慢性腎臟病患者血清NGAL、OPN及MMP9水平與左心室肥厚的關(guān)系

張 帥 謝 娟 張譯元 鄭東輝

慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)患病率逐年增高，已成為全球關(guān)注的重要公共衛(wèi)生問題之一。截至2017年，全球CKD患者數(shù)量達(dá)到6.975億，其中約1/3患者生活在中國(guó)(1.323億)和印度(1.151億)。而心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)是CKD患者最常見的并發(fā)癥及最主要的死因，2017年全球約140萬患者死于因腎功能受損所致的心血管疾病，嚴(yán)重影響著CKD患者的預(yù)后[1,2]。心血管疾病最突出的特征是心臟結(jié)構(gòu)及功能的異常，尤其是左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)。左心室肥厚會(huì)導(dǎo)致CKD患者發(fā)生心肌缺血、心源性猝死、心律失常、心力衰竭等心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)增加[3]。

基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9，MMP9)是一種廣泛存在于心肌組織中的明膠酶，通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)降解來影響心室重塑，從而參與LVH的形成[4]。研究發(fā)現(xiàn)，骨橋蛋白(osteopontin，OPN)和中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin, NGAL)通過延緩MMP9降解或促進(jìn)其表達(dá)、促進(jìn)心肌炎性反應(yīng)及纖維化等機(jī)制參與心血管疾病如LVH發(fā)生的病理生理過程[5,6]。然而，目前尚不清楚血清OPN、NGAL及MMP9水平與CKD3～5期患者并發(fā)LVH的確切關(guān)系，因此，本研究旨在探討血清OPN、NGAL及MMP9水平與CKD3～5期患者發(fā)生LVH的相關(guān)性，以期為CKD患者早期發(fā)現(xiàn)心臟損傷并干預(yù)提供理論依據(jù)。

資料與方法

1.一般資料：本研究選擇2020年7月～2021年6月就診于徐州醫(yī)科大學(xué)附屬淮安醫(yī)院腎臟內(nèi)科且明確診斷為CKD 3～5期的患者為實(shí)驗(yàn)組，均符合CKD診斷標(biāo)準(zhǔn)，均未行腎臟替代治療或相關(guān)數(shù)據(jù)均在行腎臟替代治療之前完成收集[7]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并基礎(chǔ)心臟疾病的患者：心功能Ⅲ～Ⅳ級(jí)，先天性心臟病，嚴(yán)重心力衰竭、急性心肌梗死、瓣膜性心臟病、風(fēng)濕性心臟病、甲狀腺功能亢進(jìn)性心臟病、肺心病、心臟搭橋術(shù)后等患者，或者近期發(fā)生急性心血管事件的患者；②合并嚴(yán)重感染;③合并嚴(yán)重肝膽疾病、活動(dòng)性或消耗性疾病(如惡性腫瘤、重癥肺結(jié)核);④妊娠及哺乳期女性;⑤近半年內(nèi)使用類固醇類激素、免疫抑制治療、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ACEI/ARB)類藥物者。共144例入組，男性88例，女性56例，患者年齡29～78歲，平均年齡為55.38±15.39歲。原發(fā)疾?。郝阅I小球腎炎72例，糖尿病腎病68例，狼瘡性腎炎2例，慢性間質(zhì)性腎炎2例。根據(jù)患者腎小球?yàn)V過率(estimate glomerular filtration rate，eGFR)水平將患者分為A組[eGFR為30～59ml/(min·1.73m2)，60例]、B組[eGFR為15～29ml/(min·1.73m2)，48例]、C組[eGFR小于15ml/(min·1.73m2)，36例]。另納入同期在筆者醫(yī)院體檢中心體檢的30例健康體檢者作為對(duì)照組，其中男性19例，女性11例，年齡35～63歲，平均年齡為48.35±10.59歲。本研究得到徐州醫(yī)科大學(xué)附屬淮安醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理審批號(hào)：HEYLL202086)。

2.方法：(1)臨床資料收集：收集入組患者的臨床資料，包括患者的年齡、性別、基礎(chǔ)疾病、血壓、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、體表面積(body surface area，BSA)。(2)血清標(biāo)志物水平的測(cè)定：血清為患者既往清晨空腹生化化驗(yàn)時(shí)-80℃留存的標(biāo)本。采用酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)血清OPN、NGAL、MMP9水平，試劑盒均購(gòu)自泉州市睿信生物科技有限公司。(3)實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)：包括血紅蛋白(hemoglobin，Hb)、肌酐(creatinine，Cr)、尿素氮(urea nitrogen，BUN)、鈣(calcium，Ca)、磷(phosphorus，P)、C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)。用簡(jiǎn)化腎臟病飲食改良研究(modification of diet in renal disease，MDRD)公式計(jì)算腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate，GFR)。(4)心臟超聲指標(biāo)：由筆者醫(yī)院專職超聲科醫(yī)生做單盲檢測(cè)，測(cè)定患者左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end diastolic dimension，LVEDD)、室間隔厚度(interventricular septum thickness，IVST)、左心室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness，LVPWT)。參照文獻(xiàn)[8]計(jì)算左心室質(zhì)量(left ventricular mass，LVM)及左心室質(zhì)量分?jǐn)?shù)(left ventricular mass index，LVMI)，LVH的診斷標(biāo)準(zhǔn)為男性LVMI≥115g/m2，女性LVMI≥95g/m2。其中LVM(g)=0.8×1.04×[(LVEDD+IVST+LVPWT)3-LVEDD3]+0.6；LVMI(g/m2)=LVM/BSA。

結(jié) 果

1.不同分期的CKD患者及對(duì)照組的基本臨床資料比較：各組間年齡、性別、BMI比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。對(duì)照組、A組、B組及C組患者的磷、收縮壓、肌酐、尿素氮、CRP、NGAL、OPN、MMP9水平均逐漸增高，鈣、血紅蛋白水平逐漸下降，且兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。在CKD患者中，LVMI隨著CKD的進(jìn)展逐漸增高，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。C組患者合并LVH的比例高于A組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，詳見表1。

表1 入組患者的臨床資料

2.LVH組和非LVH組相關(guān)資料水平比較：CKD3～5期患者中LVH組的年齡、性別、BMI、舒張壓和CRP與非LVH組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。LVH組的收縮壓、肌酐、LVMI、NGAL、OPN及MMP9均高于非LVH組，血紅蛋白、eGFR低于非LVH組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，詳見表2。

表2 LVH組和非LVH組標(biāo)志物水平比較

3.各標(biāo)志物水平的相關(guān)性分析：經(jīng)Pearson相關(guān)分析顯示，CKD3～5期患者血清NGAL、OPN及MMP9之間呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，詳見表3。

表3 各標(biāo)志物水平的相關(guān)性分析(r)

4.標(biāo)志物水平與超聲心動(dòng)圖參數(shù)的相關(guān)性分析：二分類Logistic回歸分析顯示，年齡、收縮壓、CRP、NGAL、OPN、MMP9是CKD3～5期患者發(fā)生LVH的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(OR值分別為1.511、1.480、1.115、1.392、2.573、2.217；95% CI分別為1.027～2.124、1.101～1.939、1.025～1.414、1.140～1.675、1.796～2.701、1.646～2.967；P值分別為<0.001、0.044、0.027、<0.001、0.007、<0.001),詳見表4。

表4 Logistic回歸分析發(fā)生LVH的危險(xiǎn)因素

5.血清OPN、NGAL及MMP9水平診斷左心室肥厚的敏感度和特異性分析：ROC曲線分析結(jié)果顯示，3種標(biāo)志物聯(lián)合預(yù)測(cè)CKD3～5期患者發(fā)生LVH的AUC為0.890，敏感度、特異性分別為87.36%、79.91%，詳見表5。

表5 血清OPN、NGAL及MMP9診斷LVH的敏感度和特異性分析

討 論

NGAL最初從中性粒細(xì)胞顆粒中純化得到，也稱為脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2(lipocalin-2)，是脂質(zhì)運(yùn)載蛋白家族成員之一，作為急性腎損傷的早期標(biāo)志物而受到廣泛研究。NGAL其自身結(jié)構(gòu)中β-桶狀結(jié)構(gòu)封閉末端的β4～β5環(huán)附近有游離的巰基，可以與配體結(jié)合形成二硫鍵，從而調(diào)節(jié)蛋白的活性和功能，也成為其與MMP9相結(jié)合并調(diào)節(jié)其代謝的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[9]。

MMP9是一種明膠酶，隸屬于基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs) 家族，具有降解間質(zhì)蛋白的作用，是降解心肌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的主要介質(zhì)，廣泛存在于心肌組織中[10]。ECM則對(duì)維持左心室形狀、心肌細(xì)胞的排列和協(xié)調(diào)心肌收縮性起重要作用。ECM成分合成或降解代謝失衡是引起左心室擴(kuò)大及心肌重構(gòu)的主要因素之一。MMP9則通過影響ECM降解來影響心室重塑[10]。研究發(fā)現(xiàn)，NGAL與MMP9的結(jié)合并不影響后者的活性, 但起到穩(wěn)定及延緩 MMP9分解的作用，故NGAL通過延緩MMP9的降解而起到促進(jìn)心室重塑的作用[9]。

研究發(fā)現(xiàn)在大鼠平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cess SMC)的培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)其分泌的NGAL與MMP9以復(fù)合物的形式存在，并與MMP9共定位于小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis AS)斑塊中，都證實(shí)了在心肌等組織中MMP9與NGAL共表達(dá)[4]。OPN也稱為骨涎蛋白、分泌性磷蛋白，是一種分泌型多功能糖基化磷蛋白，由314個(gè)氨基酸殘基組成，可以通過包括磷酸化、糖基化、硫酸化、酶裂解等翻譯后修飾發(fā)揮不同的功能[11]。經(jīng)過酶裂解OPN可以形成幾種基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP2、MMP9等)裂解位點(diǎn)，正是憑借此過程OPN可通過提高細(xì)胞外基質(zhì)中MMP9的表達(dá)，在心室重塑過程中起到與NGAL相同的作用[12]。本研究中受試者血清NGAL、OPN濃度與MMP9濃度呈顯著正相關(guān)，也從側(cè)面證實(shí)了三者在參與心室重塑過程中的相關(guān)性。

有研究將小鼠心肌細(xì)胞與重組NGAL一起孵育，發(fā)現(xiàn)隨著NGAL濃度的增加，心肌細(xì)胞的體積也逐漸增大，且肥大的心肌細(xì)胞中NGAL及NGAL mRNA水平均明顯增加[13]。由此推測(cè)NGAL參與心肌細(xì)胞肥大形成，但NGAL參與心肌肥大的具體病理生理機(jī)制仍未明確。此外，心肌肥大也是發(fā)生左心室肥厚及左心室舒張功能障礙的關(guān)鍵病理過程。還有文獻(xiàn)報(bào)道急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)及慢性心力衰竭(heart failure，HF)患者的血清NGAL水平明顯高于健康受試者[14,15]。前者的血清NGAL水平也高于穩(wěn)定型心絞痛患者[14]。國(guó)內(nèi)有研究顯示，血清或尿NGAL水平和NT-proBNP一樣均可作為診斷HF的標(biāo)志物[16]。血清NGAL水平同樣可以作為CKD患者心血管并發(fā)癥的預(yù)測(cè)因子[17]。而關(guān)于OPN，Giachelli等[18]在動(dòng)脈組織中發(fā)現(xiàn)它并指出其可能在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成的炎癥過程中發(fā)揮重要作用。

既往研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者血漿OPN水平顯著升高，并與嚴(yán)重程度相關(guān)[19]。對(duì)心力衰竭患者進(jìn)行心肌活檢，也發(fā)現(xiàn)OPN表達(dá)水平明顯上調(diào)[20]。OPN目前已被確定為慢性心力衰竭和特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓患者病死率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[19,21]。此外，在高血壓人群中，受試的199例高血壓患者中發(fā)現(xiàn)循環(huán)中高水平的OPN是發(fā)生心室肥厚和心室舒張功能障礙的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[22]。在另外一項(xiàng)包含1092例高血壓患者的大規(guī)模樣本研究中也得出相似的結(jié)論[23]。本研究在CKD人群中檢測(cè)兩種標(biāo)志物并評(píng)估其與LVH的相關(guān)性，結(jié)果顯示CKD患者血清NGAL、OPN濃度明顯高于對(duì)照組，并且隨著CKD的進(jìn)展，兩種標(biāo)志物的水平也逐漸升高，這與Kim等[3]研究結(jié)果類似。一方面，慢性腎臟病患者腎臟損傷可能會(huì)導(dǎo)致NGAL與OPN的排泄減少。另一方面考慮與CKD患者機(jī)體長(zhǎng)期處于微炎性狀態(tài)，IL-1β、IL-6與TGF-β等炎性細(xì)胞因子釋放增加，刺激NGAL、OPN產(chǎn)生增加[24]。

研究結(jié)果還顯示，CKD患者合并LVH的比例達(dá)41.67%，造成發(fā)生率升高的因素包括高齡、高血壓等“傳統(tǒng)因素”，以及CKD特異性的“非傳統(tǒng)因素”(如貧血、微炎癥狀態(tài)、礦物質(zhì)代謝紊亂等)。同時(shí)LVH組患者血清NGAL、OPN水平明顯高于非LVH組，進(jìn)一步表明兩種標(biāo)志物與CKD患者并發(fā)LVH存在密切關(guān)系,這與Yang等[22]、曾艷等[25]在高血壓人群中的研究結(jié)果存在一定相似性，兩項(xiàng)研究分別對(duì)OPN與NGAL水平與LVH的相關(guān)性進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)二者能早期評(píng)估高血壓心臟損傷，是高血壓患者發(fā)生LVH的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。

回歸分析顯示年齡、收縮壓及3種標(biāo)志物水平是CKD3～5期患者發(fā)生LVH的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，提示隨著年齡的增長(zhǎng)，因?yàn)槟I血流下降與腎單位減少等因素導(dǎo)致三者的排泄減少，NGAL與OPN分別通過延緩MMP9降解或促進(jìn)其表達(dá)使ECM降解增加，引起了心室重塑，從而導(dǎo)致發(fā)生LVH的風(fēng)險(xiǎn)增加。同時(shí)隨著血壓升高，血管外周阻力也不斷升高，心臟后負(fù)荷增加，心臟射血功能減弱致心排出量下降，心室內(nèi)壓力升高，最終導(dǎo)致左心室肥厚。NGAL、OPN及MMP9預(yù)測(cè)CKD3～5期患者發(fā)生LVH的敏感度和特異性均低于聯(lián)合檢測(cè)，說明3種標(biāo)志物的聯(lián)合檢測(cè)對(duì)CKD患者發(fā)生心臟損傷早期診斷與篩查發(fā)揮了較好的應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，血清NGAL、OPN及MMP9水平在CKD患者中明顯升高，三者與CKD3～5期患者發(fā)生LVH密切相關(guān)。聯(lián)合檢測(cè)3種標(biāo)志物可能對(duì)CKD患者早期發(fā)現(xiàn)心臟損傷、改善患者預(yù)后具有一定的臨床意義。