擴張型心肌病的循環生物標志物研究進展

劉文虎，胡靖，汪朝暉

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院心內科，武漢430022

擴張型心肌病是一種原因不明的心肌疾病，其特征是左心室或雙心室擴張伴收縮功能障礙。盡管這些年已經取得了巨大的治療進展，但擴張型心肌病仍是心力衰竭和心臟移植的重要原因，給家庭和社會帶來沉重負擔。因此擴張型心肌病的早期診斷、早期治療、疾病監測和預后判斷對于提高擴張型心肌病患者的生存率和生活質量具有重要意義[1]。然而，由于擴張型心肌病臨床表現復雜多樣，現有的監測手段在實際臨床工作中往往不能很好地滿足醫師對患者病情管理的需求。因此，探索新的檢測方法具有重要意義。循環生物標志物作為一種簡單而實用的工具，可以提供關于擴張型心肌病的重要信息，具有廣闊的發展前景[2]。目前擴張型心肌病潛在的生物標志物主要包括心臟特異性[B型鈉尿肽(BNP)、N末端B型鈉尿肽原(NT-proBNP)、心肌肌鈣蛋白I(cTnI)和心肌肌鈣蛋白T(cTnT)]或者其他器官[半乳糖凝集素-3(Gal-3)、生長分化因子-15(GDF-15)和生長刺激表達基因2蛋白(ST2)]分泌的蛋白質、非編碼RNA(ncRNA)和心臟特異性的自身抗體。現就擴張型心肌病的循環生物標志物研究進展進行綜述。

1 BNP和NT-proBNP

心臟應激導致心肌細胞分泌的心臟特異性BNP以及NT-proBNP，在歐洲心臟病學會(ESC)心力衰竭指南中被定義為心力衰竭的金標準診斷生物標志物。由于擴張型心肌病被歸類為心臟擴張且左心室射血分數<45%的非缺血性心臟病，且心力衰竭是大多數心肌病患者常見的最后病程階段，所以常規BNP和NT-proBNP檢測適用于具有心力衰竭癥狀的擴張型心肌病患者[3]。然而，關于早期擴張型心肌病患者中BNP或NT-proBNP的有價值的研究數據很少。研究人員評估了NT-proBNP在Lamin A/C(LMNA)突變攜帶者(21例LMNA突變攜帶者和32例親屬)不良預后中的作用，結果表明LMNA突變攜帶者血清中NT-proBNP明顯高于親屬(P=0.003)，而且升高的NT-proBNP水平(>150 pg/mL)有助于評估惡性心律失常的風險分層[4]。另一項包含622例擴張型心肌病患者的回顧性隊列研究表明，血漿NT-proBNP可以獨立預測擴張型心肌病的全因死亡率，與年齡、左心室直徑、NYHA功能等級和左心室射血分數無關。具體來講，在平均2.6年的隨訪中，與NT-pro-BNP<2 247 pmol/L的患者相比，NT-pro-BNP>2 247 pmol/L的患者的全因死亡率更高(Log-Rankχ2=35.588,P<0.001)[5]。另外，NT-proBNP在亞臨床擴張型心肌病中的應用還得到了動物研究的支持。擴張型心肌病是犬最常見的心臟疾病之一，而NT-proBNP作為杜賓犬隱匿性擴張型心肌病的診斷生物標志物被廣泛接受。其中的一項研究表明，患有擴張型心肌病的狗和在1.5年內發展為擴張型心肌病的狗的血漿NT-proBNP水平均高于正常組[6]。總之，BNP和NT-proBNP在檢測亞臨床擴張型心肌病方面具有重要價值，但目前迫切需要對不同患者進行縱向隊列研究來證實這一點。

2 cTnI和cTnT

cTnI和cTnT是心肌肌肉收縮的調節蛋白，已作為心肌梗死和急性冠狀動脈綜合征的經典血漿生物標記物在臨床中廣泛應用[7]。此外，這兩種肌鈣蛋白還可以預測擴張型心肌病患者的不良預后。KAWAHARA等[8]首次探索了超敏肌鈣蛋白T(hs-cTnT)在非缺血性擴張型心肌病患者中的預后價值，檢測了85例非缺血性擴張型心肌病患者(隨訪過程中有20例心臟死亡)血清cTnT、hs-cTnT和BNP水平，并在長期隨訪期間發現，76例患者hs-cTnT升高(≥0.001 ng/mL)。另外，在這76例患者中，非幸存者的血清hs-cTnT水平顯著高于幸存者。這表明血清中升高的hs-cTnT可能是一個有用的預后預測因子，獨立于左心室射血分數或者BNP。因此，高濃度的血清hs-cTnT反映了持續的心肌損傷。另一項包含54例擴張型心肌病患者的小樣本研究表明，高水平的血清hs-cTnT與心臟不良事件的發生密切相關。此外，血清hs-cTnT可能是預測左心室重構的生物標志物[9]。最近一項關于LMNA基因突變導致的心肌病的研究報道，在擴張型心肌病的臨床癥狀出現之前，大約三分之二的LMNA基因突變的心肌病先證者和超過三分之一的先證者家屬hs-cTnT水平升高(>14 ng/L)，而且hs-cTnT水平升高似乎是心肌病發展過程中最早出現的異常，這表明hs-cTnT可能是一個早期標志物，其水平的升高在這些攜帶者中提示危險信號[4]。因此，心肌損傷標志物cTnI和cTnT，在未來用于評估擴張型心肌病是值得期待的。

3 自身抗體

針對自身抗原的抗體，即所謂的自身抗體，是血漿生物標志物的另一個潛在來源。抗心臟自身抗體(AHA)，是針對心臟組織的自身抗體，在心肌炎常可以被檢測到。在一項對169例擴張型心肌病的592例無癥狀一級或二級親屬進行調查的研究中發現，大約三分之一的親屬有AHA，部分超聲心動圖正常而AHA陽性的患者可能有進展為擴張型心肌病或臨床前擴張型心肌病的風險，而這些潛在的發生風險單靠超聲心動圖是無法識別的。這表明在擴張型心肌病患者的健康親屬中，AHA是5年內疾病發展的獨立預測因子[10]。這一發現導致ESC心肌和心包疾病工作組將AHA納入擴張型心肌病親屬的診斷標準中。多項研究已經證實，擴張型心肌病患者的血漿中存在針對cTnI的特異性自身抗體，盡管有人提出慢性擴張型心肌病患者的生存期與針對cTnI的特異性自身抗體存在相關性的觀點，但是這些抗體與疾病之間的關系仍不明確[11]。另外一些研究表明，抗線粒體腺嘌呤核苷異位酶(ANT)抗體、抗腎上腺素能β1受體抗體、抗膽堿脂能M2受體、抗肌球蛋白重鏈抗體、抗L-鈣通道抗體具有致病作用，且在擴張型心肌病患者血液中升高[12]。然而現在就AHA在突變攜帶者亞臨床疾病檢測或擴張型心肌病診斷方面的潛力得出結論還為時過早，還需要進行額外的研究。

4 ncRNA

盡管80%的人類基因組被轉錄，但只有1%～3%的轉錄本被進一步翻譯成蛋白質。絕大多數人類基因轉錄本是ncRNA,與相對數量保持穩定的蛋白質編碼基因相反，ncRNA的數量隨著生物體的復雜性不斷增加[13]。ncRNA在人體內多種體液(包括血液)中廣泛存在，血液的易得性和微創性使它們具有作為生物標志物的潛力。從臨床角度來看，非編碼轉錄本，特別是微小RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)，具有絕佳的生化特性，可作為很好的生物標志物。具體而言，miRNA和lncRNA不容易降解，在生物樣本中具有較長的半衰期，并且可以通過常規實驗室技術測量。RNA可以通過實時定量逆轉錄聚合酶鏈反應以高靈敏度和特異性進行定量。而且與蛋白類生物標志物相比，ncRNA即使在少量時也可以被量化。此外，芯片技術和新二代測序技術的飛速發展使得研究者可以在單個實驗中獲得RNA的全局信息[14]。

已有多項外周血的組學研究表明，miRNA組可能作為炎癥性心肌病和家族性心肌病非侵入性具有診斷功能的生物標志物，表明外周血miRNA至少可以作為輔助檢查來幫忙尋找擴張型心肌病的病因[15-16]。其中，let-7f、miR-197、miR-223、miR-93、miR-379、miR-21和miR-30a-5p的差異表達使研究者能夠區分炎癥性心肌病患者和健康個體(P<0.05，特異性超過93%)[15]。考慮到單個miRNA的診斷能力可能太低，無法證明其轉化為臨床實踐的合理性，基于miRNA的生物標志物的開發應更多地關注聯合診斷。一個由6種miRNA(let-7a-5p、let-7g-5p、miR-16-2-3p、miR-210-3p、miR-215-5p和miR-629-5p)組成的面板被開發用來區分家族性和非家族性擴張型心肌病，該面板在區分方面優于最佳個體miRNA(miR-210-3p)[16]。另外，miRNA也可以預測擴張型心肌病的預后。一項針對小兒擴張型心肌病患者預后的研究表明，心室功能恢復和未恢復的兒童(需要心臟移植或移植前死亡的患者)之間的miRNA(miR-155、miR-639、miR-636和miR-646)表達存在差異，并且這些miRNA對小兒擴張型心肌病的預后具有重要價值[17]。另一項研究表明，循環miR-185可能是擴張型心肌病患者臨床預后的新型生物標志物。在12個月的隨訪中發現，循環miR-185水平高的患者左心室收縮功能明顯改善，而心血管病死率和心力衰竭再住院總入院率顯著下降[18]。然而，關于lncRNA作為擴張型心肌病生物標志物的研究很少。一項共納入266例對照者和818例患者的研究發現，lncRNA ENST00000507296和ENST00000532365能夠作為擴張型心肌病相關心力衰竭的診斷生物標志物。另外，較高水平的循環lncRNA ENST00000507296提示擴張型心肌病患者發生心血管不良事件的風險較高[19]。總之，ncRNA具有作為生物標志物的優良特性。相信隨著生物技術的快速發展，ncRNA將作為擴張型心肌病的循環生物標志物在臨床上得到應用。

5 ST2

可溶性ST2(sST2)是一種白介素家族的成員，用于評估心力衰竭或急性冠狀動脈綜合征患者的心臟重塑和組織纖維化。在2017年修訂的ACC/AHA指南中，ST2被給予Ⅱa類推薦，用于心力衰竭患者的風險評估[20]。一項關于sST2對擴張型心肌病患者(包含262例擴張型心肌病患者)的預后價值研究表明，sST2可獨立預測全因死亡率和心臟病死率。另外，亞組分析顯示sST2在特發性和炎癥性擴張型心肌病中具有較好的預測性，但在家族性擴張型心肌病中基本沒有預測性[21]。還有研究納入了107例臨床情況穩定的擴張型心肌病患者，在平均4.8年的隨訪期中觀察到，患有慢性代償期心力衰竭的擴張型心肌病患者的ST2水平升高與死亡或心臟移植風險的增加有關[22]。最近在小兒擴張型心肌病中也證實了血清sST2水平與心臟不良事件的相關性。該研究測量了94例小兒擴張型心肌病患者的BNP和sST2水平，發現與單獨使用BNP相比，sST2在識別高危擴張型心肌病方面更有優勢[23]。因此，sST2目前被認為是擴張型心肌病患者預后和風險評估的重要生物標志物，被納入2017年美國心臟病學會更新的心力衰竭指南[24]。

6 Gal-3

Gal-3是一種β-半乳糖苷結合蛋白，屬于凝集素家族，具有多效調節活性并參與多種生物學過程，如炎癥、組織纖維化和血管生成[25]。這種蛋白質在心臟中釋放，可導致心臟成纖維細胞的激活，從而促進心臟的纖維化過程。眾所周知，心肌纖維化在擴張型心肌病的發生發展中發揮重要作用。此外，心肌纖維化可通過折返機制，增加持續性室性心動過速或心室顫動的風險，這提示心臟纖維化可能與擴張型心肌病的室性心律失常有關[26]。一項前瞻性隊列研究描述了擴張型心肌病患者的循環Gal-3水平與心肌纖維化之間的關系，研究表明，與循環Gal-3水平低(<中位數)的擴張型心肌病患者相比，Gal-3水平高的患者的CRP、cTnI、BNP更高(P<0.05)，而左室射血分數更低(P=0.006)。另外，Gal-3水平高的患者經釓對比劑延遲強化(LGE)技術發現心臟纖維化更重(P=0.010)。[27]。鑒于單用心室LGE預測擴張型心肌病患者預后的局限性，一項中國的前瞻性研究評估心臟磁共振成像聯合Gal-3水平對擴張型心肌病患者的預后價值，通過LGE狀態和Gal-3水平的組合預測擴張型心肌病主要心臟不良事件(心源性死亡、心室顫動和室性心動過速、加重的心力衰竭)的Kaplan-Meier生存分析表明，LGE陽性+高Gal-3組更可能發生主要心臟不良事件(P=0.004)。這表明心臟磁共振成像聯合Gal-3水平可能為擴張型心肌病患者預后提供更準確的預測價值[28]。但當前的研究樣本數量較小，需要進一步研究評估Gal-3在擴張型心肌病中的診斷或者預后價值。

7 生長分化因子-15(GDF-15)

GDF-15，也稱為血清巨噬細胞抑制性細胞因子-1，是一種屬于轉化生長因子β(TGF-β)超家族的蛋白質，是一種應激反應性細胞因子，在調節炎癥、纖維化和凋亡等過程中發揮作用[29]。一項包含52例擴張型心肌病患者的小型前瞻性研究顯示，GDF-15與擴張型心肌病心律失常的風險分層有關。另外GDF-15在預測擴張型心肌病致死性心律失常事件方面要優于sST2，因此，有人建議在左心室射血分數的基礎上補充GDF-15來提供額外信息，以便更好地識別有心律失常死亡風險的患者[30]。LOK等[31]評估了擴張型心肌病患者在左心室輔助裝置支持期間的循環GDF-15水平，觀察到終末期擴張型心肌病的循環GDF-15水平顯著升高，GDF-15水平與心肌纖維化程度有關，并在左心室輔助裝置卸載后的1個月內迅速下降至接近正常水平。然而，作者檢測到心臟中GDF-15的RNA和蛋白質表達很低，這表明心臟不是這些患者循環GDF-15升高的主要來源。因此，擴張型心肌病循環高水平的GDF-15可能主要由心外器官產生，這與最近的動物研究[32]一致。最近NAIR等[33]評估GDF-15在擴張型心肌病心臟重構中的作用，發現GDF-15與心臟纖維化和重塑的標志物(如sST2和MMP)相關，并且與心臟功能的結構和功能參數相關。這些研究表明GDF-15可能是擴張型心肌病的一種新型生物標志物，但是距離臨床應用還需要更多的臨床證據。

8 無細胞DNA(cfDNA)

cfDNA是高度片段化的雙鏈DNA，在正常生理條件下可在體液(血漿/血清、尿液、腦脊液等)存在。血液中的cfDNA可能有兩個主要來源，即活細胞凋亡、壞死產生和cfDNA的主動釋放(由囊泡運輸、外泌體、造血細胞釋放DNA片段等)。循環cfDNA已被成功地作為生物標志物用于多個領域，如癌癥的發展、產前診斷、腎臟疾病、風濕性疾病和心臟病等。在心臟病方面，cfDNA被認為是高血壓和心肌損傷的生物標志物[34]。一項研究發現，未甲基化的Refilin A(FAM101A)基因可以特異性追蹤到源自心肌細胞死亡的cfDNA，為測量缺血期間的細胞凋亡提供了一個新思路[35]。升高的無細胞線粒體DNA水平與嚴重的急性心力衰竭患者的高病死率有關，表明cfDNA是一種有用的生物標志物，可用來評估急性心力衰竭風險分層[36]。此外，已有證據表明cfDNA可作為評估心臟移植后損傷的生物標志物。雖然目前還沒有cfDNA在擴張型心肌病中的研究，但是心力衰竭和心臟移植都與擴張型心肌病密切相關，這表明cfDNA可能在擴張型心肌病中具有重要價值[37]。作為一種相對較新的生物標志物，cfDNA在醫療實踐中顯示出巨大的前景，但半衰期短，特異性和敏感性較差等原因導致其在臨床應用中受到限制。

9 其他

脂質組學是使用高分辨率質譜對健康和疾病個體中的細胞、組織、器官或生物流體脂質組的變化進行鑒定和定量。特定生物體的脂質組與疾病的表現有關，因為它反映的可能是疾病的代謝變化。因此，脂質組學的相關分子變化可以作為疾病篩查或早期診斷的潛在標志物。另外生物流體，包括血液、尿液、腦脊液等，由于它們易于收集和患者的不適感很小，故經常用于基礎或臨床研究。利用外周血的脂質組學分析提供擴張型心肌病發生的代謝變化的信息，這是一個有價值的研究方向。一項研究對正常個體和因LMNA突變而患有擴張型心肌病的患者的血清進行了脂質組學分析，結果發現因LMNA突變而患有擴張型心肌病的患者血清中奇數鏈甘油三酯減少，但奇數鏈甘油三酯的減少與LMNA突變無關，可能與左心室舒張末期室壁厚度增加有關[38]。因此，奇數鏈甘油三酯可以被視為擴張型心肌病風險標志物，而其他血清中的脂質類物質與擴張型心肌病之間的關系還有待進一步研究。另外，CRP、hs-CRP、中性粒細胞/淋巴細胞比率、心臟型脂肪酸結合蛋白、肌球蛋白結合蛋白-C等也可以作為生物標志物在擴張型心肌病的風險分層中發揮一定的作用，但都有待繼續研究[2]。

綜上所述，循環生物標志物在擴張型心肌病的評估中是一種非常有前景的工具，但是這些標志物距離應用于臨床仍需要大量研究去驗證。擴張型心肌病循環生物標志物的發現將有助于更好地認識擴張型心肌病的病理生理機制，并從中找到有助于擴張型心肌病早期診斷、療效監測、藥物研發的潛在靶點，為擴張型心肌病的預防與治療開辟新的視野和方法。