化療導致的心臟毒性生物標志物研究進展*

王 鑫，李曉琪，遲偉群 綜述，劉 禹 審校

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院檢驗科，黑龍江哈爾濱 150001

近年來，隨著腫瘤診療技術的快速發(fā)展，腫瘤患者的病死率大幅下降。人們對于腫瘤的治療方式和預后要求也從最開始的密集治療要求延長生命，轉變?yōu)槎喾N藥物聯(lián)合應用力求降低預后風險、保證生存質量。心臟毒性是腫瘤化療最嚴重的不良反應之一，可產(chǎn)生于治療期間或治療后無病生存期內。判斷心臟毒性的金標準是心臟活檢，但此方法風險高，難以在臨床常規(guī)開展。目前臨床常用心電圖、超聲心動圖等方式發(fā)現(xiàn)心臟毒性，但及時性和敏感性較低，往往會造成對心臟損傷程度的預判不足。

心臟毒性由多種機制調控，心臟損傷的標志物包括傳統(tǒng)生物標志物、新型生物標志物和潛在生物標志物，涵蓋了包括炎癥、細胞損傷、心肌缺血、血管重構等不同損傷機制涉及的指標。這些指標有望指導臨床盡早發(fā)現(xiàn)心臟損傷，及時調整用藥，避免不良后果。

1 化療相關心臟毒性

化療相關心臟毒性是指患者在接受化學藥物治療時，所產(chǎn)生的心臟相關的毒性作用。這一概念最早被人類認知是在20世紀60年代[1]。隨著腫瘤的高發(fā)，這一問題越來越引起人們的關注。目前，心臟毒性主要被分為兩類：Ⅰ型為直接性心臟毒性，其損傷情況與累積劑量相關，以蒽環(huán)類藥物為主要誘因；Ⅱ型為間接性心臟毒性，其損傷情況與累積劑量無關，以曲妥珠單抗為主要誘因[2]。盡管心臟毒性產(chǎn)生的具體機制仍不清楚，但研究顯示，化療藥物可通過誘導DNA損傷、過度氧化應激、內質網(wǎng)應激等方式調節(jié)心肌細胞凋亡、自噬、壞死和焦亡的發(fā)生[3]，從而引起左心室射血分數(shù)(LVEF)改變、腫瘤治療相關心臟功能不全(CTRCD)、心律失常、心力衰竭等[2,4]。

2 心臟毒性相關生物標志物

2.1傳統(tǒng)心臟毒性生物標志物

2.1.1心肌梗死相關生物標志物 心肌梗死是由缺血缺氧導致的心肌壞死?；熕幬镩L期劑量累積引起的慢性心臟毒性，或者大劑量藥物引起急性心臟毒性，均能損傷心肌細胞，引起心肌梗死，使心肌酶釋放入血，引起心肌肌鈣蛋白I(cTnI)等生物標志物發(fā)生異常改變[3]。心肌梗死相關生物標志物的檢測能夠及時、有效地反映心臟損傷，有助于及時調整用藥，避免心臟毒性的進一步發(fā)展。

乳酸脫氫酶(LDH)和肌酸激酶同工酶(CK-MB)：LDH是廣泛存在于人體的糖酵解酶，在多種心臟疾病中表達升高；CK-MB是心肌含量最高的一種肌酸激酶，主要用于急性心肌梗死的檢測。有研究顯示，LDH和CK-MB均在心臟毒性引起的損傷中出現(xiàn)升高[5-6]，但由于其診斷特異性不佳，僅與其他標志物聯(lián)合應用于心臟毒性的輔助檢查[7]。

心肌肌鈣蛋白I(cTnI)：心肌肌鈣蛋白(cTn)是由TnC、cTnT、和cTnI 3種亞單位構成的絡合物，其中cTnI特異性存在于心肌中，是急性心肌梗死的診斷金標準之一；化療患者中，cTnI升高能夠對心臟毒性風險分層[8]，可對一段時間內的心臟毒性損傷進行預測[9]，并通過與其他生物標志物聯(lián)合應用進行心臟毒性的早期檢測[10]。2020年中國臨床腫瘤學會(CSCO)提出的《蒽環(huán)類藥物心臟毒性防治指南》將cTnI及高敏心肌肌鈣蛋白I(hs-cTnI)列為心臟毒性的診斷標志物。但有研究顯示，心臟cTnI在心臟毒性檢測的敏感性方面有所欠缺[11]。高敏方式檢測的cTn在一定程度上彌補了cTnI對心臟損傷檢測的不足，減少了假陽性和假陰性對結果產(chǎn)生的干擾，并能在心臟毒性早期進行檢測[12]。

2.1.2心力衰竭相關生物標志物 心力衰竭是心臟損傷的終末期疾病，由多種因素引起。心臟毒性引起的擴張型心肌病、心肌梗死等疾病，如未能及時發(fā)現(xiàn)并進行改善治療，最終都會轉化為慢性心力衰竭[13]。有研究顯示，多種生物標志物參與心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展，通過對生物標志物進行監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)心臟異常，有效提高生存率，改善患者預后[14]。

腦鈉肽(BNP)和N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)： 利鈉肽是心肌細胞分泌的小分子肽類物質，主要包括心房利鈉肽和BNP，BNP及其NT-proBNP升高常見于心臟壓力增加及血管緊張素等激素調節(jié)異常。病理條件下其升高主要與心臟實質改變或局部缺血相關，作為臨床心力衰竭診斷的指標主要用于心功能不全及心力衰竭評估。近年研究發(fā)現(xiàn)，蒽環(huán)類藥物造成的心臟毒性患者BNP水平升高[15]，NT-proBNP水平升高與腫瘤患者化療后因心臟疾病導致的病死率顯著相關[16]，其可用于化療心臟毒性檢測[17]，但BNP和NT-proBNP對心臟輕微損傷缺乏敏感性，對心臟毒性早期檢測時效性欠佳。

C反應蛋白(CRP)：CRP作為炎癥的非特異性標志物，可對缺血性心力衰竭，動脈粥樣硬化等多種疾病進行檢測[18]。同時，作為微血管功能障礙的預測因子，可預測心血管不良事件及血管炎癥的發(fā)生，對普通人群全因素心血管死亡風險具有獨立預測價值[19]。關于化療心臟毒性的研究顯示，CRP能反映化療患者心臟毒性早期的炎癥，其升高早于臨床常用的診斷標準LVEF改變，并在患者修改治療方案后明顯改善，對早期評估CTRCD有很好的應用前景[11]。

白細胞介素(IL)-6：IL-6由多種細胞產(chǎn)生，參與CRP和纖維蛋白原生成及炎性反應和免疫應答，IL-6能夠與心肌細胞表面IL-6受體結合，調控心臟功能，參與心力衰竭發(fā)生[14]。作為心臟代謝信號中調節(jié)炎性反應的細胞因子參與對心臟損傷的調節(jié)，并可用于心臟疾病檢測[20]。化療早期常發(fā)生炎癥性心臟毒性反應，作為炎癥標志物CRP的上游炎癥蛋白[21]，IL-6或可對心臟毒性進行早期預測。研究證明，IL-6在心臟毒性小鼠中升高，伴多種生物標志物改變、超聲心動圖異常及肌原纖維排列紊亂，并可作為多柔比星(DOX)誘導心臟毒性產(chǎn)生的靶點[22-23]。但由于IL-6來源廣泛，缺乏特異性，僅限于與其他生物標志物聯(lián)合對心臟毒性進行診斷。

2.2新興心臟毒性生物標志物

2.2.1生長分化因子15(GDF-15) GDF-15是轉化生長因子β超家族成員，屬于應激性反應蛋白，除胎盤外在人體健康組織中低表達，但在女性妊娠期間和病理條件下可出現(xiàn)表達升高的情況。ARKOUMANI等[24]提出，GDF-15與多因素心血管疾病相關，并可對心肌梗死、心力衰竭等疾病進行預測和風險評估。ARSLAN等[25]發(fā)現(xiàn)，化療患者GDF-15明顯升高，并伴心臟舒張功能異常，提示GDF-15能夠對心臟毒性損傷進行預測和診斷。但GDF-15與氧化應激水平相關，健康老年人也會出現(xiàn)GDF-15升高，也須考慮其他因素對其造成的影響[24]。

2.2.2心型脂肪酸結合蛋白(H-FABP) 脂肪酸結合蛋白(FABP)是一種能轉運長鏈未酯化脂肪酸的未結合胞漿蛋白，人體內存在多種組織異構體，其中H-FABP主要存在于橫紋肌細胞的細胞質中，心臟含量高于骨骼肌，在心臟受損時迅速釋放入血，能對急性心肌梗死等多種心臟疾病進行檢測，特異度與靈敏度很高。ELGHANDOUR等[26]發(fā)現(xiàn)，在接受DOX治療的40例患者中，治療1周后有10例出現(xiàn)H-FABP異常，持續(xù)治療后10例患者中有8例患者LVEF降至50%以下，且全部患者中有15例治療后出現(xiàn)左心室功能不全，說明H-FABP異常與CTRCD相關，可預測DOX導致的心臟毒性。另外，MANEIKYTE等[27]發(fā)現(xiàn)，H-FABP能對5-氟尿嘧啶(5-FU)引起的延遲性心臟毒性進行檢測。

2.2.3糖原磷酸化酶BB(GPBB) 糖原磷酸化酶是糖酵解過程中的限速酶，在大腦和心臟中以GPBB形式存在，可在心肌損傷后迅速釋放入血，對心肌缺血具有很高的敏感性[28]。HORACEK等[29]監(jiān)測24例化療患者發(fā)現(xiàn)，初次治療后有4例患者GPBB升高，全部治療結束后有5例患者GPBB升高，且在治療結束數(shù)月內仍保持升高狀態(tài)；但治療過程中僅有2例患者出現(xiàn)cTnI升高，3例患者在治療結束6個月內cTnI仍保持高水平，提示GPBB作為心臟毒性標志物可能優(yōu)于cTnI。但GPBB缺乏足夠特異性，與cTnI等其他標志物聯(lián)合應用對心臟毒性檢測更具準確性[30]。

2.2.4可溶性生長刺激表達基因2蛋白(sST2) 生長刺激表達基因2蛋白(ST2)中跨膜型ST2(ST2L)、sST2與心臟疾病密切相關。其中，ST2L可通過IL-33對心肌細胞起保護作用[31]。sST2能夠與IL-33結合抑制ST2L對心肌細胞的保護作用，常用于急性心肌梗死和心力衰竭的診斷及心力衰竭危險分層。在心肌肥厚、纖維化、心室功能障礙時也會出現(xiàn)異常。與健康人相比，有心臟毒性患者sST2明顯升高[32]。HUANG等[33]通過監(jiān)測患者治療過程發(fā)現(xiàn)，sST2能夠預測藥物導致的心臟功能和結構改變。FRRES等[34]發(fā)現(xiàn)，藥物治療后患者sST2持續(xù)升高，且這種升高在患者進行腫瘤手術后3個月仍存在，排除sST2升高是由腫瘤造成的影響。作為一種新型的生物標志物，sST2的研究仍在繼續(xù)，由于其與多種心臟損傷機制相關，有望成為CTRCD風險的預測因子及診斷標志物。

2.2.5胎盤生長因子(PIGF) PIGF是一種對血管內皮細胞和滋養(yǎng)層細胞具有調節(jié)功能的細胞因子，主要由合體滋養(yǎng)層細胞產(chǎn)生。PUTT等[35]發(fā)現(xiàn)，患者化療前3個月PIGF較基線水平增長1.3倍，雖然后續(xù)檢測中PIGF出現(xiàn)下降，但仍高于正常水平，提示PIGF有作為化療心臟毒性生物標志物的潛力。

2.2.6髓過氧化物酶(MPO) MPO是中性粒細胞釋放的以過氧化氫為電子受體的底物催化酶，其水平升高與氧化應激及炎癥發(fā)生相關，被認為是心血管疾病的生物標志物[36]，可提示心臟不良事件發(fā)生[37]，用于評估心力衰竭患者預后風險。心臟毒性與炎癥因子MPO介導的氧化應激相關，可導致循環(huán)血液MPO改變。KY等[38]在乳腺癌患者化療過程中對生物標志物及超聲心動圖進行檢測，發(fā)現(xiàn)在LVEF異常的情況下，MPO也出現(xiàn)同樣的異常改變，表明MPO的增加與CTRCD發(fā)生相關，并能與其他標志物聯(lián)合應用提高對心臟毒性預測的靈敏度。

2.3潛在心臟毒性生物標志物

2.3.1微小RNA(miRNA) miRNA是20～24個核苷酸大小的高度保守的內源性非編碼RNA，幾乎參與調節(jié)全部內源性代謝過程。miRNA與心臟毒性具有相關性，低濃度藥物即可引起miRNA表達變化，且此變化早于其他心肌損傷標志物。

LEGER等[39]對蒽環(huán)類藥物治療患者miRNA進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)患者miR-29b和miR-499升高，且與藥物劑量呈正相關。RUGGERI等[40]對DOX治療患者miRNA分析發(fā)現(xiàn),所有患者miR-1均隨用藥時間延長而升高，產(chǎn)生心臟毒性患者miR-1升高明顯，其升高趨勢與LVEF變化相關，提示miR-1有望作為心臟毒性生物標志物。ZHAO等[41]發(fā)現(xiàn)，貝洛伐單抗用藥患者miR-1254和miR-579特異性升高，miR-1254與臨床診斷的貝洛伐單抗導致的心臟毒性相關性最強。ZHU等[42]通過檢測DOX治療患者和DOX建模大鼠發(fā)現(xiàn)，心臟毒性相關的miR-34a-5p表達上調。另外，使用DOX的實驗動物miR-21、miR-30表達水平發(fā)生變化[43-44]。

miRNA表達異常與化療藥物所致心臟損傷密切相關。同時，由于miRNA相對分子質量小，在組織受損后能及時釋放入血，且具有組織和疾病特異性等優(yōu)點[7]，經(jīng)過進一步研究有望通過miRNA的表達譜變化對心臟毒性進行早期診斷。

2.3.2長鏈非編碼RNA(lncRNA) lncRNA是長度大于200個核苷酸的非編碼RNA。lncRNA參與協(xié)調整個細胞周期變化，表達異常與多種疾病相關，主要通過調節(jié)miRNA及其下游蛋白表達來實現(xiàn)對細胞功能的調控。WANG等[45]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA AK088388可通過miR-30a調節(jié)Beclin-1和LC3來調控心肌細胞損傷。ROCA-ALONSO等[44]對3種不同心臟毒性模型評估發(fā)現(xiàn)，miR-30家族成員(miR-30a、miR-30d、miR-30e)在至少2種模型中表達下調，提示lncRNA AK088388對心臟毒性具有調控作用。另外，ZHANG等[46]發(fā)現(xiàn)，DOX誘導心臟毒性小鼠lncRNA FOXC2-AS1表達下調，且其可通過WISP1 mRNA調節(jié)心臟毒性，起到保護心臟的作用。

lncRNA在檢測方面顯示出極高的組織特異性，同時在循環(huán)血液中穩(wěn)定性好，如能夠用于心臟毒性診斷，將會對治療有極大幫助。

2.3.3環(huán)狀RNA(circRNA) circRNA是一種非編碼RNA，在人體內表達豐度高，由于沒有5′端帽結構和3′polyA尾，其可穩(wěn)定存在不易降解，并具有競爭性內源RNA(ceRNA)作用，參與miRNA對靶基因的調節(jié)。有研究表明，circSLC8A1、circCACNA1D、circSPHKAP和circALPK2大量特異存在于胎兒心臟中，其中circSLC8A1-1在人類心肌細胞中含量最高，其表達紊亂與心臟病理狀態(tài)相關，可作為心臟毒性的潛在標志物[47]。circRNA30741將miR-21作為靶點[48]，而miR-21受轉化生長因子β1(TGF-β1)調節(jié)參與藥物介導的心肌細胞損傷和纖維化[43]。基于此，circRNA30741有望作為心臟毒性的標志物。另外，circRNA-1/Cdrlas可以通過抑制miR-7a對心肌的保護作用來調節(jié)心肌細胞凋亡[48-49]。DU等[50]研究發(fā)現(xiàn)，DOX小鼠模型中circFoxo3高表達常伴心肌細胞損傷，且circFoxo3可與蛋白ID1、E2F1、HIF1a和FAK結合調節(jié)細胞衰老與凋亡，降低藥物引起的心肌細胞損傷。

circRNA與心臟損傷密切相關，盡管其作為心臟毒性標志物的應用尚未得到論證，但隨著研究的深入，有望成為心臟毒性生物標志物。

3 小結與展望

心臟毒性作為化療最嚴重的不良反應之一，其早期發(fā)現(xiàn)及預防已成為化療時關注的焦點。目前缺少能在心臟毒性早期進行特異性診斷的生物標志物。

21世紀以來，心臟毒性標志物的發(fā)展隨著科技的進步不斷前進，越來越多的生物標志物進入臨床應用，參與疾病診斷和預后分析。近年來分子標志物研究蓬勃發(fā)展，在疾病診斷方面的靈敏度、特異度、穩(wěn)定性都較目前應用的標志物更具優(yōu)勢。有研究顯示，多種生物標志物聯(lián)合應用比單一生物標志物更有助于對疾病的預測及診斷[10,38,51]，這為未來心臟毒性診斷提供了新的方向。隨著對化療心臟損傷機制的進一步研究和檢測技術的進步，更多新的提示化療心臟毒性的生物標志物將被發(fā)現(xiàn)和應用。