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一、研究背景二叶主动脉瓣（Bicuspid aortic valve,BAV）是最常见的先天性心脏疾病,在人群中总体发病率为1%-2%。正常的主动脉瓣（Tricuspid aortic valve,TAV）由三个呈半月形且大小均一的瓣叶构成,根据它们与冠状动脉口的对应关系可分为左、右和无冠瓣,而BAV通常由两个大小不等的瓣叶组成。Sievers等人根据瓣叶的融合情况以及融合脊数量等,对BAV进行了系统分型,这也是心脏外科文献中最常用Sievers’分型法。虽然BAV患者早期不会出现明显的临床症状,但随着年龄的增长会逐渐出现主动脉瓣狭窄或功能不全、主动脉瘤/夹层等多种并发症,其中最常见的为主动脉扩张。大多数BAV合并主动脉扩张的患者需要通过主动脉瓣和主动脉根部置换等外科手术进行治疗。目前指南将升主动脉最大直径作为手术处理的主要参考。由于BAV患者主动脉病变涉及多种病理生理学因素,包括血液动力学因素以及由遗传因素决定的分子和细胞变化。这使得对于升主动脉增宽至中度扩张（35 mm<d<50 mm）的BAV患者来说,单纯以最大升主动脉直径来衡量升主动脉的手术干预措施是具有局限性的。Girdauskas等人的研究发现,术前主动脉瓣关闭不全较主动脉狭窄的BAV患者在AVR术后发生主动脉夹层风险高10倍。但张明奎等人却研究发现主动脉瓣狭窄与BAV升主动脉的扩张明显相关。因此,越来越多的证据表明,BAV患者的主动脉瓣膜形态相较于升主动脉直径可能对主动脉扩张的影响更大。此外,Mahadevia等人通过4D MRI研究发现,BAV患者融合的瓣叶形态会引起主动脉瓣口血流动力学改变,形成瓣口高速偏心性血流,使得BAV较TAV患者的升主动脉管壁承受更高的血流冲击力。并且不同融合类型的BAV其血流速度方向和升主动脉管壁受力分布也会出现明显不同,引起升主动脉呈现出不同的扩张类型。任心爽等人的研究也同样发现BAV患者的不同病理分型与升主动脉扩张类型存在明显差异。因此,我们需要寻找更多临床指标来指导目前的手术策略,而不是单纯以升主动脉直径大小来衡量另外,Chim等人通过比较BAV伴升主动脉瘤、TAV伴升主动脉瘤以及无扩张的升主动脉组织发现,BAV患者升主动脉顺应性更差,并且主动脉壁基质降解导致的弹性蛋白的分布也存在明显差异。而主动脉瘤发生最主要的病理生理机制就是主动脉血管平滑肌细胞（Vascular smooth muscle cells,VSMCs）的丢失和细胞外基质（Extracellular matrix;ECM）的降解。在这个病理过程中金属基质蛋白酶（Matrix metalloproteinases,MMPs）及其组织因子抑制物（Tissue inhibitor of metalloproteinases,TIMPs）的平衡失调发挥了重要作用。MMPs是一类可以降解ECM的蛋白酶,其中MMP-2和MMP-9被认为是ECM降解过程中最重要的MMPs。目前文献研究显示TIMP-1、TIMP-3及TIMP-4能显著抑制MMP-2及MMP-9的活性。同时,Ikonomidis等人也发现,不同融合方式的1型BAV患者主动脉组织中MMPs和TIMPs的表达也具有显著差异,但未对BAV的其他类型进行分析。二、研究目的本研究拟从BAV瓣膜分型的角度出发,通过倾向性评分匹配（Propensity score matching;PSM）平衡BAV组和TAV组患者的术前基线资料,比较BAV和TAV单纯行AVR（机械瓣）术中及术后中远期临床资料并寻找影响BAV升主动脉扩张的危险因素,为BAV患者手术策略的制定提供参考依据。进一步,比较BAV、TAV和对照组升主动脉壁组织的病理学差异以及MMP-2、MMP-9和TIMP-1、TIMP-3、TIMP-4在各组主动脉组织中的分布和表达情况。三、研究方法1.根据纳排标准收集2014年1月至2019年6月于陆军军医大学第二附属医院单纯接受AVR（机械瓣）的连续性患者并分为TAV组和BAV组,通过PSM平衡两组术前基线资料,比较两组术中及术后中远期临床资料并寻找影响BAV升主动脉继续扩张的危险因素。2.比较BAV、TAV和对照组升主动脉壁病理学和金属基质蛋白酶及其抑制物表达的差异。2.1人体主动脉组织标本的收集:BAV组及TAV组升主动脉组织取自接受升主动脉置换手术‘的患者,主要包括David、Bentall、Sun’s手术等。对照组（Control）升主动脉组织取自接受冠状动脉旁路移植术（Coronary artery bypass grafting,CABG）打孔的患者。其中BAV组根据Sievers’分型法进行分型。2.2组织标本石蜡切片后通过苏木精-伊红染色法（Hematoxylin-eosin staining,HE）、伟郝夫范吉森染色法（Verhoeff’s Van Gieson,EVG）、Masson染色法比较各组升主动脉病理学的差异。2.3组织标本冰冻切片后通过免疫荧光法检测MMP-2、MMP-9及抑制物TIMP-1、TIMP-3、TIMP-4在各组中的表达和分布情况。2.4提取组织蛋白通过Western blot检测MMP-2、MMP-9及抑制物TIMP-1、TIMP-3、TIMP-4在各组的表达情况。四、研究结果1.临床研究共计纳入245例患者,其中TAV患者为158例,BAV患者为87例。BAV患者根据Sievers’分型进一步分为0型Ap 15例,0型Lat 21例,1型45例,2型6例。2.PSM成功匹配了69对患者,并平衡了两组之间的基线差异（P>0.05）。两组患者的术中及围手术期结局均无显著性差异（P>0.05）。在45个月中位随访期间,两组升主动脉直径、主动脉窦部直径及其变化情况、主动脉不良事件发生率、人工瓣膜的功能状态及心功能分级均无显著性差异（P>0.05）,而BAV组升主动脉变化差值、年变化率以及升主动脉继续扩张人数的比例均显著高于TAV组（分别为P=0.016,P=0.010和P=0.041）。3.PSM队列经多因素Logistic回归分析显示,BAV分类[OR=3.296（95%CI:1.473-7.372）]、主动脉瓣单纯反流[OR=6.491（95%CI:2.691-15.657）]及主动脉瓣狭窄伴反流[OR=8.233（95%CI:2.565-26.429）]与AVR术后升主动脉继续扩张存在独立正相关。进一步,在PSM队列中筛选出BAV队列,并经多因素Logistic回归分析显示,1型BAV分型[OR=10.378（95%CI:1.587-67.853）]、吸烟史[OR=4.959（95%CI:1.158-21.231）]以及主动脉瓣单纯反流[OR=8.070（95%CI:1.729-37.674）]与AVR术后升主动脉继续扩张存在独立正相关。4.实验研究收集了BAV（n=12）、TAV（n=5）患者及Control（n=5）升主动脉组织。其中BAV患者根据Sievers’分型法分为Type 1 R-N（n=3）、Type 1 L-R（n=4）、Type 0Lat（n=3）、Type 0 Ap（n=3）。5.通过HE、EVG、Masson染色发现,Control组主动脉壁中层均未见明显的炎性细胞浸润,同时弹性纤维和胶原纤维也较为完整和有序。而BAV组中可见明显的炎性细胞浸润,并且与对照组和TAV组相比,其弹性纤维和胶原纤维断裂更加严重。6.在BAV不同分型的患者中,Type 1 R-L组主动脉壁中层弹性纤维和胶原纤维断裂的程度最严重,且含量最少。7.通过免疫荧光和Western blot检测发现,在BAV患者的主动脉组织中,MMPs和TIMPs的整体表达水平显著高于对照组,同时与TAV组存在显著差异。8.在BAV各分型中,MMPs和TIMPs表达水平在Type 0 Lat组和Type 0 Ap组中最高,显著高于其他分型,而在Type 1 L-R组中,MMPs的表达水平相对较高,TIMPs的表达相对较低。五、研究结论1.在中位随访时间为45个月期间,BAV患者（升主动脉直径介于35-50mm）较TAV患者在AVR术后更易发生主动脉的继续扩张。2.在BAV患者中,由于1型分型、吸烟史及主动脉瓣反流是AVR术后升主动脉出现继续扩张的独立危险因素。因此,对于合并上述危险因素且升主动脉直径介于35-50mm的BAV患者,在行AVR手术时,对于升主动脉建议采取积极的态度,如升主动脉成形术、升主动脉包裹术、Bentall手术等,以减少升主动脉远期继续扩张甚至夹层的风险。3.与Control组、TAV组以及其他BAV分型相比,Type 1 L-R分型的升主动脉,其细胞外基质降解的程度最严重,这使得该分型主动脉表现出最弱的支撑能力。因此,该分型更容易发生主动脉瘤甚至夹层。