外周血線粒體DNA、生長分化因子-15 聯合腦鈉肽檢測對心力衰竭的診斷價值

黎百志，李曉慧，張愛文

（承德醫學院附屬醫院心臟內科，河北 承德 067000）

心力衰竭（heart failure，HF）是各種心血管病的嚴重表現或終末期，其特征是心臟無法泵出適量的血液來滿足身體的需求[1]，全球約有2300 萬人受HF 影響[2]。在我國由于人口老齡化的加劇等因素，導致我國HF 患病率呈持續升高趨勢[3]。有數據顯示[4]，HF 每年的總死亡率根據嚴重程度在10%～50%。目前，心衰指南推薦腦鈉肽用于心衰篩查、診斷和鑒別診斷、病情嚴重程度和預后的評估，但受到如年齡、感染等多種因素的影響，使其敏感性和特異度下降[3]。由于HF 發生、發展機制十分復雜，涉及到炎癥反應、代謝偏移、心肌損傷、纖維化和線粒體功能障礙等多個病理學基礎[4]，因此已有針對其病理機制提出的多個新型的循環分子作為心力衰竭的生物標志物，包括生長分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）、半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）、線粒體DNA（mitochondrial DNA）等[5]。由于HF 發生、發展機制復雜，因此多種生物標志物聯合使用比單一生物標志物更具參考價值[6]。本研究通過檢測血清中GDF-15 水平及外周血mtDNA 聯合腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP），探討聯合檢測在HF 診斷中的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究通過承德醫學院附屬醫院倫理委員會審核并批準，選取2019 年8 月-2020 年1月于承德醫學院附屬醫院本部心臟內科住院的心力衰竭患者74 例作為試驗組，按照紐約心功能分級（New York Heart Association，NYHA）：NYHAⅡ級患者10 例，NYHAⅢ級患者14 例，NYHAⅣ級患者50例。選取同期住院心功能正常患者75 例作為對照組。入選標準：①癥狀和/或體征（如勞力性呼吸困難、外周水腫等）；②射血分數降低（LVEF＜40%）；③腦鈉肽升高（＞35 ng/ml）合并左心室肥厚或左心房擴大；④腦鈉肽升高（＞35 ng/ml）合并心室舒張功能異常。其中滿足第1 條加上其他任意1 條均可入選。具體參考2018 年中國心力衰竭診斷和治療指南[3]。排除標準：心源性休克、嚴重感染、急性心肌梗死、肝衰竭、嚴重血液系統疾病、血液透析者、惡性腫瘤、線粒體相關疾病、代謝綜合征、放化療者、器官移植者、妊娠、哺乳以及近期重大手術史及外傷史等。

1.2 臨床數據收集 收集入選對象的臨床資料，包括性別、年齡、體重、身高、血壓、既往病史、吸煙飲酒史、心功能分級、血常規、腎功能、肝功能、腦鈉肽、心臟彩超等臨床數據，并建立基線數據庫。

1.3 血樣本收集與處理 采集入選對象外周靜脈血3 ml（入院后第2 天晨起），用離心機以3000 r/min離心15 min，收集上清液，用酶聯免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）法測定血清GDF-15 因子水平。同時采集入選對象外周靜脈血2 ml，應用實時RT-PCR 技術檢測入選對象外周血mtDNA。

1.4 統計學方法 采用SPSS 25.0 統計軟件。計量資料符合正態分布用（）表示，組間比較用t檢驗；偏態分布用[M（P25，P75）]表示，組間比較選擇秩和檢驗。計數資料用[n（%）]表示，組間比較用χ2檢驗。多因素相關分析正態資料選用Pearson 相關性分析，偏態資料用Spearman 秩相關分析。應用受試者工作特征曲線（ROC 曲線）評估外周血mtDNA、GDF-15、BNP 及其聯合檢測評估其對HF 的診斷效能，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般臨床資料比較 HF 組患糖尿病比例、現癥吸煙比例及白細胞計數與對照組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；HF 組男性占比、年齡、患房顫患者占比均高于對照組，且HF 組左房內徑、左室舒張末期前后徑大于對照組，肌酐、尿酸、尿素氮、BNP、GDF-15 水平高于對照組，總蛋白、mtDNA 低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組一般臨床資料比較

2.2 不同心功能分級患者BNP、GDF-15、mtDNA 水平比較 隨著心功能分級增加，血清BNP、GDF-15水平逐漸升高，外周血mtDNA 含量逐漸下降，見表2。

表2 不同心功能分級患者血清BNP、GDF-15 及外周血mtDNA 水平比較[M（P25，P75）]

2.3 單因素Logistic 回歸分析結果 年齡、左心室收縮末期前后徑增大，RDW、BUN、BNP 升高是心衰患者的獨立預測因子，見表3。

表3 單因素回歸分析心力衰竭患者的危險因素

2.4 多因素回歸分析結果 多因素回歸分析顯示，BNP、GDF-15、mtDNA 仍是心衰的獨立危險因素（P＜0.05），見表4。

表4 多因素回歸分析結果

2.5 GDF-15 與臨床指標的相關性分析 心衰患者血清GDF-15 水平與年齡、BNP、左室舒張末期前后徑呈正相關，與射血分數、mtDNA 呈負相關，見表5。

表5 GDF-15 與臨床指標的相關性分析結果

2.6 mtDNA 與臨床指標的相關性分析 心衰患者外周血mtDNA 含量與射血分數呈正相關，與年齡、左室舒張末期前后徑、BNP、GDF-15 呈負相關，見表6。

表6 mtDNA 與臨床指標的相關性分析結果

2.7 血清BNP、GDF-15、mtDNA 及其聯合檢測對心衰診斷能力的評估 血清BNP、GDF-15、mtDNA的聯合檢測較單一因子對心衰的診斷能力更高，見表7、圖1。

圖1 BNP、GDF-15、mtDNA 及其聯合檢測診斷心衰的ROC 曲線

表7 血清BNP、GDF-15、mtDNA 及其聯合檢測對心衰診斷能力的評估

3 討論

心力衰竭是以心室重構、神經內分泌系統紊亂和外周血分布異常為特征的各種心血管疾病的終末期[2]，是導致全球疾病發病率和死亡率增加的主要疾病之一。據估計診斷HF 后，有一半的患者存活不足5 年。在過去的幾十年中，由于對各種心血管疾病的診療水平的提升，導致因HF 住院的患者急劇上升，HF 帶來的社會負擔逐漸增加，因此盡早識別及準確診斷HF 是十分必要的。BNP 被視為HF 診斷和預后的主要生物標志物，但其受年齡、腎功能、炎癥等多種因素影響，使其診斷效能、敏感性、特異度下降[3]。由于HF 的發生發展涉及到炎癥反應、纖維化、能量代謝等，因此從其機制出發，提出了許多循環分子作為HF 的生物標志物，盡管存在一些爭議，但一些循環分子已被越來越多地視為診斷及風險預測的工具。近年來，GDF-15 作為一種新的因子，在心力衰竭中的作用中被廣泛討論。GDF-15 是一種與重塑、氧化應激和炎癥相關的生物標志物，已用于對HF 患者進行分層[7]，但是目前對HF 診斷價值方面的研究相對于其對預后方面的研究相對較少。心臟是一個高耗能的器官，其能量的90%由心肌線粒體氧化供能，所以線粒體的損傷或者功能障礙將會導致HF 的發生和發展。因此反映線粒體功能障礙的新標記物可能有助于心血管疾病患者的診斷并開發新的治療策略[8]。

本研究通過檢測血清中GDF-15 的含量及外周血mtDNA 的表達，聯合傳統HF 標志物BNP，探討其對HF 的診斷效能。結果發現，HF 患者血清GDF-15 水平較非HF 患者升高，HF 患者外周血mtDNA的表達下降，GDF-15、mtDNA 聯合BNP 較單一的因子可提高HF 的診斷效能以及特異度。

心血管疾病是GDF-15 產生的主要來源，其血漿濃度與心血管疾病密切相關。GDF-15 是一種抑制心肌肥大、細胞凋亡和心肌重塑的心臟保護性細胞因子，其血漿水平可間接反映心臟重構和纖維化程度[9]。有研究發現[10]，將GDF-15 添加到多生物標志物之中，可提高對HF 患者預后的預測，并且優于常規風險評分。另有研究表明，血清GDF-15 濃度與心血管死亡和心力衰竭患者死亡風險有關[11]，是心力衰竭患者全因死亡率的獨立預測因子[12]，可用于心力衰竭患者的風險分層及預后評估及HF 的早期診斷[13]。同時Li J等[14]的研究表明，GDF-15 聯合NT-proBNP 可顯著提高HF 診斷的準確性，并且可早期識別高危患者，提高急性心力衰竭遠期預后的預測價值[15]。本研究結果顯示，GDF-15 水平與LVEF 呈負相關，與LVEDD 呈正相關，這與Li J等[14]的研究結果一致。此外，研究結果顯示隨著心功能的惡化和分期的進展，HF 患者的GDF-15 水平高于對照組，并且與對照組之間的差異逐漸增大，這間接地證明GDF-15 在HF 中的價值。本研究還顯示在二元Logistic 回歸分析中，在調整了性別、年齡、是否合并房顫等混雜因素后，GDF-15 仍是HF 的獨立危險因素。在ROC 曲線分析中顯示與單獨的BNP比較，將GDF-15 與BNP 聯合使用在診斷效能不變的情況下，可顯著提高HF 診斷的特異度。

心臟是一個高耗能的器官，心臟功能障礙的發生與進展與心臟能量代謝的變化有關，線粒體幾乎承擔了心肌細胞的所有能量供應。線粒體在多種細胞功能中起著核心作用，包括氧化能的產生，鈣離子的儲存和程序性細胞死亡。與核DNA 比較，由于mtDNA 的染色質結構、缺乏組蛋白的保護及修復機制的效率較低等原因，使得mtDNA 更容易受到損傷。在所有的細胞類型中，心肌細胞內的線粒體含量為最高，如果線粒體功能出現失調，則會導致心肌的收縮和舒張功能下降，促進HF 的發生及發展。有研究表明[9]，HF 患者外周血中的mtDNA 含量與心肌組織之間呈正相關。另有研究證實[16]，在有癥狀的HF 患者中，與健康對照組比較，在心肌組織以及外周血細胞中發現mtDNA 含量降低，尤其是晚期心衰。本研究通過檢測外周血mtDNA 含量，結果顯示HF 患者外周血mtDNA 含量顯著下降，mtDNA 拷貝數耗盡是HF 的獨立危險因素，這與Huang J等[17]的研究結果一致，并且隨著心功能的下降，HF 患者外周血mtDNA 含量與對照組之間的差距逐漸增大，間接證明其在HF 中的價值。在相關性分析中，mtDNA含量與LVEDD 等呈負相關，與LVEF 呈正相關。二元Logistic 回歸分析中，在調整了性別、年齡、是否合并房顫等混雜因素后，外周血mtDNA 下降仍顯示是HF 的獨立危險因素。通過ROC 曲線分析顯示，mtDNA 的特異度在3 個因子中最高，但是其敏感性欠佳。與單獨的BNP 比較，將mtDNA 與BNP 聯合使用可提高HF 的診斷效能，并且在敏感性不變的情況下，其對HF 診斷的特異度顯著提高。

本研究的局限性：本研究是單中心研究，研究樣本量較少，導致發生偏倚的可能性增大。患者在入院后第2 天抽血，在經過入院治療后（如利尿劑等）可能會導致血中的mtDNA、GDF-15 水平較剛入院時發生變化，導致結果出現偏倚。本實驗亦未證明HF患者的mtDNA 下降是導致HF 的原因，還是HF 導致了mtDNA 的下降，目前亦無明確的研究加以揭示其中的機制。

綜上所述，HF 患者的血清GDF-15 含量升高，外周血mtDNA 的含量下降，隨著心功能的下降，其含量與對照組之間的差距逐漸增大。在BNP、GDF-15、mtDNA 因子中，BNP 對HF 的診斷效能最高，mtDNA 對HF 的診斷特異度最高。與單一因子比較，BNP、GDF-15、mtDNA 聯合檢測可以提高對HF 的診斷效能及特異度。