肌肉生長抑制素在慢性阻塞性肺疾病合并肺動脈高壓患者血漿中的表達及意義*

王同生，蘇秀麗，孫瑜霞，毛毅敏，曲紅培

[河南科技大學第一附屬醫院（河南科技大學臨床醫學院），河南 洛陽 471003]

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）合并肺動脈高壓（pulmonary hypertension，PH）患者的早期診斷和分期很關鍵[1]。腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）是PH和右心室功能不全的敏感指標之一[2]。肌生長抑制蛋白（Myostatin）這種特殊的肌肉生長調節因子在容量負荷所致的心力衰竭模型中表達增高[3]，在慢性肺源性心臟病患者表達水平也升高[4]。本研究評估COPD合并PH患者是否血漿中Myostatin增加，及其與COPD合并PH的關系。

1　資料與方法

1.1　一般資料

收錄2013年1月-2016年6月河南科技大學第一附屬醫院呼吸科門診的穩定期COPD患者，入選標準：①符合COPD穩定期的標準，咳嗽、咳痰、氣短等癥狀穩定或癥狀輕微[5]，持續8周以上；②年齡＞50歲。③不吸煙或戒煙3年以上。在研究期間，患者的治療主要包括吸入長效支氣管擴張劑和/或抗膽堿能藥物。此外，85%的患者在吸入糖皮質激素（相當于布地奈德劑400～800 mg/d）。排除標準：①左心室射血分數（LVEF）＜50%，未發現三尖瓣反流。②排除其他可能引起肺動脈壓力升高的疾病：限制性通氣功能障礙者；近2個月內COPD急性加重者；近2年內有靜脈血栓栓塞者；未經治療的阻塞性睡眠呼吸暫停；囊性纖維化者；充血性心力衰竭Ⅲ或Ⅳ級；先天性心臟病者；肝硬化和風濕性疾病者。③全身應用糖皮質激素患者。④惡性腫瘤；代謝性疾病；營養不良；骨骼肌疾病；系統性炎癥反應疾病；腎功能不全。肺動脈壓力（systolic pulmonary artery pressure，SPAP）≥40 mmHg為PH[1]。按是否合并PH分為兩組：COPD合并PH組59例，其中，男性47例，女性12例，年齡62～ 75歲，平均（67.8±5.5）歲；COPD無PH組166例，其中，男性133例，女性33例，年齡61～76歲，平均（65.7±5.1）歲。兩組在年齡、性別、吸煙史、體重指數、COPD嚴重程度分級及吸入藥物治療方面相比，差異無統計學意義（P＞0.05）。本研究經該院倫理委員會審批通過（批準號：20120307），所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2　方法

記錄COPD患者的性別、年齡、吸煙史、身高、體重等一般臨床資料，并進行體檢、經胸超聲心動圖檢查、肺功能測定、6 min步行距離、檢測Myostatin、BNP水平及動脈血氣。

1.2.1肺功能測定采用德國耶格肺功能儀，測用力肺活量（FVC）、第1秒用力呼氣容積（FEV1）、殘氣量（RV）、肺總量（TLC）、肺一氧化碳彌散量（DLCO）。肺容積通過體積描記法測量，DLCO通過一口氣法測量并經血紅蛋白校正。然后吸入沙丁胺醇氣霧劑二噴（200μg），15 min 后重測 FEV1。

1.2.26 min步行距離試驗（6 MWD）參照文獻[1]試驗在長30 m的直走廊里進行，患者盡最大可能行走，在6 min內能完成的最遠距離。測量并記錄步行的最大距離。

1.2.3心臟彩超由于經胸超聲心動圖不能直接測量平均肺動脈壓（PAMP），故采用多普勒超聲測定三尖瓣返流速度（TRV），再經柏努力方程式計算肺動脈收縮壓（SPAP），即SPAP=4×最大返流速度（TRVmax）2+右房壓（RAP），按照2009年9月歐洲呼吸學會和歐洲心臟病學會頒布的PH診治指南，當SPAP≥40 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）時，即可認為存在PH[1]。采用Philips iE33彩色多普勒超聲診斷儀，探頭2.5MHz，患者取左側臥位或平臥位，同步記錄Ⅱ導聯心電圖。超聲心動圖測量方法參照2010版ASE成人右心指南[6]。參數包括：三尖瓣環收縮期位移（TAPSE）、右室心肌做功指數（RVMPI）、右室面積變化分數（FAC）。同時測量左室射血分數（LVEF）、右心室橫徑（RVD）、右心房橫徑（RAD）、右心室室壁厚度（RVWT）、SPAP。

1.2.4Myostatin和BNP測定每位患者空腹12 h早晨抽肘靜脈血6 ml，注入加有10%乙二胺乙酸二鈉30μl及抑肽酶40μl抗凝劑的試管中，混均，4℃，3 000 r/min離心15 min，分離血漿-80℃保存待測定。Myostatin用ELISA法測定（人ELISA試劑盒，廣東兆康生物科技有限公司），Myostatin抗體、兔抗人多克隆抗體（上海信裕生物科技有限公司），嚴格按照操作說明書進行，單位ng/ml。BNP也采用ELISA法測定，均嚴格按照操作說明書進行，單位pg/ml。

1.3　統計學方法

采用SPSS 17.0統計學軟件對數據進行分析處理，符合正態分布的計量資料以均數±標準差（±s）表示，采用t檢驗；計數資料構成比比較采用χ2檢驗；非正態分布資料用中位數（四分位間距）表示，兩組間比較采用Mann-Whitneyu檢驗。非正態分布資料應用log轉換成正態分布資料，對數據進行Pearson相關分析和多元線性逐步回歸分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1　臨床特征

225例COPD患者，其中，男性180例，女性45例，150例患者屬于重度（30%≤FEV1＜50%），75例患者極重度（FEV1＜30%）。COPD合并PH組59例，COPD無PH組166例，兩組年齡、性別、體重指數、吸煙史，TLC、FRC、RV、DLCO占預計值百分比，動脈二氧化碳分壓及吸入藥物情況差異無統計學意義（P＞0.05）；和無PH患者相比，PH患者吸藥前后FEV1占預計百分比、FEV1/FVC、動脈氧分壓更低，COPD嚴重程度分級相比，PH患者更重，差異有統計學意義。兩組MWD和SPAP比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

2.2　心臟彩超參數

兩組比較：心率、LVEF差異無統計學意義；COPD合并PH患者TAPSE、FAC低于COPD無PH患者，差異有統計學意義。COPD合并PH患者RVMPI、RVWT、RVD、RAD高于COPD無PH患者，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

2.3　Myostatin和BNP水平

COPD合并PH組Myostatin和BNP水平高于COPD無PH組，Myostatin水平分別是16.4（四分位間距，2.2～25.7 ng/L）與12.8 ng/L（四分位間距，3.2～20.3 ng/L），差異有統計學意義（Z=-2.741，P=0.011）；BNP水 平 分 別 是（147.87±42.98） 和（114.61±53.47）pg/ml，差異有統計學意義（Z=-2.023，P=0.042）。

表1　COPD合并PH與未合并PH患者各種臨床特征比較

續表1

表2　在COPD合并PH與未合并PH患者心臟彩超參數比較 （±s）

表2　在COPD合并PH與未合并PH患者心臟彩超參數比較 （±s）

COPD 無 PH 組（n =166）　81.2±6.1　62.2±5.9　21.3±3.2　43.1±5.4　45.2±4.7　4.75±0.5　32.7±5.1　40.5±4.9 COPD合并PH組（n =59）　82.2±6.9　56.2±6.1　15.2±2.3　34.1±1.4　55.9±3.9　5.68±0.7　36.8±3.5　48.8±4.3 t值　0.678　0.632　1.213　2.098　2.097　1.643　1.843　1.812

2.4　Pearson相關分析結果

Myostatin水平應用log轉換成正態分布資料，Myostatin水平與TAPSE、FAC呈負相關（r=-0.315和 -0.241，P=0.002和 0.003）；與 RVWT、RVMPI、RVD呈正相關（r=0.351、0.209和0.195，P=0.001、0.003和0.005）；BNP水平與SPAP呈正相關（r=0.201，P=0.009）；Myostatin水平和BNP水平呈正相關（r=0.295，P=0.002）。見表 3。

2.5　多元線性逐步回歸分析結果

通過對Myostatin和BNP表達水平有影響的相關性因素行多元線性逐步回歸分析，篩除混雜變量的影響，結果顯示，TAPSE 、RVMPI和SPAP對Myostatin表達水平的影響差異有統計學意義（P＜0.05）。見表4。

表3　Myostatin和BNP水平與COPD患者有關參數的相關分析

表4　Myostatin表達水平影響因素多元線性逐步回歸分析結果

3　討論

本研究有2個發現：①COPD合并PH組血漿Myostatin水平高于COPD無PH組；②Myostatin水平與右心室（RV）功能障礙和肥厚有關；并與COPD合并PH有關，基于相關系數比較，較BNP指標更敏感。本研究第一次探討了COPD穩定期患者血漿Myostatin和右心室超聲心動圖參數的關系，以及與肺動脈高壓的關系。

本研究入選的COPD患者多數有非常嚴重的氣流受限，平均FEV1占預計值百分比＜50%，合并PH的比例是59（26.2%），說明在COPD危重及極危重期患者合并PH普遍存在。RV功能障礙和由此產生的失代償是COPD的自然過程[2]。有文獻報告說[7]，根據超聲心動圖測量結果，慢性肺源性心臟病患者，即使在COPD無PH患者，RV會出現功能不全、肥厚和擴張。研究同時還強調，在肺血管病的早期，可能出現RV功能不全。

GRUSON等[8]報道，慢性充血性心力衰竭患者與對照組相比，血漿myostatin水平升高。同時，GEORGE等[4]發現，缺血性心臟疾病或擴張型心肌病引起的心力衰竭，血漿Myostatin水平增加。本研究進一步發現，COPD患者血漿Myostatin水平與反應RV功能的重要超聲參數相關。結果表明，循環血中Myostatin水平升高可能與COPD晚期RV功能障礙有關。Myostatin是肌肉、骨骼肌質量調節因子，主要在骨骼肌上表達，而它也在心肌組織中表達。本研究的結果提出了1個問題：血漿Myostatin升高的原因是什么嗎？是心力衰竭患者心臟分泌的Myostatin？

在心肌梗死動物模型中發現，心肌細胞上Myostatin的表達升高，在健康動物的心肌受損或心力衰竭時，心肌myostatin水平升高[3]。心力衰竭大鼠心肌Myostatin水平增加，并且干預治療可降低心肌Myostatin水平[9]。由于心力衰竭患者Myostatin水平在循環血和心肌中同時增加，本研究假設COPD患者右心衰竭，合并PH患者循環血Myostatin升高可能和心肌中水平伴隨增加，后者可能是循環血Myostatin升高的原因。HEINEKE等[10]報道，在心力衰竭時，心臟特異性產生Myostatin，使血漿中Myostatin水平增加3到4倍正常水平。

本研究觀察到Myostatin水平與SPAP之間呈正相關。COPD患者，右心室超負荷導致PH出現。隨著氣流受限程度的日益嚴重和慢性低氧血癥，肺血管收縮和血管阻力增加，肺動脈壓力增大。這意味著，右心室功能長期過度后負荷和機械應力，導致肺心病失代償，之后右心衰竭，并出現PH[3]。這也解釋了本研究COPD患者中Myostatin水平和RV功能指標如TAPSE、FAC、RVMPI之間相關性的原因。Myostatin水平與RV功能指標、以及與肺血流動力學指標（SPAP）相關性，可能與COPD患者右心衰竭導致Myostatin上調有關。

COPD合并PH患者，RV直徑擴大。Myostatin與RV直徑相關，與RVMPI相關。RVMPI增大是右室功能不全的指標和反應RV擴張的一個間接指標[11]。研究結果表明，血漿Myostatin水平可能與RV容積增大有關。在容量超負荷致心力衰竭時，大鼠心肌Myostatin的表達上調[12]，可以解釋上述原因。研究表明[10]，Myostatin可以作為心肌細胞增生性生長因子抑制劑。本研究中，大多數COPD合并PH患者，RV肥大與右室游離壁厚＜5 mm以上。此外，觀察到Myostatin水平和右心室室壁厚度呈正相關[13]。事實上，肥大是RV后負荷過度的早期跡象。表現為室壁增厚、RV趨于正常化的病理應激過程。COPD合并PH自然病程中，最初右心室代償肥大，隨后失代償，RV擴張，最終心力衰竭。研究發現[3]，Myostatin可能作為1個潛在的反調節器響應于心力衰竭的病理應激，但這種平衡以心力衰竭為代價。所以，本研究結果顯示，右室功能參數（TAPSE和RVMPI）及SPAP與血漿Myostatin水平的相關性是合理的。從某種程度上，在COPD中，血漿Myostatin是RV功能障礙的1個指標，可早期預測是否合并PH。

研究發現在COPD、右心衰竭等患者中BNP和氨基末端腦鈉肽前體（amino-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-Pro BNP）升高；同時，它們可作為慢性肺部疾病患者PH的1個預測因子[14]。本研究血漿BNP水平在COPD合并PH組中高于COPD無PH組。相關分析觀察到BNP水平與SPAP相關。最近研究表明，COPD合并PH患者血漿BNP水平升高，BNP和NT-Pro BNP是目前用于診斷PH的重要的血清學標志物[2]。在COPD中發現，BNP和Myostatin呈正相關。這是因為BNP和Myostatin都在心肌中表達，與室壁應力增加有關，它們都可以從心肌釋放進入循環。因此，血漿BNP水平與Myostatin水平的相關性是合理的。然而，相關系數顯示，在反映RV功能參數上，BNP水平沒有Myostatin水平強烈；此外，回歸分析顯示，2個重要的RV功能參數（TAPSE和RVMPI）、SPAP與Myostatin水平相關，但BNP水平僅僅與SPAP相關。本研究沒有發現BNP水平與RV形態學相關。因此，這項研究表明，和BNP相比，在預測COPD合并PH方面，Myostatin可能更敏感。

目前的研究表明，COPD合并PH，血漿Myostatin水平增加，血漿Myostatin水平和COPD右心功能及形態學相關。與血漿BNP水平比較，在評估右心功能及肺動脈高壓方面，Myostatin水平有更強的相關性。這些結果表明，Myostatin可能優于BNP對COPD合并PH的早期診斷，值得深入研究。

[1]LAU E M, TAMURA Y, MCGOON M D, et al. The 2015 ESC/ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension: A practical chronicle of progress[J]. Eur Heart J 2015, 46(4): 879-882.

[2]GALE C P, WHITE J E, HUNTER A, et al. Predicting mortality and hospital adimission in patients with COPD: signi fi cance of NT pro-BNP, clinical and echocardiographic assessment[J]. J Cardiovase Med(Hagerstown), 2011, 12(9): 613-618.

[3]JU C R, CHEN M, ZHANG J H, et al. Higher plasma myostatin levels in cor pulmonale secondary to chronic obstructive pulmonary disease[J]. PLoS ONE, 2016, 11(3): e0150838.

[4]GEORGE I, BISH L T, KAMALAKKANNAN G, et al. Myostatin activation in patients with advanced heart failure and after mechanical unloading[J]. Eur J Heart Fail, 2010, 12(5): 444-453.

[5]中華醫學會呼吸病學分會慢性阻塞性肺疾病學組.慢性阻塞性肺疾病診治指南(2013年修訂版)[J]. 中華結核和呼吸雜志,2013, 36(4): 255-264.

[6]RUDSKI L G, LAI W W, AFILALO J, et al. Guidelines for the echocardiographic assessment of the right heart in adults: a report from the American Society of Echocardiography endorsed by the European Association of Echocardiography, a registered branch of the European Society of Cardiology, and the Canadian Society of Echocardiography[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2010, 23(7): 685-713.

[7]FREIXA X, PORTILLO K, PARé C, et al. Echocardiographic abnormalities in patients with COPD at their first hospital admission[J]. Eur Respir J, 2013, 41(4): 784-791.

[8]GRUSON D, GINION A, LAUSE P, et al. Urotensin II and urocortin trigger the expression of myostatin, a negative regulator of cardiac growth, in cardiomyocytes[J]. Peptides, 2012, 33(2):351-353.

[9]LENK K, ERBS S, H?LLRIEGEL R, et al. Exercise training leads to a reduction of elevated myostatin levels in patients with chronic heart failure[J]. European Journal of Preventive Cardiology, 2012,19(3): 404-411.

[10]HEINEKE J, AUGER-MESSIER M, XU J, et al. Genetic deletion of myostatin from the heart prevents skeletal muscle atrophy in heart failure[J]. Circulation, 2010, 121(3): 419-425.

[11]PARIAUT R, SAELINGER C, STRICKLAND K N, et al.Tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE) in dogs:Reference values and impact of pulmonary hypertension[J].Journal of Veterinary Internal Medicine, 2012, 26(5): 1148-1154.

[12]BREITBART A, AUGER-MESSIER M, MOLKENTIN J D,et al. Myostatin from the heart: Local and systemic actions in cardiac failure and muscle wasting[J]. Ajp Heart & Circulatory Physiology, 2011, 300(6): 1973-1982.

[13]CHOI J O, CHOI J H, LEE H J, et al. Dual pulsed-wave doppler tracing of right ventricular inflow and outflow: single cardiac cycle right ventricular tei index and evaluation of right ventricular function[J]. Korean Circulation Journal, 2010, 40(8):391-398.

[14]SU Y C, KIM E Y, BAN H J, et al. Plasma N-terminal pro-brain natriuretic peptide: A prognostic marker in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Lung, 2012, 190(1): 271-276.