2型糖尿病心血管并發癥早期診斷生物標志物的研究進展

汪慧卉，吳柱國，王 穎

(1.廣東醫科大學第二臨床學院，廣東 東莞 523000； 2.東莞市清溪醫院心血管內科，廣東 東莞 523660)

全球糖尿病患者逐年增多，據2015年國際糖尿病聯盟數據顯示，全球糖尿病患者已有4.15億，其中2型糖尿病(type 2 diabetes，T2DM)占95%以上，預計到2030年，全球糖尿病患病人數將增至5.52億[1]。糖尿病并發癥嚴重威脅和影響患者的生命和生存質量，1/2以上糖尿病患者的死亡與糖尿病心血管并發癥有關[2]。因此，應重視糖尿病及其相關心血管并發癥的疾病管理和相關研究。

隨著社會醫療保險制度的健全，人們飲食習慣也發生了改變，鄉鎮居民T2DM的發病率亦增高。基層醫院糖尿病的就診率逐年增加，但大部分基層醫院因缺少相應醫療設備，導致糖尿病心血管并發癥的確診率較低。心力衰竭和外周動脈疾病是T2DM心血管并發癥最常見的初始臨床表現[3]。動脈粥樣硬化是T2DM心血管并發癥的病因，而炎癥是動脈粥樣硬化的核心發病機制。研究證實，血管內皮功能障礙和慢性炎癥是心血管疾病的主要發病機制[3]。因此，對各類與炎癥相關生物標志物和T2DM及其并發癥關系的研究具有重要意義。無法行冠狀動脈造影檢查時，可對血液生物標志物進行檢測，從而及早發現糖尿病心血管并發癥的發生風險。近年來，一系列T2DM心血管并發癥的生物標志物相繼被發現，部分特異生物標志物可通過不同機制參與糖尿病并發癥的發生發展，并可用于預測冠心病、心力衰竭的發生風險[4]。現對T2DM心血管并發癥早期診斷生物標志物的研究進展予以綜述。

1 血管內皮生長因子

1.1血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的生物學效應 VEGF是作用于內皮細胞的促血管生長因子，其特異性極強，可引起內皮細胞分裂、增殖和遷移，并可促進炎癥細胞在血管壁的黏附以及動脈粥樣硬化斑塊內血管的形成；可增加血管通透性，導致血清蛋白滲漏、血管壁水腫和炎癥細胞浸潤。近年來，對抑制VEGF產生及其信號轉導機制的研究已經闡明了VEGF調節血管生成的機制[2]。

1.2VEGF與T2DM心血管并發癥 血管內皮功能紊亂與炎癥反應是T2DM患者動脈內皮損傷和頸動脈中膜病變的重要病理改變。有研究表明，血清高水平VEGF對糖尿病大血管并發癥的發生具有促進作用[3]。在正常生理條件下，VEGF的表達水平非常低，在代謝疾病和高糖毒性條件下，VEGF的表達增加，而動脈粥樣斑塊內VEGF的過度表達及其與其他細胞因子之間的異常作用是導致斑塊性質改變的重要原因。此外，相關炎癥細胞及缺血、缺氧可誘發各種組織細胞分泌VEGF增加，使VEGF引起血管通透性增加，炎癥細胞和脂蛋白進入血管內皮，進一步促進動脈粥樣斑塊的生成，形成惡性循環[3]。有研究報道，VEGF水平可作為預測冠心病合并糖尿病患者病情發展的指標[3]。故可推測，血清VEGF水平升高可能是動脈粥樣硬化發生發展的重要因素，也是心肌缺血性病變的敏感指標。VEGF可能成為糖尿病并發心血管病變的血清學標志物。

2 白細胞介素-6

2.1白細胞介素(interleukin，IL)6的生物學效應 IL-6是重要的炎癥介質，也是急性期炎癥反應的調節劑，由血管內皮細胞、脂肪細胞、成纖維細胞、活化的白細胞和單核細胞多種細胞產生，可通過體液和細胞免疫影響炎癥反應和宿主防御，是聯系全身免疫反應和局部血管損傷的主要循環物質[4]。

2.2IL-6與T2DM心血管并發癥 IL-6對CRP具有調節控制作用，通過刺激肝細胞促進C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)的合成。有證據表明，CRP是預測T2DM的危險因子[5]。IL-6水平與全因死亡率有關，有研究證實，冠心病患者心臟缺血和壞死區域的CRP等炎癥細胞因子增加，且CRP增加與患者心肌梗死面積呈正相關，并可增加心臟破裂的可能，與許多前瞻性流行病學試驗結果一致[4]。

此外，由于IL-6與多種脂肪細胞因子的生物學作用具有相關性，故肥胖和糖尿病患者的胰島素循環水平降低和胰島素抵抗與IL-6調節心肌內脂質積累的作用相關，導致肥胖和糖尿病患者發生心血管并發癥的臨床易感性增加[6]。另有研究發現，IL-6、高敏CRP、高敏感性心肌肌鈣蛋白T和N端腦鈉肽前體(N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP)是預測T2DM患者心力衰竭發生率的獨立危險因子[7]。IL-6水平還與吸煙、糖尿病和血脂異常等明確的心血管危險因素以及多種影響炎癥的標志物相關，與IL-6對介導炎癥反應的關鍵作用一致[8-9]。由此可見，IL-6表達水平可能與T2DM心血管并發癥相關。

動脈粥樣硬化是T2DM心血管病變的病理基礎。除脂質代謝紊亂外，動脈粥樣硬化慢性低水平炎癥反應也在血管內皮損傷和膜病變發生發展中起至關重要的作用。血清IL-6水平升高是慢性炎癥反應的重要生物標志物，提示IL-6是老年T2DM發生心血管病變的重要危險因素，可能參與了T2DM患者心血管病變的發生和發展，但有關T2DM與IL-6 水平的變化卻未見報道[5]。綜上所述，IL-6與T2DM心血管并發癥之間的因果關系尚未確定。

3 IL-10

3.1IL-10的生物學效應 IL-10是一種抗炎細胞因子，由輔助性T細胞2、B淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞產生，可發揮重要的免疫系統調節作用，導致細胞因子產生減少，組織因子表達減少，抑制基質金屬蛋白酶，并促進淋巴細胞表型轉換[10-11]。

3.2IL-10與T2DM心血管并發癥 血清IL-10減少可能與T2DM患者心血管事件的發生呈正相關。有研究表明，巨噬細胞的抗原呈遞細胞和樹突狀細胞的IL-10與調節血管內皮功能及白細胞的募集等炎癥事件相關，此外，IL-10是人類動脈粥樣硬化的潛在危險因素，是冠狀動脈炎癥相關病理生理過程的標志物，可抑制各種促炎細胞因子，如IL-18、IL-12、IL-6、IL-1和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等，從而抑制炎癥反應[10]。

既往研究表明，與葡萄糖耐量正常的受試者相比，葡萄糖耐量受損或T2DM患者的IL-10水平較低，與體質指數呈負相關[12]。但另有研究表明，與健康對照組相比，T2DM患者的IL-10水平更高[11]。進一步對IL-10基因型的研究發現，晚期動脈粥樣硬化斑塊中IL-10信使RNA呈高表達[10]。不同基因型T2DM患者的IL-10水平存在差異，與CC基因型T2DM患者相比，TT基因型T2DM患者IL-10水平明顯較高[11]。研究顯示，T2DM心血管并發癥和急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)并發癥患者血清IL-10水平顯著升高[10]。T2DM患者促炎細胞因子的增加可引起抗炎細胞因子的代償性增加，以控制患者的亞臨床炎癥[11]。綜上所述，T2DM心血管并發癥患者血清IL-10水平升高可能是促炎介質升高和血管損傷的代償性反應。

4 NT-proBNP

4.1腦鈉肽(brain natriuretic peptide，BNP)和NT-proBNP 的生物學效應 BNP主要由心室心肌細胞合成和分泌。心肌細胞首先合成BNP原，稱之為proBNP(BNP前體)。心肌細胞受到刺激后，proBNP在蛋白酶作用下可裂解為NT-proBNP和具有生物活性BNP，兩者來源相同，并呈等摩爾分泌，釋放進入血循環。NT-proBNP無活性，與BNP相比，其半衰期更長，更穩定，其濃度可反映短暫時間內新合成的而不是貯存的BNP釋放，因此更能反映BNP通路的激活。

人體血漿中的BNP具有多種生物活性, 心室擴張或容量負荷過重可促使BNP的有效分泌，此外，AMI時梗死灶周圍心肌細胞的BNP分泌水平也明顯升高，其他影響BNP分泌的因素還包括原發性高血壓、腎功能衰竭、心律失常、慢性阻塞性肺疾病和糖尿病[13]。BNP在調節循環水電解質的平衡中發揮關鍵作用。

4.2BNP、NT-proBNP與T2DM心血管并發癥 目前，BNP與NT-proBNP主要用于篩查心臟疾病、評價左心室功能、識別呼吸困難的病因。NT-proBNP是心力衰竭的標志物，血漿NT-proBNP水平隨心力衰竭程度加重而升高，并與動脈粥樣硬化斑塊的嚴重程度呈正相關，NT-proBNP足夠穩定，目前臨床多檢測血漿NT-proBNP水平[13-14]。NT-proBNP不僅是預測心血管疾病風險的有效生物標志物，也可用于其他血管病變的風險預測。BNP水平與T2DM患者外周動脈疾病的患病率相關[15]。高敏感性心肌肌鈣蛋白T、NT-proBNP和高敏CRP是T2DM合并多種高危因素患者腎功能惡化的獨立危險因素，而腎功能惡化和水鈉潴留可增加T2DM患者心血管疾病的患病風險[16]。可見，通過檢測T2DM患者血漿NT-proBNP水平可預測T2DM患者發生心血管并發癥的風險。NT-proBNP水平檢測除具有確診價值外，還有助于指導治療及判斷預后[17]。

5 TNF-α

5.1TNF-α的生物學效應 TNF-α是巨噬細胞、淋巴細胞和脂肪細胞等多種細胞產生的促炎細胞因子。TNF-α是最重要的促炎介質之一，主要由脂肪細胞和(或)外周組織產生，并可參與活性氧類的產生以及各種轉錄介導途徑的激活，從而誘導組織特異性炎癥[18]。有研究表明，TNF-α在自身免疫性疾病的發病機制中發揮核心作用[19]。

5.2TNF-α與T2DM心血管并發癥 TNF-α與T2DM心血管并發癥的發生相關。最近研究發現，與非糖尿病對照組相比，T2DM患者血漿TNF-α水平顯著增高[11]。TNF-α主要參與T2DM發病機制和胰島素抵抗的發展，高水平TNF-α通過絲氨酸磷酸化損害胰島素信號傳導，誘導脂肪細胞和外周組織的胰島素抵抗，導致T2DM的發展，從而引發心血管疾病等相關并發癥[18]。

實驗證明，TNF-α升高與血糖控制較差有關，而其他標志物無此相關性[20]。臨床試驗表明，強化血糖控制可降低T2DM并發癥的發生率和患者的病死率，早期控制血糖以及管理心血管危險因素對逆轉與T2DM早期相關峰值炎癥的潛在作用，并可降低生命后期心血管和微血管并發癥的風險[21]。研究證實，老年T2DM患者的炎癥生物標志物水平與心血管疾病預后相關，可見，TNF-α也與T2DM心血管并發癥的發生發展以及預后相關[20]。通過阻斷TNF-α及其信號傳導抑制炎癥反應，降低胰島素抵抗的發生率，減緩T2DM相關并發癥的發展，將可能成為治療胰島素抵抗和預防T2DM心血管并發癥的有效策略[18]。

6 脂多糖結合蛋白

6.1脂多糖結合蛋白(lipopolysaccharide-binding protein，LBP)的生物學效應 LBP是肝臟合成的急性炎癥反應物。最初發現，來自革蘭陰性菌的脂多糖在觸發血管細胞的免疫和炎癥反應中起關鍵作用，導致動脈粥樣硬化[22]。隨后研究發現，循環中LBP通過結合蛋白介導(即以復合物LBP形式)炎癥免疫應答的啟動[23]。LBP的半衰期相對較長，血漿中LBP的水平是脂多糖誘導的先天免疫反應活化的替代標志物[22-24]。

6.2LBP與T2DM心血管并發癥 LBP是急性期炎癥反應物，其與T2DM心血管并發癥的關系需依賴慢性炎癥反應的機制闡明。已有研究表明，LBP與多種慢性炎癥性疾病有關，LBP可能是慢性炎癥的生物標志物[25]。亦有證據表明，循環LBP水平與肥胖、T2DM和心血管疾病有關，且血清LBP水平與T2DM患者的動脈硬化程度呈獨立正相關[22]。此外，血清LBP水平可獨立預測冠狀動脈疾病以及患者的心血管因素死亡風險，與已確定的其他心血管危險因素和全身性炎癥標志物無關。

血清LBP水平與頸動脈內膜中膜度呈正相關。血清LBP水平可能是動脈粥樣硬化性心血管疾病的生物標志物，且先天免疫機制在人類動脈粥樣硬化進展中具有潛在作用[22,26]。另有研究表明，動脈粥樣硬化發病后9個月內的LBP循環濃度表現出適度的時間可靠性，表明這些生物標志物的單一測量可用于短期研究中的風險評估[25]。此外，脂多糖是革蘭陰性細菌的細胞壁成分[25]，因此，闡明抗生素或益生菌降低血清脂多糖水平對降低2型糖尿病患者動脈硬度及其心血管疾病的發生風險的關系是未來研究的方向[22,27]。

7 人類軟骨糖蛋白39

7.1人類軟骨糖蛋白39(human cartilage glycoprotein 39，YKL-40)的生物學效應 YKL-40是一種新的炎癥標志物，由多種細胞(如中性粒細胞、活化巨噬細胞和分化后的巨噬細胞、分化血管平滑肌細胞、內皮細胞、關節炎軟骨細胞和癌細胞等)分泌，又稱為幾丁質酶-3樣蛋白1[28]。YKL-40可參與腫瘤、關節疾病的發生，其生物學作用尚不完全清楚。進一步研究發現，腫瘤、關節疾病中YKL-40可參與血管生成、生長、增殖、分化和重塑過程[29-30]。

7.2YKL-40與T2DM并發癥 血清和尿液YKL-40的表達水平與T2DM并發癥相關，具有重要的臨床意義。相關研究表明，尿液中YKL-40的作用有限，但血清YKL-40是糖尿病腎病早期蛋白尿的獨立預測因素，可能成為早期預測糖尿病的非侵入性生物標志物[31]。Umapathy等[28]指出，血清YKL-40可能是早期診斷糖尿病腎病的潛在生物標志物。同時，糖尿病腎病早期階段YKL-40的高診斷敏感性，表明YKL-40對糖尿病腎病患者的早期診斷具有預測性[30]。血清高水平YKL-40還可預測伴蛋白尿T2DM患者的全因死亡率[32]。

有研究表明，無確定心血管疾病以及無其他并發癥T2DM患者的YKL-40水平與亞臨床動脈粥樣硬化以及患者的不良臨床預后有關，且動脈硬化程度和內皮功能障礙與患者的不良預后呈獨立相關[33]。另有研究顯示，血清YKL-40水平可反映冠狀動脈疾病合并糖尿病患者的冠狀動脈病變程度，YKL-40作為新的炎癥生物標志物，可作為血管生成、炎癥、動脈粥樣硬化和心血管事件的獨立定量指標預測糖尿病合并心血管疾病的發生和發展[34-36]。在動脈粥樣硬化早期，動脈斑塊的血管平滑肌細胞和巨噬細胞的YKL-40呈高表達，提示YKL-40可能參與了動脈粥樣硬化的發生和發展[34]。進一步研究發現，YKL-40與內皮功能障礙、動脈粥樣硬化斑塊的形成和斑塊的不穩定性有關[34,37]。研究發現，冠狀動脈疾病合并糖尿病患者的血清YKL-40水平顯著高于單純冠狀動脈疾病患者，表明冠狀動脈疾病合并糖尿病患者機體可能存在更強烈的炎癥反應[38]。YKL-40由動脈粥樣硬化病變中的巨噬細胞分泌，反映了動脈粥樣硬化病變中可能存在巨噬細胞活化和基質降解，是斑塊不穩定的標志，還可同時參與動脈斑塊的破裂過程，因此，冠狀動脈疾病患者血清YKL-40水平升高可預測其心血管死亡率[39-40]。目前，高YKL-40型冠狀動脈疾病患者增多以及急性和慢性穩定性心血管疾病患者血清YKL-40水平升高均與心血管疾病和T2DM的發展過程中低度炎癥的作用相關。YKL-40與胰島素抗性相關，并可在動脈粥樣硬化斑塊中高度表達。因此，YKL-40可能是評價缺血性心臟病、T2DM心血管并發癥患者疾病嚴重程度、預后和生存時間的新型生物標志物。血清YKL-40水平較高與冠狀動脈疾病患者生存率的降低有關；與全因死亡率相比，YKL-40水平與心血管疾病患者死亡率的相關性更明顯[41-43]。因此，血清YKL-40是穩定性冠狀動脈疾病患者死亡的獨立預測因子，并與心力衰竭患者的全因死亡率顯著相關，不依賴于常見危險因素和炎癥因子，可用于預測心血管疾病患者的預后[43-45]。

8 脂聯素

8.1脂聯素(adiponectin，APN)的生物學效應 APN是由脂肪組織分泌的一種脂肪因子，以三聚體、六聚體和高分子量多聚體等復合物形式存在于血清中，不同APN復合物激活不同的信號傳導途徑，發揮不同的特異性生物學功能[46]。APN的高分子量形式是更活躍的蛋白質形式，對改善胰島素敏感性和預防糖尿病具有重要作用[47]。

8.2APN與T2DM心血管并發癥 APN是胰島素增敏劑，可通過激活AMP活化的蛋白激酶依賴性方式和非依賴性途徑作用于肝臟，抑制葡萄糖產生；此外，APN還可通過激活AMP活化的蛋白激酶促進骨骼肌中脂肪酸氧化，以利于葡萄糖攝取。APN是糖尿病的預測因子，具有抗糖尿病作用，肥胖和胰島素抵抗患者的APN循環水平降低[46]。

APN還可對心血管系統發揮內分泌和旁分泌作用。在細胞和分子水平上，APN對心血管系統具有抗炎、抗細胞凋亡、抗氧化和抗血管舒張作用，發揮保護作用，血清APN升高可減少心血管疾病的發生[48]。在心力衰竭等晚期心血管疾病情況下，人體脂肪組織中APN的表達及其循環水平顯著增加，故APN能否作為心血管疾病生物標志物仍存在爭議。最近的研究進一步闡明了心血管疾病中血清APN的直接和間接作用，為未來該領域的臨床研究提供了新的視角[46,48]。此外，APN水平降低還可導致肥胖、胰島素抵抗和糖尿病心血管并發癥的風險增加。

9 補體 C1q 腫瘤壞死因子相關蛋白3

9.1補體 C1q 腫瘤壞死因子相關蛋白(C1q/TNF-related protein，CTRP)3的生物學效應 CTRP-3是脂肪組織分泌的脂肪因子，屬于CTRP家族成員，也稱為cartonectin、cartducin和CORS-26，可參與許多慢性疾病的血管增殖性應答。有證據表明，脂肪因子特別是CTRP家族可作為糖尿病相關并發癥的預后標志物，而CTRP特別是CTRP-3具有類似于APN的代謝作用。

9.2CTRP-3與T2DM心血管并發癥 CTRP-3是抗炎脂肪因子，糖尿病患者血清CTRP-3水平降低，但尚不能確定是否可作為糖尿病并發癥的預測因素。糖尿病視網膜病變是一種常見且嚴重的糖尿病并發癥，Yan等[49]對糖尿病患者血清CTRPs水平和糖尿病視網膜病變關系的研究發現，血清CTRP-3是糖尿病視網膜病變的生物標志物，并可預測糖尿病視網膜病變的嚴重程度；此外，CTRP-3可以AMP活化的蛋白激酶依賴性方式抑制人視網膜微血管內皮細胞中高糖/高脂誘導的血管細胞黏附分子-1的表達，可見，CTRP-3可能是治療糖尿病視網膜病變的新策略。

目前，對CTRP-3與糖尿病并發癥關系的研究取得了重大進展，但糖尿病心血管并發癥仍是世界范圍內糖尿病患者死亡的主要原因。近年來，有關CTRP-3對AMI以及心力衰竭影響的研究較多。改善再灌注及相關藥物(如β受體阻滯劑、腎素-血管緊張素-醛固酮系統抑制劑)可在一定程度上降低患者AMI后的死亡率，但AMI后患者心力衰竭的發病率和患病率均持續升高，故AMI后患者的死亡率仍較高。左心室重塑(心室擴張和間質纖維化增加)是心力衰竭的關鍵過程。因此迫切需要一種預防AMI后左心室重塑的新方法。Yi等[50]的實驗證明，CTRP-3具有心肌保護作用，可抑制心肌纖維化，增強心肌細胞血管生成因子的表達，誘導血管生成。AMI后血清CTRP-3的表達顯著降低，補充CTRP-3可減少心肌重塑，增強心肌收縮功能，恢復患者左心室功能，改善AMI患者的預后[50]。

糖尿病發病率的升高與心力衰竭相關。Fadaei等[51]的研究發現，冠狀動脈疾病、單純T2DM和T2DM合并冠狀動脈疾病患者血清CTRP-3水平均降低。此外，CTRP-3對葡萄糖或脂類代謝具有調控作用，可降低血清葡萄糖水平，且不依賴于胰島素，而是通過抑制糖異生來減少葡萄糖合成，從而起到降糖作用[52]。CTRP-3還可通過減輕炎癥反應和改善胰島素信號轉導改善胰島素抵抗，可見，CTRP-3是預防治療胰島素抵抗和T2DM的新的研究方向[53]。

糖尿病心血管病變與炎癥息息相關，炎癥可刺激血管平滑肌的運動和增殖，形成局部損傷，從而加速動脈粥樣硬化的形成進程。T2DM患者血清CTRP-3可減少炎癥因子(如腫瘤壞死因子和IL-6)的分泌，抑制核因子κB，促進拮抗性炎癥介質脂多糖、Toll樣受體4及其他炎癥介質的結合，可部分抑制糖尿病的慢性炎癥，延緩血管內皮損傷。CTRP-3還可減少血管平滑肌細胞和動脈粥樣硬化斑塊中的鈣鹽沉積，并通過減少血管平滑肌細胞的增殖延緩動脈粥樣硬化的發展。研究表明，CTRP-3作為聯系自然免疫與動脈粥樣硬化的新的有機體，可在糖異生和炎癥反應中起調節因子的作用，延緩動脈病變的發生[53]。CTRP-3與空腹血糖、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、三酰甘油水平以及年齡呈負相關，可能作為保護性代謝因子用于糖尿病心血管并發癥發生率的預測和評價。

10 小 結

不同生物標志物可通過不同機制影響T2DM心血管并發癥的發生發展。目前，對單個生物標志物與T2DM并發癥相關性的研究較多，尚缺乏多個生物標志物預測T2DM心血管并發癥的相關研究。T2DM心血管疾病的一級和二級預防治療指南并未充分說明T2DM患者的風險特異性。某些生物標志物單獨存在時并未顯示出與T2DM心血管并發癥發生風險的強關聯性，但與其他標志物聯合應用時的預測能力顯著提高，并可顯示與T2DM心血管并發癥發生風險的關聯性。

理想的生物標志物應具有穩定性好、靈敏度高、特異性強的特點，且血清生物標志物的持續穩定存在將有利于相關疾病的診斷，此外，易于獲得、測量快速、采樣窗口合理、成本效益高則有利于其廣泛應用。因此，尋找診斷T2DM心血管并發癥的最佳生物標志物組合并確定其檢驗方法、臨界值及適用范圍(可根據不同的個體進行個性化選擇) 對預防心血管事件的發生具有重要意義。