利鈉肽檢測在心力衰竭中的應用價值

譚令，付長庚,b，龍霖梓，鄧秘

(中國中醫科學院西苑醫院a.心血管科，b.國家中醫心血管病臨床醫學研究中心，北京 100091)

隨著世界人口老齡化及城鎮化的加速，心力衰竭(heart failure，HF)已成為全球重大公共衛生問題。據流行病學調查統計，我國成年人2015年HF的患病率約為1.3%，較2000年增長44%[1]。HF是繼發于多種病因導致心功能損害的共同慢性階段，是一種以心室充血或射血的結構或功能障礙為特征的復雜臨床綜合征[2]。其早期臨床表現主要以交感神經系統(sympathetic nervous system，SNS)、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)等神經激素系統代償性激活為特征[3]。因此，目前治療HF主要以抑制SNS和RAAS為主，即以血管緊張素轉換酶抑制劑[4](或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑[5])、β受體阻滯劑[6]及醛固酮受體拮抗劑[7]三聯療法為標準的治療方法。但上述藥物帶來的干咳、腎功能損害、高鉀血癥、血管神經性水腫等一系列不良反應給HF患者造成很大困擾。此外，HF發生早期引起機體自身的反饋調節機制[激肽系統、利鈉肽系統(natriuretic peptide system，NPs)等]代償性激活對HF有利，但其中的激肽系統長期代償性激活會導致組織重塑及咳嗽、低血壓、皮疹、血管神經性水腫等不良反應[8]。因此，增強NPs的激活是治療HF的一個更有前途的策略。現就利鈉肽在HF的預防、診斷、治療和預后等方面的臨床應用予以綜述。

1 利鈉肽的合成與分泌機制及其受體的功能概述

NPs由3個家族成員組成，具有心血管保護作用。NPs通過環鳥苷酸(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)偶聯受體傳遞信號，這些受體以其利鈉和利尿的能力而聞名，通過刺激腎內鈉和水的排泄來降低血壓。NPs包括心鈉肽(atrial natriuretic peptide，ANP)、腦鈉肽(brain natriuretic peptide，BNP)和C型利鈉肽(C-type natriuretic peptide，CNP)，以及A型利鈉肽受體(natriuretic peptide receptor-A，NPR-A)、B型利鈉肽受體(natriuretic peptide receptor-B，NPR-B)和C型利鈉肽受體(natriuretic peptide receptor-C，NPR-C)[9]。NPs的作用是通過膜結合受體調控，其中ANP和BNP對靶細胞和器官的生理作用相似，主要由NPR-A介導，CNP由NPR-B介導，而三者均可與NPR-C結合，介導NPs的清除[10]。

HF發生時，血流動力學超載、缺血相關功能障礙、心室重構、神經內分泌系統的過度激活、心肌細胞鈣循環的異常、細胞外基質過度或不充分增殖、細胞凋亡加速和基因突變等病理改變引起心肌的機械拉伸和應力增強或心肌缺血缺氧[11]或血管緊張素、內皮素-1、甲狀腺激素、糖皮質激素和性激素、炎癥細胞因子(如白細胞介素-1、白細胞介素-6)等神經體液因子釋放增加[12]均可增強利鈉肽基因啟動子活性，進而誘導珠蛋白轉錄因子與利鈉肽基因啟動子結合，啟動利鈉肽基因的轉錄與翻譯。

1.1ANP的合成與分泌 編碼ANP的基因——利鈉肽前體(natriuretic peptide precursor，NPP)A基因在胚胎發育過程中的調控是最早的原位基因表達研究之一，也是推動現代研究進入心血管系統基因調控的關鍵心臟基因之一[13]。NPPA基因包含3個外顯子，外顯子1包括由25個氨基酸組成的5′非翻譯區和由16個氨基酸組成的ANP前體序列，外顯子2大部分為ANP前體序列，外顯子3則是由末端酪氨酸和3′非翻譯區構成[14]。NPPA基因的轉錄產物被翻譯成含有151個氨基酸的前體，即初前體ANP，隨后25個氨基酸的信號肽被移除，生成含126個氨基酸的前體ANP(γ-ANP)，前體ANP在其分泌過程中通過絲氨酸蛋白激酶的跨膜作用發生蛋白水解而轉變成有生物活性的C端28氨基酸肽α-ANP和無生物活性的98氨基酸肽N端前體ANP[15]。β-ANP是α-ANP的反向二聚體，HF時，血漿中β-ANP和γ-ANP水平升高。ANP主要儲存在心房肌細胞的胞質顆粒中，心室肌細胞僅分泌少量ANP[16]，但當HF發生時，其主要由心室肌細胞分泌進入血液循環，成為血漿ANP的組成部分[17]。

1.2BNP的合成與分泌 編碼BNP的基因——NPPB基因的組成形式與NPPA相似，其亦包含3個外顯子，其中外顯子1包括由26個氨基酸組成的5′非翻譯區和由15個氨基酸組成的BNP前體序列，外顯子2大部分為BNP前體序列，外顯子3由末端酪氨酸和3′非翻譯區構成[18]。在HF病理條件作用下，NPPB基因在胞核內發生轉錄，其轉錄產物隨即轉移至內質網被翻譯成含有134個氨基酸的前體，即初前體BNP。隨后26個氨基酸的信號肽被移除,生成含108個氨基酸的BNP前體(precursor brain natriuretic peptide，proBNP)，進而依次被成對堿性氨基酸蛋白酶剪切為由32個氨基酸組成的活性BNP和由76個氨基酸組成的無活性N端proBNP(N-terminal precursor brain natriuretic peptide，NT-proBNP)，兩者均由心室肌細胞分泌，通過組成性途徑進入外周循環[19]。參與proBNP轉化為BNP過程的成對堿性氨基酸蛋白酶是一種主要定位于反式高爾基體網絡的蛋白質轉化酶。成對堿性氨基酸蛋白酶典型的裂解位點為Arg-Xaa-(Lys/Arg)-Arg序列，該序列存在于proBNP的氨基酸序列中[20]。研究表明，成熟的活性BNP、無活性的NT-proBNP與未裂解的proBNP均可從心臟分泌進入外周血液循環，存在于人血漿中[21]。

1.3CNP的合成與分泌 編碼CNP的基因——NPPC由3個外顯子組成，其中外顯子1包括由23個氨基酸組成的5′非翻譯區和由7個氨基酸組成的CNP前體序列，外顯子2大部分為CNP前體序列，外顯子3由3′非翻譯區構成[22]。NPPC基因的轉錄產物被翻譯成含126個氨基酸的前體，即初前體CNP，隨后23個氨基酸的信號肽被移除，生成含103個氨基酸的前體CNP(γ-CNP)，前體CNP在其分泌過程中通過胞內絲氨酸蛋白激酶的跨膜作用發生蛋白水解，生成由55個氨基酸構成的活性CNP(CNP-53)[15]。當發生HF時，在心臟壁的剪切應力作用下，CNP-53可繼續被裂解為與其活性和功能均相似的CNP-22[23]，但CNP-53在心臟、內皮細胞和腦組織中表達較多，而CNP-22主要表達于腦脊液和血漿中[24]。

1.4NPR的結構和功能 利鈉肽被分泌進入血液循環后，通過激活NPR而發揮其生物學功能。NPR主要分為NPR-A、NPR-B和NPR-C三種類型。NPR-A和NPR-B由1個能結合鈉尿肽的胞外配體結合區域、1個短的跨膜區域和胞內區域組成。其中，胞內區域包含1個蛋白激酶同源區域、1個參與寡聚的螺旋鉸鏈區域和1個C端鳥苷酸環化酶催化區域[25]。因此，NPR-A和NPR-B是由鳥苷酸環化酶連接，它們利用cGMP作為胞內信使，進而激活胞內信號級聯反應[26]。NPR-C具有與NPR-A和NPR-B的細胞外區域同源的二硫鍵二聚體和含37個氨基酸組成的胞內區域，但其缺乏鳥苷酸環化酶活性，被認為是一種清除受體，能與ANP、BNP、CNP結合，介導其清除[27]。ANP和BNP優先結合并激活NPR-A，通過刺激NPR-A的鳥苷酸環化酶活動，提高細胞內cGMP水平，進而通過cGMP調節的離子通道、cGMP依賴的蛋白激酶和環核苷酸磷酸二酯酶等引發生理反應[28]。而CNP優先激活NPR-B，當發生HF時，心室成纖維細胞顯著增加，且NPR-B在成纖維細胞膜表面大量表達，CNP通過激活NPR-B，直接抑制了心臟成纖維細胞的DNA和膠原纖維的合成，從而減輕心肌纖維化[29]。NPR-C受體定位于心臟的心肌細胞和成纖維細胞，并在人類衰竭的心臟中上調[10]。此外，CNP亦可通過NPR-C介導對心臟的保護功能，如維持心臟形態、心室收縮力和冠狀動脈微血管反應的生理能力等。研究證明，靶向NPR-C是治療HF和缺血性心血管疾病的有效手段[30]。

2 利鈉肽在HF中介導的生理功能

HF發生時，利鈉肽通過激活相應的NPR介導抑制RAAS和SNS的激活、心肌肥大和纖維化、肺動脈高壓形成以及血栓形成等生理過程，從而實現對心臟的保護作用。

2.1抑制RAAS和SNS的激活 RAAS[31]、SNS[32]等神經激素系統在HF早期出現代償性激活，同時伴有體內鹽和液體的超載以及心房或心室壁張力增加，而ANP和BNP是RAAS和SNS的天然拮抗劑[33]。因此，NPs主要通過協調中樞和外周神經系統的活動，抑制RAAS和SNS來控制液體和電解質穩態。其中，ANP以一種cGMP依賴的方式抑制腎小球球旁細胞分泌腎素，從而通過減少血管緊張素Ⅱ誘導的腎近端小管鈉和水轉運，進而抑制RAAS[34]。且ANP可通過抑制交感神經活動，減少神經末梢兒茶酚胺的釋放[35]，并增強迷走神經傳入，從而抑制反射性心動過速和血管收縮，增加HF發生時的冠狀動脈血流量[36]。

2.2抑制心肌肥大和纖維化 HF與心肌纖維化顯著相關。NPs在心血管系統中表現出抗細胞原性和抗增殖活性，并調節細胞的生長和增殖以及心肌細胞肥大[37]。因此，ANP、BNP和CNP均可抑制心肌肥厚和纖維化，延緩HF的進展。破壞ANP基因或敲除ANP受體可導致高血壓和心室肥厚[38]，進一步研究發現ANP通過抑制血管緊張素Ⅱ、醛固酮和內皮素-1的產生，抑制促炎因子和巨噬細胞浸潤等炎癥反應[39]，從而抑制心肌細胞的生長和肥大以及成纖維細胞的生長、遷移和增殖，進而抑制心肌肥大和纖維化。BNP可通過減少心肌肥厚和纖維化，直接為心臟提供代償性保護[40]。CNP通過調節蛋白激酶G誘導的Smad3磷酸化和轉化生長因子-β誘導的核轉位而具有抗纖維化作用，且相較ANP和BNP，CNP的抗心肌纖維化效應最強[41]。研究表明，HF的嚴重程度與CNP表達量呈顯著正相關，HF發生時CNP通過自分泌和旁分泌方式抑制心肌肥厚和纖維化[42]。

2.3抑制肺動脈高壓形成 肺部疾病反復發生，持續進展可導致肺動脈壓力升高[43]，最終導致左心衰竭。ANP及其受體NPR-A通過其對血管松弛和血管內容量的綜合作用降低系統血壓水平。同時也可松弛肺部的氣道和血管，降低肺動脈高壓[44]。血漿BNP能密切反映肺動脈血壓水平，是肺動脈高壓和HF的敏感指標。有研究表明，BNP與肺動脈收縮壓呈正相關，與動脈血氧分壓呈負相關[45]。隨著肺動脈高壓嚴重程度的增加，動脈血氧分壓降低，BNP水平明顯升高，因此ANP和BNP均對慢性缺氧引起的肺動脈高壓有抑制作用[46]。HF發生時，心室中CNP通過激活NPR-B，使得NPR-B活性升高，從而對HF患者的肺動脈高壓和心肌纖維化產生抑制作用[47]。

3 利鈉肽在HF中的臨床應用

利鈉肽作為HF的特異性生物標志物已廣泛應用于臨床。對于尚未出現典型癥狀的前HF階段患者，監測利鈉肽能有效預防心血管不良事件發生；對于已有HF癥狀的患者，尤其在出現急性呼吸困難或心前區疼痛等緊急情況下，通常很難鑒別HF和其他與這些非特異性癥狀相關的疾病，而立即檢測利鈉肽可排除或診斷HF；且基于利鈉肽在HF發生時對機體的保護機制，臨床已通過監測利鈉肽水平指導HF的治療用藥劑量，并已開發出利鈉肽激動劑和抑制利鈉肽降解的藥物來治療HF；此外，對于已采取過系統治療的HF患者，則可通過監測利鈉肽來評估其風險增加率、復發率和死亡率等預后信息。

3.1利鈉肽對HF的預防作用 對于無明顯癥狀的前HF階段患者，BNP和NT-proBNP可以預測患者的心血管事件和死亡率[48]。因此，監測BNP和NT-proBNP能有效預防前HF階段患者進入臨床HF階段，從而降低HF的發生率和死亡率。McDonagh等[49]隨機選取了1 640名年齡為25～74歲的男性和女性，并研究了他們4年的全因死亡率。結果表明，BNP水平是4年全因死亡率的獨立預測因子，且死亡患者的BNP水平顯著高于存活患者。另一項大型前瞻性臨床研究發現，在3 346名沒有HF的隨訪人群中(平均隨訪5.2年)，對于BNP水平超過正常80%(男性>20.0 pg/mL，女性>23.3 pg/mL)的患者，HF的發生率較正常人增加3.07倍[50]。此外，Dao等[51]研究顯示BNP具有較高的HF陰性預測值，對于沒有心臟衰竭病史或無證據的80歲及80歲以上的受試者，BNP是未來心臟事件的良好預測指標。

3.2利鈉肽對HF的診斷作用 根據美國紐約心臟病協會分級，所有類型的利鈉肽水平均隨著HF臨床嚴重程度的增加而代償性升高[52]。因此，利鈉肽水平可作為診斷HF的標志物，但測量血漿中ANP或BNP的C端水平作為HF診斷標志物的可行性受到其循環半衰期短的阻礙：ANP的半衰期為2～4 min，BNP約為20 min。而裂解利鈉肽蛋白水解產物N端，得到的NT-proBNP和ANP前體中肽段(midregional pro-atrial natriuretic peptide，MR-proANP)的半衰期較長(約為90 min)，因此血漿NT-proBNP和MR-proANP水平常用于替代血漿BNP和ANP水平作為HF診斷的標志物[53]。目前臨床指南既將BNP和NT-proBNP作為HF診斷的金標準，還根據其建立了HF的排除標準[54]。若HF非急性期BNP≤35 pg/mL或NT-proBNP≤125 pg/mL，以及HF急性期BNP<100 pg/mL或NT-proBNP<300 pg/mL，則可排除疑似HF，且BNP和NT-proBNP的陰性預測值分別為94%和98%[55]。HF的模式和潛在的病因可能在某些情況下改變血漿BNP水平和HF嚴重程度之間的關系，但在一定程度上不會影響臨床判斷。在收縮期和舒張期HF時，血漿BNP水平均升高[56]。BACH研究表明，MR-proANP測量是診斷急性HF患者呼吸困難的有用工具[57]。另一項研究顯示，HF患者的血漿MR-proANP水平遠高于非HF患者，且是一種較血漿NT-proBNP水平更敏感和特異的射血分數保留的HF的生物標志物[58]。

3.3利鈉肽指導HF的治療 BNP的生理作用有助于彌補心肌功能的降低，病理紊亂反應中BNP水平升高是一種保護性的穩態反應。因此，通過對BNP相關肽的管理和藥物干預補充內源性鈉尿肽，為HF等心血管疾病的治療提供了一個全新而有效的思路。如在HF治療的用藥劑量方面，HF患者可根據BNP和NT-proBNP水平調整血管緊張素轉換酶抑制劑或血管緊張素受體阻滯劑的劑量而受益[59]。在用藥種類方面，通過人工合成利鈉肽激動劑或利鈉肽降解抑制劑能有效提高利鈉肽的生物利用度[60]。

3.3.1人工合成利鈉肽 人工合成的利鈉肽的功效和安全性優于天然利鈉肽，包括與NPR-A的正常結合能力，增強對蛋白降解的耐藥性，以及減少不良事件的發生[55]。如重組人BNP(奈西立肽)已成為急性和慢性HF患者常規應用的藥物，在急性充血性HF的血管擴張治療試驗和其他試驗中表現出良好的血流動力學和神經激素作用[61]。突變型ANP是一種含40個氨基酸的肽段，由天然ANP的28個氨基酸組成，且C端延伸含12個氨基酸，較天然ANP更能抵抗蛋白酶的降解[62]。研究發現，與ANP相比，突變型ANP更具有促進利鈉利尿、抑制RAAS和SNS、調節血壓、抗心肌纖維化等心臟保護作用，這可能與突變型ANP因C端延長而增強了對中性內啡肽酶降解的抵抗作用有關[63]。一項Ⅰ期臨床試驗表明，突變型ANP可有效降低頑固性高血壓患者的收縮壓和舒張壓，為難治性高血壓繼發HF患者提供治療機會，從而降低HF的發生風險[64]。

3.3.2抑制利鈉肽降解 介導循環中利鈉肽降解的途徑有以下兩種：①NPR-C介導的降解，NPR-C具有結合、內化和降解各種NPs的能力；②細胞外蛋白降解，NPs可被中性內肽酶(neutral endopeptidase，NEP)、二肽基肽酶4和胰島素降解酶等細胞外蛋白酶分解[65]。其中NEP是一種鋅依賴的膜金屬肽酶，是NPs特別是ANP的關鍵降解酶，屬于NEP M13亞家族[66]。ANP和CNP是NEP的首選底物，而BNP是NEP的較差底物[67]，因此NEP介導ANP和CNP的清除能力較BNP強。雖然抑制NEP則可阻斷利鈉肽降解，提高利鈉肽生物利用度，保護心血管系統[68]。但臨床研究發現，NEP抑制劑在抑制利鈉肽降解的同時，還可激活RAAS，導致血管緊張素Ⅰ、血管緊張素Ⅱ、腎上腺髓質素等表達水平升高[69]。因此，NEP抑制劑單獨使用時對HF無治療作用，若將NEP與RAAS抑制劑聯合應用，實現NPs和RAAS的雙重抑制，則NEP可以作為一種輔助制劑，與RAAS抑制劑結合發揮其最大作用，如抑制心臟重構、纖維化、心肌肥厚，改善心功能，降低HF死亡率等。

3.4利鈉肽對HF預后的預測作用 利鈉肽水平的變化是HF患者臨床預后的一個重要獨立預測因子。其中，BNP是唯一獨立于血流動力學指標(如左心室射血分數、左心室舒張末期容積指數和壓力、肺毛細血管楔壓)的神經激素指標，可提供關于HF的風險增加率、復發率和死亡率等預后信息[70]。對于穩定的慢性HF患者，當BNP水平為100 pg/mL時，其死亡風險明顯增加，每增加100 pg/mL，風險增加35%[71]。對于NT-proBNP，死亡風險從200 pg/mL開始明顯增加，并隨NT-proBNP水平升高呈指數增長，特別是升至1 000 pg/mL以上時[72]。相反，若患者的BNP水平下降至100 pg/mL或NT-proBNP下降至1 000 pg/mL以下時，則死亡風險顯著降低[73]。若HF患者經治療后癥狀改善，但利鈉肽水平仍未能下降，表明其死亡風險并未降低。因此，連續監測利鈉肽水平可以提供有關治療反應和剩余風險的強有力的客觀信息。此外，BNP是評估晚期HF患者死亡率的最佳標志物，高BNP水平與高死亡率相關。Isnard等[74]研究證實，BNP是任何病因導致的HF患者猝死的唯一獨立預測因子。在隨訪3年的452例射血分數降低35%的HF患者中，BNP水平為130 pg/mL的患者心源性猝死發生率較高[24]。一項多中心的快速急診HF門診試驗研究發現，對于呼吸急促的患者，BNP>200 pg/mL是其合并嚴重心血管事件的強預測因子[48]。Maeda等[75]在對102例重度HF(美國紐約心臟病協會心功能分級為Ⅲ級和Ⅳ級)患者的臨床研究中發現，盡管左心室射血分數和癥狀有所改善，但優化治療后的3個月持續高血漿BNP水平是預測患者死亡的獨立危險因素。此外，BNP對近期出現HF的患者也有預后價值，持續低血漿BNP水平的HF患者預后良好，與是否治療無關。

4 小 結

利鈉肽表達水平升高是在HF導致的病理紊亂條件下產生的穩態反應，其通過抑制RAAS和SNS的激活、抑制心肌肥大和纖維化、抑制肺動脈高壓及血栓形成等，從而維持體內水及電解質代謝平衡，并顯著改善心臟的結構和功能，逆轉心臟重構。此外，利鈉肽能有效指導HF的預防、診斷、治療和預后，目前2018英國國家衛生與臨床優化研究所成人慢性心力衰竭診斷與管理指南[76]已將BNP和NT-proBNP作為HF診斷的金標準。監測BNP和NT-proBNP的表達水平，能有效降低HF的發病率、住院率和死亡率。今后還應以利鈉肽為中心，開發利鈉肽類似物或激動劑等藥物，以為HF的治療提供更有效的臨床用藥。