה, תרכובות עתירות חמצן פעיל (ROS) וציטוקינים תומכי-דלקת, מה שמעלה אפשרות ש-GDF-15 יכול להיות סמן של מסלולי עקה קרדיאלית (Kempf ב-Circ Res משנת 2006, ו-Xu וחב' באותו כתב עת מאותה שנה). למרות ש-GDF-15 אינו מבוטא באופן נורמאלי במיוקרדיום של מבוגרים, ביטויו ברקמה זו גדל משמעותית במהלך נזק הנגרם באיסכמיה ניסויית וזילוח מחדש. Wollert וחב' הראו ב-Circulation משנת 2007, שרמות GDF-15 בצירקולציה מוגברות ומתייחסות באופן בלתי תלוי לתמותה מסיבה כלשהי במטופלים עם תסמונת כלילית חריפה עם non-ST-elevation. כדי לברר האם GDF-15 עשוי לספק מידע פרוגנוסטי במטופלים עם STEMI, נמדדו רמותיו בנסיוב של האחרונים שהשתתפו בשני ניסויים קליניים, Assent-2 ו-Assent-plus.
תוצאות מחקר של Kempf וחב' ב-Eur Heart J משנת 2007 היו כדלקמן: רמות GDF-15 בנסיוב נמדדו בשיטה אימונו-טורבידומטרית ב-741 מטופלים עם STEMI. בערך ב-72.2% מתוכם נמצאו רמות הגבוהות מ-1,200 ננוגרם/ליטר. רמות גבוהות של GDF-15 היו כרוכות בסיכון מוגבר של תמותה בהלך מעקב של שנה אחת. שיעורי התמותה מקץ שנה היו 2.1%, 5.0% ו-14.0% במטופלים עם רמות GDF-15 הנמוכות מ-1,200, או כאלה בין 1,200-1,800 או באלה עם רמות גבוהות מ-1,800 ננוגרם/ליטר, בהתאמה (p<0.001). GDF-15 נותר מנבא בלתי תלוי של תמותה לאחר התאמה עם משתנים קליניים כטרופונין T, או כ-N terminal pro-B-type natriuretic peptide.
GDF-15 והכליות
רמות של GDF-15 בצירקולציה נמצאו במתאם חזק עם הסיכון המוגבר של התקדמות מחלת כליות כרונית (CKD). שני מחקרים בלתי תלויים שהתייחסו לסוגיה זו, בהם השתתפו מטופלים מאובחנים היטב עם CKD, היו מחקר C-PROBE שכלל 224 משתתפים בגיל ממוצע של 58 שנה, ומחקר SKS (Seattle Kidney Study) שכלל 297 משתתפים בגיל ממוצע של 62 שנה. Nair וחב' ב- J Am Soc Nephrol משנת 2017, חקרו האם ביטוי ברקמת הכליות של GDF-15 mRNA, תואם את רמות GDF-15 בצירקולציה, וכן הם בחנו את הקשר בין תפקוד הכליות לרמת GDF-15 בצירקולציה. מתוך המדגם של C-PROBE נבחרו 24 מטופלים עם נתוני ביטוי גני שהופקו מדגימות ביופסיה של הכליות. נמצא ש- GDF-15 mRNA מהאזור האבובי-אינטרסטיציאלי של הכליה, הראה מתאם חיובי חזק עם רמות GDF-15 בצירקולציה. בחינת 2 המדגמים הגיעה למסקנה שרמות GDF-15 בצירקולציה היו כרוכות בדעיכה של 30% ב-GFR ובהתקדמות למצב של ESRD. משתתפי הניסוי עם רמות GDF-15 גבוהות יותר בנסיוב היו בסיכון מוגבר לדעיכה מתמשכת של ה-GFR.
מחקרים קדם-קליניים סיפקו ראיות מסוימות ש-GDF-15 עשוי לספק הגנה לכליות. נחקרה האפשרות של נזק כלייתי במודלים של עכברים משוללי GDF-15 עם סוכרת type 1 או type 2. בעכברים בהם סוכרת type 1 הושרתה על ידי streptozotocin, חסר GDF-15 הגביר את אובדן גלוקוזה בשתן, הגביר את יצירת השתן, הגדיל את צביעת α-SMA, הגדיל את הביטוי של mRNA של קולאגן type 1, וכן הגדיל את הביטוי של KIM-1 ושל סמנים דלקתיים. בעכברים סוכרתיים db/db type 2, שמט גנטי של GDF-15 גרם לרמות גבוהות יותר של גלוקוזה בשתן, ולקראטינין מוגבר בנסוב. אנליזה אימונו-היסטולוגית הדגימה גם כן צביעה אינטרסטיציאלית מוגברת יותר של α-SMA, וצביעת KIM-1 באבוביות, מה שמצביע על כך שבעכברים משוללי GDF-15 יש נזק אבובי גדול יותר באופן משמעותי, בהשוואה לעכברים wild type (Mozagova וחב' ב- Am J Physiol Renal Physiol משנת 2013).
מחקר עדכני יותר בחן את ההשפעות של GDF-15 רקומביננטי על תהליכי פיברוזיס כלייתי במודל של עכברים. לאחר ניתוח חד צדדי לחסימת השופכן, העכברים טופלו פעמיים בשבוע על ידי הזרקה תוך-פריטונאלית של GDF-15 רקומביננטי. לאחר 10 ימים, רקמות הכליה נחתכו ונצבעו בצביעת Masson’s tri-chrome ובצביעת Sirius להערכה של פיברוזיס כלייתית. גם α-SMA וקולאגן 1 נצבעו להערכת שפעול של פיברובלסטים. תהליך פיברוטי וכן שפעול פיברובלסטים פחתו משמעותית בכליות מעכברים המטופלים עם GDF-15 (Kim וחב' ב- Biochem Biophys Res Commun משנת 2018). למרות מחקרים אפידמיולוגיים שהדגימו בבירור קשר אמיץ בין רמות גבוהות של GDF-15 לבין סיכון מוגבר למחלות כליה ומחלות קרדיו-וסקולריות, הם אינם סותרים בהכרח את התפקיד ההגנתי המיוחס ל-GDF-15 בהקשר של הלב והכליות, המשתמע ממחקרים תפקודיים במודלים של חיות. השדרוג של GDF-15 עשוי להיות התגובה המפצה של הגוף לפציעה רקמתית. דוגמה דומה נמצא בפפטידים הנתריאורטיים, המשרים השפעה אנטי-היפרטרופית ומפחיתים לחץ דם, אך הם עדיין סמנים של תוצאים בלתי-רצויים (Woods וחב' ב-Clin Exp Pharmacol Physiol משנת 2004, ו- van der Veldeוחב' ב- Curr Heart Fail Rep משנת 2014).