心力衰竭生物標志物的最新研究進展

賈雪，王相陽，馬曉慧，阿基業(yè)

(1.中國藥科大學，江蘇 南京 210009；2.天士力醫(yī)藥集團股份有限公司創(chuàng)新中藥關鍵技術國家重點實驗室，天津 300410)

心力衰竭(heart failure，HF)是冠心病、心肌梗死等心臟疾病的終末端，是一種復雜的臨床綜合征，表現(xiàn)為心臟供血或泵血功能的損害[1]。據(jù)估計，世界上約有3 800萬名HF患者，而我國的HF患者數(shù)量就有400萬，其致病率高達0.9%，并且隨著老齡化的發(fā)展該疾病的患者數(shù)量還在快速增加，且其五年生存率僅為34%[2]，成為僅次于腫瘤的高致死性疾病，該疾病不僅加重了醫(yī)院的住院負擔更加重了家庭的經(jīng)濟負擔[3-4]。有效的生物標志物可以幫助臨床診斷和風險分層，使患者在有效的診斷信息中早治療，降低因診斷而耽誤的時間成本。本文將對與HF相關的生物標志物的國內(nèi)外研究文獻進行總結(jié)分析。

1 生物標志物的特征

在PubMed上搜索生物標志物一詞發(fā)現(xiàn)，自2005年開始研究者們對生物標志物的興趣急劇增加。近年來生物標志物逐漸用于腎損傷、心血管疾病、肺癌等疾病的臨床診斷[5-8]。其在臨床上的應用具有以下優(yōu)點：生物標志物的測定樣本主要是人體的血液，尿液，糞便，唾液等生物樣本，檢測樣本易得并且對患者無創(chuàng)傷或者創(chuàng)傷較小；樣品檢測時間短，費用低，且其測定的結(jié)果具有較高的準確度和精密度；并且對于疾病的狀態(tài)改變生物標志物可以做出穩(wěn)定而可靠的改變；可以診斷疾病，監(jiān)測疾病的進展狀態(tài)，監(jiān)測治療的依從性以及可以作為藥物治療的預后指標等[9]。

根據(jù)2016年歐洲心臟病學會(ESC)、2017年美國心臟學會(ACC)以及2018年中國心力衰竭診斷和治療指南，已經(jīng)明確將B型利鈉肽和N末端B型利鈉肽原用作HF生物標志物，也指出反應心肌纖維化、炎癥等的生物標志物如可溶性生長刺激表達基因2蛋白、半乳糖凝集素3等也有助于心衰患者的危險分層和預后評估，但是對其臨床應用并未詳細指出[10-12]。生物標志物在輔助HF疾病診斷方面具有獨特的優(yōu)勢，本文將對HF相關生物標志物進行總結(jié)分析。

2 心力衰竭生物標志物研究總結(jié)

HF相關的生物標志物近年來研究較為廣泛的有利鈉肽、C反應蛋白、可溶性生長刺激表達基因2蛋白(sST2)、半乳糖凝集素3(Gal-3)、心肌肌鈣蛋白(cTn)以及micro-RNA和能量代謝相關的生物標志物等。本文將對這些生物標志物進行總結(jié)分析。

2.1 利鈉肽 利鈉肽是一種因受左心室充盈壓升高致心肌壁應力增大刺激而釋放的一種內(nèi)源性激素，對血流動力學以及體內(nèi)神經(jīng)激素有一定的影響效應，在過去的十年中利鈉肽特別是B型利鈉肽(BNP)和N末端B型利鈉肽原(pro-BNP)已經(jīng)成為HF患者診斷預后的有力生物標志物[13]。值得關注的是只有這兩種生物標志物被錄入ESC用于臨床心力衰竭診斷[10]。

以往的研究已經(jīng)證實了BNP和pro-BNP在急性心力衰竭患者評估中的作用[14]，以及BNP和pro-BNP作為HF疾病危險分層指標的作用[15]。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)[16]BNP可以成為失代償性心力衰竭患者診斷的一個重要補充。BNP水平對失代償性心力衰竭具有較高的診斷價值(ROC=0.94，P<0.001)，最佳BNP鑒別閾值為307 pg·mL-1，靈敏度為100%，特異性為85%，陽性預測準確度為69%，陰性預測準確度為100%。該研究同時也證實BNP含量與左心室收縮功能呈顯著的負相關，并且BNP含量與紐約心臟協(xié)會心力衰竭分類即心力衰竭的嚴重程度成正相關。Pro-BNP的診斷人群范圍也在不斷地探索研究中，最近的一項報告評估了pro-BNP在兒科人群心力衰竭中的效用，由于兒科人群和成年人在生理病理上的重大差異，臨床數(shù)據(jù)無法共用。利用pro-BNP對114名心衰患者(0～24歲)進行診斷評估研究發(fā)現(xiàn)，其診斷心力衰竭的AUC面積是0.82(95%CI=0.75～0.88)，該研究證實了pro-BNP能夠準確檢測兒童和青少年心衰[17]。

2.2 C反應蛋白(C-reactive protein，CRP) C反應蛋白 (CRP) 刺激單核細胞產(chǎn)生炎癥因子，被認為是炎癥的典型標志物，在心血管疾病中炎癥物質(zhì)研究也最為廣泛。CRP的連續(xù)測定可以作為心血管危險分層的有用工具。CRP本身可以通過多種促動脈粥樣硬化，促炎癥等增加心血管疾病的負擔。高敏感C反應蛋白(Hs-CRP)在心力衰竭中起著重要作用，無論是在正常人群中還是在冠心病的高危人群中，Hs-CRP濃度都是心力衰竭的不良結(jié)果的有力預測因子[18-19]。

Patrícia等[20]對收治的439名急性心力衰竭患者的Hs-CRP濃度進行連續(xù)測定并監(jiān)測患者情況，發(fā)現(xiàn)急性心力衰竭患者發(fā)作期的Hs-CRP 濃度的動態(tài)變化與射血分數(shù)保留型心力衰竭(HFpEF)患者的長期死亡率有關。Hs-CRP的濃度下降40%，HFpEF患者的死亡風險降低44%。研究也表明，CRP濃度與穩(wěn)定型心絞痛患者患心力衰竭的風險相關。一項對穩(wěn)定型心絞痛患者的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者接受治療后，進行為期4.8年的隨訪，發(fā)現(xiàn)Hs-CRP是預測心力衰竭患病率的獨立因子[21]。

但是CRP的濃度也會受到心力衰竭以外其他伴隨炎癥發(fā)生疾病的影響，CRP在很大程度上是作為心力衰竭患者臨床治療指導的輔助參數(shù)，而不是作為疾病診斷基礎的預先參數(shù)。

2.3 可溶性生長刺激表達基因2蛋白(sST2) ST2是IL-1基因家族的一員，具有膜結(jié)合型(ST2L)和可溶性型(sST2)兩種形式，IL-33是ST2L和sST2的功能配體，ST2L與該配體結(jié)合可產(chǎn)生抗心肌肥厚，抗纖維化和抗凋亡作用，而sST2與該配體結(jié)合可以阻斷這種作用[22]。有研究報道隨著sST2含量的增加，心衰嚴重程度可能會成比例增加，但是這種增加并非普遍存在的，因此sST2不太適合作為心力衰竭診斷的指標[23]，但是在急性和慢性心力衰竭中sST2的不良事件預測作用已經(jīng)被證明。Huang等[24]對2014年至2015年期間入院的164名HF患者進行評估發(fā)現(xiàn)，sST2以及pro-BNP都可以作為HF一年不良事件評估的標志物(OR=4.384，95%CI=1.661～11.570 vs OR=3.451，95%CI =1.254～9.497)，并且pro-BNP以及sST2的含量超過1054.50 pg·mL-1和117.80 pg·mL-1一年不良事件發(fā)生的頻率也會增高。Gaggin等[25]在151名心衰患者進行連續(xù)10個月的隨訪研究中對sST2、pro-BNP以及GDF15進行測定，發(fā)現(xiàn)只有sST2濃度具有較大的變化，相比其他生物標記物sST2對于預測HF的不良事件具有更高的靈敏度。

2.4 半乳糖凝集素3(Gal-3) Gal-3是一種29～35 kDa長度的半乳糖凝集素，它的N末端結(jié)構(gòu)域由串聯(lián)重復的短氨基酸片段組成，并且與單一的C末端結(jié)構(gòu)域相連接。Gal-3是半乳糖凝集素家族中唯一具有此結(jié)構(gòu)的成員。C末端結(jié)構(gòu)域是凝集素活性所必需的，而N末端結(jié)構(gòu)域是Gal-3(半乳糖凝集素)完全生物活性所必需的[26]。研究表明Gal-3在炎癥、組織修復以及纖維化以及心室重構(gòu)中扮演著重要角色[27-28]，在早期的一項研究中發(fā)現(xiàn)將Gal-3注入大鼠的心包膜中，會引起心肌細胞的纖維化，并導致心功能不全[29]。一項近期的研究在心衰大鼠中將Gal-3與巨噬細胞共定位，發(fā)現(xiàn)Gal-3上調(diào)與巨噬細胞活化相關，而巨噬細胞浸入、活化又與炎癥相關[27]。

Gal-3在心臟組織中有少量表達，然而在心肌損傷的情況下，Gal-3的濃度迅速增加導致心肌纖維化，可以為HF患者提供短期或者長期獨立預后信息[30]。Mir等[31]根據(jù)115名急性心力衰竭患者探索Gal-3、pro-BNP以及肌鈣蛋白Ⅰ在30 d全因死亡率以及1年死亡率中的價值，研究發(fā)現(xiàn)Gal-3有助于預測急性心力衰竭患者入院后的30 d全因死亡率，Gal-3對短期死亡率的預測具有重要作用。另一項研究證實了Gal-3對長期死亡率的作用，該研究對入院的251例呼吸困難為主要癥狀的急診患者進行心衰診斷，篩選出137例急性心衰患者。并對患者的Gal-3含量進行測定，研究發(fā)現(xiàn)其預測心衰患者的一年全因死亡率的AUC為0.70(95%Cl=0.67～0.82)[32]。

2.5 Micro-RNA Micro-RNAs (miRNAs)是一組小的非編碼RNA，用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后階段基因的表達[33]。由于這些小分子參與了很多重要的生理病理過程中，研究者們對miRNAs越來越感興趣。這些miRNAs參與了人類的造血干細胞分化、神經(jīng)形成、胚胎分化、血管再生、單核細胞的形成以及免疫細胞的形成和分化等[34-35]。此外，它們在免疫、炎癥以及心血管系統(tǒng)的重要性已經(jīng)被證實[36-39]。miRNAs能夠作為心血管疾病的生物標志物是因為它們參與了與心血管疾病相關的生理病理過程并且它們在血液和尿液中具有穩(wěn)定性[40]。

研究報道m(xù)iR-24在急性心肌梗死期的減少與心肌纖維化的增強有關，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在心肌梗死區(qū)和心肌細胞壞死區(qū)。并且在心肌梗死小鼠心臟的不同區(qū)域miR-24與Ⅰ型膠原、纖維蛋白原以及TGF-β的含量呈負相關[41]。在對HF進行炎癥研究時，研究者對miR-146a和miR-486特別感興趣，它們被認為是炎癥網(wǎng)絡的一個組成部分。在該網(wǎng)絡中NF-κB發(fā)揮關鍵作用，NF-κB增加促炎因子IL-1、IL-6、TNF-α和TNF-γ的濃度，這些細胞因子又會反過來增加NF-κB的濃度而形成一個正反饋調(diào)節(jié)。NF-κB也能增加miR-146a和miR-486的濃度，這些miRNAs又能抑制IL-1、TNF-α這些促炎因子的受體，而發(fā)揮抗炎作用。一項臨床檢驗發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者與對照組相比miR-146a和miR-486血漿濃度有升高的趨勢，這也說明在心力衰竭階段機體自身也具有抗炎調(diào)節(jié)作用[42]。

曾曉聰?shù)萚43]對心力衰竭患者治療前后的射血分數(shù)值，6 min步行距離，pro-BNP含量以及miR-182的含量進行測定發(fā)現(xiàn)心衰組的射血分數(shù)值和6 min步行距離顯著低于正常組，而pro-BNP和miR-182的含量顯著高于對照組，治療4個月后心衰組的射血分數(shù)值和6 min步行距離顯著升高，pro-BNP和miR-182的含量顯著降低。并且血漿miR-182含量與射血分數(shù)值以及6 min步行距離值呈負相關(P<0.05)，此項研究證實miR-182的含量可以用來反應疾病的嚴重情況。

2.6 心肌肌鈣蛋白(cTn) 心肌肌鈣蛋白(cTn)在心肌損傷后含量急劇上升，心力衰竭患者心肌細胞損傷和cTn升高的生理病理基礎尚不完全清楚，可能與心內(nèi)膜缺血，神經(jīng)激素激活，炎癥細胞因子釋放、氧化應激等相關，這些機制的最終結(jié)果導致心肌細胞壞死，凋亡，以及肌鈣蛋白降解并從活細胞釋放[44]。《2018版中國心力衰竭指南診斷和治療指南》明確指出推薦心衰患者入院時進行檢測cTn含量，用于心力衰竭患者的病因診斷和預后評估[12]。

研究證明伴隨cTn含量升高的急性心力衰竭患者具有較高的死亡率，cTn用于急性心力衰竭患者預后評估具有重要價值[45]。一項對4 705名急性心力衰竭患者的回顧性分析研究中發(fā)現(xiàn)這批患者中48.4% 的患者cTn水平升高，這些患者的一年死亡率也較高(HR=1.61，95%Cl=0.87～1.19)[46]。

Thawabi等[47]對入院的363名射血分數(shù)保留型失代償心力衰竭患者進行同步cTn 含量測定，并將cTn水平升高的患者與cTn水平正常的患者進行比較發(fā)現(xiàn)cTn水平升高與30 d、1年、2年死亡率相關。在射血分數(shù)保留型失代償心力衰竭患者臨床治療期間，cTn是一個獨立的死亡率預測因子。

2.7 基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs) 在心肌梗死發(fā)展為心力衰竭時，心臟結(jié)構(gòu)的重塑是導致疾病惡化的一個重要原因，而細胞外基質(zhì)(ECM)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)是心臟結(jié)構(gòu)重塑的標志[48]。基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)通過逆向調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)的失衡來調(diào)節(jié)心肌結(jié)構(gòu)的重塑，MMPs是心臟重塑的關鍵調(diào)節(jié)因子，是心力衰竭患者死亡率和不良預后的獨立預測因子[49]。

Buralli等[50]對134名收縮功能障礙的心力衰竭患者進行超聲心動(射血分數(shù)為28%±9%)和多普勒檢查，同時進行MMP-3以及MMP-9血漿含量的測定，并將全因死亡率作為實驗的終點。在進行(24±14)個月的隨訪期間，有32名患者死亡，將多普勒結(jié)果，超聲心動結(jié)果以及MMP-3、MMP-9測定結(jié)果與該實驗的結(jié)果進行單因素Cox回歸分析，發(fā)現(xiàn)二尖瓣左室舒張早期血流速度(E)/ 舒張期二尖瓣環(huán)的運動(e) 即E/e(P=0.017)，MMP3、MMP-9(hr=1.01，P=0.027)都是收縮功能障礙心力衰竭患者全因死亡率的單變量預測因子。在MMP-2對心力衰竭患者進行預后評估價值的研究中，172名入選患者，67%是HF患者(其中64%為射血分數(shù)保留型心力衰竭，36%為射血分數(shù)降低型心力衰竭)，對患者進行超聲心動檢查以及MMP-2含量的測定，并進行(中位數(shù)為34.5月)隨訪，死亡率為9.9%，發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者不良心血管事件的概率高于非心衰患者組，并且MMP-2含量與心肌舒張功能障礙相關。研究結(jié)果表明超聲心動結(jié)果與血漿BNP、TnI、MMP-2的聯(lián)合運用對患者評估的預后效果與住院診斷中統(tǒng)計的預后結(jié)果相一致[51]。

2.8 能量代謝相關生物標志物 關于HF能量代謝的失調(diào)已有廣泛報導[52-54]，并且該生物標志物檢測方法的靈敏性，處理樣品的通用性以及完備的結(jié)果分析數(shù)據(jù)庫這些都使得該生物標志物在疾病診斷和預后信息提供方面具有獨特的優(yōu)勢[55-56]。

研究表明健康心臟在靜息狀態(tài)下脂肪酸為主要的燃料底物，脂肪酸β氧化產(chǎn)生的ATP占ATP總量的60%～90%，由糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸是第二主要燃料底物，其產(chǎn)生的ATP量占總量的10%～40%，氨基酸和酮氧化也可產(chǎn)生部分ATP用于心肌能量消耗。HF發(fā)生時，心臟代謝發(fā)生紊亂，心臟的底物利用發(fā)生改變[57]。在對HF的臨床樣本研究中發(fā)現(xiàn)長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運至線粒體進行β氧化的載體肉堿棕櫚酰胺轉(zhuǎn)移酶Ⅰ、Ⅱ在體內(nèi)堆積，脂肪酸進行β氧化受阻。能量底物的利用由脂肪酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖，氧化方式由β氧化轉(zhuǎn)換為糖酵解[58]。 另一項研究中，對183名HF患者和51名正常患者的血漿進行代謝差異物分析發(fā)現(xiàn)，在HF患者組中支鏈氨基酸以及C3、C5肉堿水平較高，研究用另一組HF患者218名，健康志愿者63名對該結(jié)果做了驗證[59]。

通過對HF患者紊亂的代謝物的分析，有助于幫助臨床對HF的診斷分層以及預后評估。Wang等[60]對1 288名受試者進行血漿代謝組學研究其中包括129名正常對照者、1 159名HF患者，研究發(fā)現(xiàn)組氨酸(histidine)、鳥氨酸(ornithine)、苯丙氨酸(phenylalanine)的含量異常變化顯著區(qū)別與正常對照組，并且利用logistic回歸模型將三者組成HOP氨基酸版塊可以成功區(qū)分HF患者等級。Du等[61]通過分析血漿β-羥丁酸、丙酮和琥珀酸與心肌能量消耗之間的關系，提供預測HF患者的死亡率的信息。

不同的生物標志物具有其獨特的作用優(yōu)勢，下表將對上述的HF生物標志物進行臨床應用總結(jié)，見表1。

表1 心力衰竭生物標志物的臨床應用總結(jié)

3 結(jié)語

HF的生理病理機制是復雜的，可由多種生物因素驅(qū)動該疾病的發(fā)展，包括纖維化、炎癥、氧化應激、心肌細胞損傷等。盡管心衰指南只將BNP和pro-BNP列入疾病診斷的生物標志物行列，但是C反應蛋白、sST2、Gal-3、cTn等生物標志物的運用可以為心力衰竭病因的診斷提供更豐富的信息，使醫(yī)生對患者的診治更加準確高效。

多種生物標志物的聯(lián)合使用將是未來的發(fā)展趨勢。一方面盡管有時多個生物標志物的作用相同，但是聯(lián)合使用增加疾病診斷的準確性和價值。另一方面多個生物標志物的聯(lián)合使用也可以提供互補的預后信息，有助于改善患者的危險分層情況。