心力衰竭生物標(biāo)志物的最新研究進(jìn)展

賈雪，王相陽，馬曉慧，阿基業(yè)

(1.中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇 南京 210009；2.天士力醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司創(chuàng)新中藥關(guān)鍵技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fù)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(jì)，世界上約有3 800萬名HF患者，而我國(guó)的HF患者數(shù)量就有400萬，其致病率高達(dá)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(fù)擔(dān)更加重了家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3-4]。有效的生物標(biāo)志物可以幫助臨床診斷和風(fēng)險(xiǎn)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(shí)間成本。本文將對(duì)與HF相關(guān)的生物標(biāo)志物的國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 生物標(biāo)志物的特征

在PubMed上搜索生物標(biāo)志物一詞發(fā)現(xiàn)，自2005年開始研究者們對(duì)生物標(biāo)志物的興趣急劇增加。近年來生物標(biāo)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(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：生物標(biāo)志物的測(cè)定樣本主要是人體的血液，尿液，糞便，唾液等生物樣本，檢測(cè)樣本易得并且對(duì)患者無創(chuàng)傷或者創(chuàng)傷較??；樣品檢測(cè)時(shí)間短，費(fèi)用低，且其測(cè)定的結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和精密度；并且對(duì)于疾病的狀態(tài)改變生物標(biāo)志物可以做出穩(wěn)定而可靠的改變；可以診斷疾病，監(jiān)測(cè)疾病的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，監(jiān)測(cè)治療的依從性以及可以作為藥物治療的預(yù)后指標(biāo)等[9]。

根據(jù)2016年歐洲心臟病學(xué)會(huì)(ESC)、2017年美國(guó)心臟學(xué)會(huì)(ACC)以及2018年中國(guó)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(biāo)志物，也指出反應(yīng)心肌纖維化、炎癥等的生物標(biāo)志物如可溶性生長(zhǎng)刺激表達(dá)基因2蛋白、半乳糖凝集素3等也有助于心衰患者的危險(xiǎn)分層和預(yù)后評(píng)估，但是對(duì)其臨床應(yīng)用并未詳細(xì)指出[10-12]。生物標(biāo)志物在輔助HF疾病診斷方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本文將對(duì)HF相關(guān)生物標(biāo)志物進(jìn)行總結(jié)分析。

2 心力衰竭生物標(biāo)志物研究總結(jié)

HF相關(guān)的生物標(biāo)志物近年來研究較為廣泛的有利鈉肽、C反應(yīng)蛋白、可溶性生長(zhǎng)刺激表達(dá)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(guān)的生物標(biāo)志物等。本文將對(duì)這些生物標(biāo)志物進(jìn)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(yīng)力增大刺激而釋放的一種內(nèi)源性激素，對(duì)血流動(dòng)力學(xué)以及體內(nèi)神經(jīng)激素有一定的影響效應(yīng)，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(yù)后的有力生物標(biāo)志物[13]。值得關(guān)注的是只有這兩種生物標(biāo)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(shí)了BNP和pro-BNP在急性心力衰竭患者評(píng)估中的作用[14]，以及BNP和pro-BNP作為HF疾病危險(xiǎn)分層指標(biāo)的作用[15]。最近的一項(xiàng)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(gè)重要補(bǔ)充。BNP水平對(duì)失代償性心力衰竭具有較高的診斷價(jià)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(yù)測(cè)準(zhǔn)確度為69%，陰性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度為100%。該研究同時(shí)也證實(shí)BNP含量與左心室收縮功能呈顯著的負(fù)相關(guān)，并且BNP含量與紐約心臟協(xié)會(huì)心力衰竭分類即心力衰竭的嚴(yán)重程度成正相關(guān)。Pro-BNP的診斷人群范圍也在不斷地探索研究中，最近的一項(xiàng)報(bào)告評(píng)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(duì)114名心衰患者(0～24歲)進(jìn)行診斷評(píng)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(shí)了pro-BNP能夠準(zhǔn)確檢測(cè)兒童和青少年心衰[17]。

2.2 C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP) C反應(yīng)蛋白 (CRP) 刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，被認(rèn)為是炎癥的典型標(biāo)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(cè)定可以作為心血管危險(xiǎn)分層的有用工具。CRP本身可以通過多種促動(dòng)脈粥樣硬化，促炎癥等增加心血管疾病的負(fù)擔(dān)。高敏感C反應(yīng)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(yù)測(cè)因子[18-19]。

Patrícia等[20]對(duì)收治的439名急性心力衰竭患者的Hs-CRP濃度進(jìn)行連續(xù)測(cè)定并監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)變化與射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭(HFpEF)患者的長(zhǎng)期死亡率有關(guān)。Hs-CRP的濃度下降40%，HFpEF患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。一項(xiàng)對(duì)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(jìn)行為期4.8年的隨訪，發(fā)現(xiàn)Hs-CRP是預(yù)測(cè)心力衰竭患病率的獨(dú)立因子[21]。

但是CRP的濃度也會(huì)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(dǎo)的輔助參數(shù)，而不是作為疾病診斷基礎(chǔ)的預(yù)先參數(shù)。

2.3 可溶性生長(zhǎng)刺激表達(dá)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(bào)道隨著sST2含量的增加，心衰嚴(yán)重程度可能會(huì)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(biāo)[23]，但是在急性和慢性心力衰竭中sST2的不良事件預(yù)測(cè)作用已經(jīng)被證明。Huang等[24]對(duì)2014年至2015年期間入院的164名HF患者進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，sST2以及pro-BNP都可以作為HF一年不良事件評(píng)估的標(biāo)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(huì)增高。Gaggin等[25]在151名心衰患者進(jìn)行連續(xù)10個(gè)月的隨訪研究中對(duì)sST2、pro-BNP以及GDF15進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)只有sST2濃度具有較大的變化，相比其他生物標(biāo)記物sST2對(duì)于預(yù)測(cè)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(zhǎng)度的半乳糖凝集素，它的N末端結(jié)構(gòu)域由串聯(lián)重復(fù)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(fù)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(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)將Gal-3注入大鼠的心包膜中，會(huì)引起心肌細(xì)胞的纖維化，并導(dǎo)致心功能不全[29]。一項(xiàng)近期的研究在心衰大鼠中將Gal-3與巨噬細(xì)胞共定位，發(fā)現(xiàn)Gal-3上調(diào)與巨噬細(xì)胞活化相關(guān)，而巨噬細(xì)胞浸入、活化又與炎癥相關(guān)[27]。

Gal-3在心臟組織中有少量表達(dá)，然而在心肌損傷的情況下，Gal-3的濃度迅速增加導(dǎo)致心肌纖維化，可以為HF患者提供短期或者長(zhǎng)期獨(dú)立預(yù)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(jià)值，研究發(fā)現(xiàn)Gal-3有助于預(yù)測(cè)急性心力衰竭患者入院后的30 d全因死亡率，Gal-3對(duì)短期死亡率的預(yù)測(cè)具有重要作用。另一項(xiàng)研究證實(shí)了Gal-3對(duì)長(zhǎng)期死亡率的作用，該研究對(duì)入院的251例呼吸困難為主要癥狀的急診患者進(jìn)行心衰診斷，篩選出137例急性心衰患者。并對(duì)患者的Gal-3含量進(jìn)行測(cè)定，研究發(fā)現(xiàn)其預(yù)測(cè)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(dá)[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(duì)miRNAs越來越感興趣。這些miRNAs參與了人類的造血干細(xì)胞分化、神經(jīng)形成、胚胎分化、血管再生、單核細(xì)胞的形成以及免疫細(xì)胞的形成和分化等[34-35]。此外，它們?cè)诿庖?、炎癥以及心血管系統(tǒng)的重要性已經(jīng)被證實(shí)[36-39]。miRNAs能夠作為心血管疾病的生物標(biāo)志物是因?yàn)樗鼈儏⑴c了與心血管疾病相關(guān)的生理病理過程并且它們?cè)谘汉湍蛞褐芯哂蟹€(wěn)定性[40]。

研究報(bào)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(qiáng)有關(guān)，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在心肌梗死區(qū)和心肌細(xì)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(fù)相關(guān)[41]。在對(duì)HF進(jìn)行炎癥研究時(shí)，研究者對(duì)miR-146a和miR-486特別感興趣，它們被認(rèn)為是炎癥網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分。在該網(wǎng)絡(luò)中NF-κB發(fā)揮關(guān)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(xì)胞因子又會(huì)反過來增加NF-κB的濃度而形成一個(gè)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(xiàng)臨床檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者與對(duì)照組相比miR-146a和miR-486血漿濃度有升高的趨勢(shì)，這也說明在心力衰竭階段機(jī)體自身也具有抗炎調(diào)節(jié)作用[42]。

曾曉聰?shù)萚43]對(duì)心力衰竭患者治療前后的射血分?jǐn)?shù)值，6 min步行距離，pro-BNP含量以及miR-182的含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)心衰組的射血分?jǐn)?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(duì)照組，治療4個(gè)月后心衰組的射血分?jǐn)?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?jǐn)?shù)值以及6 min步行距離值呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，此項(xiàng)研究證實(shí)miR-182的含量可以用來反應(yīng)疾病的嚴(yán)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(xì)胞損傷和cTn升高的生理病理基礎(chǔ)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(xì)胞因子釋放、氧化應(yīng)激等相關(guān)，這些機(jī)制的最終結(jié)果導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死，凋亡，以及肌鈣蛋白降解并從活細(xì)胞釋放[44]?！?018版中國(guó)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(shí)進(jìn)行檢測(cè)cTn含量，用于心力衰竭患者的病因診斷和預(yù)后評(píng)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(yù)后評(píng)估具有重要價(jià)值[45]。一項(xiàng)對(duì)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(duì)入院的363名射血分?jǐn)?shù)保留型失代償心力衰竭患者進(jìn)行同步cTn 含量測(cè)定，并將cTn水平升高的患者與cTn水平正常的患者進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)cTn水平升高與30 d、1年、2年死亡率相關(guān)。在射血分?jǐn)?shù)保留型失代償心力衰竭患者臨床治療期間，cTn是一個(gè)獨(dú)立的死亡率預(yù)測(cè)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(shí)，心臟結(jié)構(gòu)的重塑是導(dǎo)致疾病惡化的一個(gè)重要原因，而細(xì)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(biāo)志[48]?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)通過逆向調(diào)節(jié)細(xì)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(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，是心力衰竭患者死亡率和不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[49]。

Buralli等[50]對(duì)134名收縮功能障礙的心力衰竭患者進(jìn)行超聲心動(dòng)(射血分?jǐn)?shù)為28%±9%)和多普勒檢查，同時(shí)進(jìn)行MMP-3以及MMP-9血漿含量的測(cè)定，并將全因死亡率作為實(shí)驗(yàn)的終點(diǎn)。在進(jìn)行(24±14)個(gè)月的隨訪期間，有32名患者死亡，將多普勒結(jié)果，超聲心動(dòng)結(jié)果以及MMP-3、MMP-9測(cè)定結(jié)果與該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行單因素Cox回歸分析，發(fā)現(xiàn)二尖瓣左室舒張?jiān)缙谘魉俣?E)/ 舒張期二尖瓣環(huán)的運(yùn)動(dòng)(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(yù)測(cè)因子。在MMP-2對(duì)心力衰竭患者進(jìn)行預(yù)后評(píng)估價(jià)值的研究中，172名入選患者，67%是HF患者(其中64%為射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭，36%為射血分?jǐn)?shù)降低型心力衰竭)，對(duì)患者進(jìn)行超聲心動(dòng)檢查以及MMP-2含量的測(cè)定，并進(jìn)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(guān)。研究結(jié)果表明超聲心動(dòng)結(jié)果與血漿BNP、TnI、MMP-2的聯(lián)合運(yùn)用對(duì)患者評(píng)估的預(yù)后效果與住院診斷中統(tǒng)計(jì)的預(yù)后結(jié)果相一致[51]。

2.8 能量代謝相關(guān)生物標(biāo)志物 關(guān)于HF能量代謝的失調(diào)已有廣泛報(bào)導(dǎo)[52-54]，并且該生物標(biāo)志物檢測(cè)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(kù)這些都使得該生物標(biāo)志物在疾病診斷和預(yù)后信息提供方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[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(shí)，心臟代謝發(fā)生紊亂，心臟的底物利用發(fā)生改變[57]。在對(duì)HF的臨床樣本研究中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體進(jìn)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(jìn)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(xiàng)研究中，對(duì)183名HF患者和51名正常患者的血漿進(jìn)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(duì)該結(jié)果做了驗(yàn)證[59]。

通過對(duì)HF患者紊亂的代謝物的分析，有助于幫助臨床對(duì)HF的診斷分層以及預(yù)后評(píng)估。Wang等[60]對(duì)1 288名受試者進(jìn)行血漿代謝組學(xué)研究其中包括129名正常對(duì)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(duì)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(jí)。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(guān)系，提供預(yù)測(cè)HF患者的死亡率的信息。

不同的生物標(biāo)志物具有其獨(dú)特的作用優(yōu)勢(shì)，下表將對(duì)上述的HF生物標(biāo)志物進(jìn)行臨床應(yīng)用總結(jié)，見表1。

表1 心力衰竭生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用總結(jié)

3 結(jié)語

HF的生理病理機(jī)制是復(fù)雜的，可由多種生物因素驅(qū)動(dòng)該疾病的發(fā)展，包括纖維化、炎癥、氧化應(yīng)激、心肌細(xì)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(biāo)志物行列，但是C反應(yīng)蛋白、sST2、Gal-3、cTn等生物標(biāo)志物的運(yùn)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(duì)患者的診治更加準(zhǔn)確高效。

多種生物標(biāo)志物的聯(lián)合使用將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。一方面盡管有時(shí)多個(gè)生物標(biāo)志物的作用相同，但是聯(lián)合使用增加疾病診斷的準(zhǔn)確性和價(jià)值。另一方面多個(gè)生物標(biāo)志物的聯(lián)合使用也可以提供互補(bǔ)的預(yù)后信息，有助于改善患者的危險(xiǎn)分層情況。