糖尿病心肌病血清生物標志物研究進展

馬韻之 李劍 周鵬

(復旦大學附屬華山醫院心內科，上海 200040)

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)被定義為糖尿病患者中，排除了高血壓、冠狀動脈疾病和瓣膜病變以外的心室舒張或收縮功能障礙[1]。DCM進展緩慢，往往當心臟表現出某種程度的功能障礙時才能得到診斷，是糖尿病患者死亡的重要原因之一[2]。至今，DCM的具體機制尚未完全闡明，包括心肌代謝紊亂、纖維化、氧化應激和炎癥反應等多種機制[3]，因此，近年來許多研究聚集于血清生物標志物，希望為DCM的早期診斷提供依據。現闡述包括微小RNA(miRNA)在內的多種血清生物標志物的研究進展。

1 與心肌代謝紊亂相關的指標

1.1 脂聯素

脂聯素(adiponectin，APN)是由脂肪細胞分泌的一種激素蛋白，通過與脂聯素受體結合，參與調控葡萄糖利用和脂肪酸氧化，此外APN還與炎癥反應和抗血管粥樣硬化等過程相關[4]。Shaver等[5]發現單純糖尿病患者及DCM患者血清APN水平均低于正常人，且DCM患者APN水平降低更顯著，提示臨床APN測定可監測糖尿病患者的早期心肌病變。在DCM大鼠模型中，也觀察到血清APN水平下降，并與胰島素抵抗指數呈負相關，認為APN可能通過胰島素抵抗參與DCM的發生和發展[6]。此外，也有研究提出補充APN可激活腺苷酸激活蛋白激酶信號通路，減少心肌肥厚的發生[7]。

1.2 胰島素樣生長因子結合蛋白7

胰島素樣生長因子結合蛋白7(insulin-like growth factor-binding protein 7，IGFBP7)能與胰島素以高親和力結合，從而阻斷胰島素與胰島素受體相結合，導致胰島素抵抗的發生。此外，IGFBP7還能以自分泌及旁分泌的方式調控細胞凋亡、增殖和纖維化等過程。Gandhi等[8]對124例射血分數降低性心力衰竭患者進行了平均10個月的隨訪，在每次就診時測量IGFBP7和進行超聲心動圖檢查，發現基線IGFBP7濃度升高的患者更可能出現舒張功能異常，提示IGFBP7在DCM中的早期預測價值，但IGFBP7在DCM發展中的具體作用尚未闡明。

1.3 激活素A

激活素A屬于轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)家族，體內多種組織均可表達，與炎癥發生、組織重構和細胞保護等密切相關，研究發現激活素A與哮喘、炎癥性腸病和心肌梗死等疾病的病理生理過程有關。Chen等[9]通過比較2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)男性患者和健康男性，發現激活素A水平與心肌細胞葡萄糖代謝水平和左心室質量/體積比值呈正相關。Blumensatt等[10]研究揭示了T2DM患者心外膜脂肪組織釋放的激活素A通過上調miR-143水平，抑制了胰島素誘導的蛋白激酶B及其底物磷酸化，進一步闡明了激活素A與代謝紊亂存在關聯。

2 與心肌氧化應激和炎癥反應相關的指標

2.1 白介素-1β

白介素(interleukin，IL)-1β是IL-1家族中研究最為深入的細胞因子，包括免疫細胞在內的多種細胞都可產生并分泌。既往研究發現在動脈粥樣硬化和類風濕關節炎等疾病狀態下，循環中IL-1β水平升高。Liu等[11]研究建立鏈脲佐菌素誘導的DCM大鼠模型，發現IL-1β水平在循環和心肌中均明顯升高，IL-1β通過激活內質網應激的IRAK-2/CHOP通路，促進了心肌細胞凋亡的發生。

2.2 生長分化因子-15

生長分化因子-15(growth differentiation factor-15，GDF-15)是TGF-β超家族的一員，又被稱為巨噬細胞抑制因子，是氧化應激和炎癥的產物，在癌癥、冠心病和心力衰竭等疾病發生時，均可觀察到循環中GDF-15水平升高。Dominguez-Rodriguez等[12]發現在糖尿病患者中，DCM患者的GDF-15血清含量明顯高于不伴有心肌病者，臨界值為3 812 pg/mL，其敏感度為82.2%，特異度為70.2%，認為GDF-15在糖尿病患者中可作為篩查DCM的有效指標。然而，GDF-15對心肌的具體作用仍存爭議，研究者觀察到其在不同疾病和不同階段發揮的作用完全相反，這可能與其不同情況下激活的下游信號通路不一致有關[13]。

3 與心肌損傷相關的指標

3.1 心肌肌鈣蛋白

在DCM的發展過程中，心肌因氧化應激和炎癥損傷導致心肌損傷后，心肌內部分蛋白釋放入血。心肌肌鈣蛋白(cardiac troponin，cTn)是臨床上敏感和高度特異的心肌損傷標志物，在臨床上被廣泛用于早期急性冠脈綜合征(acute coronary syndrome,ACS)的診斷。有研究發現在糖尿病患者中，DCM組較糖尿病組血清中cTnI水平增高，但較糖尿病合并冠心病組低，差別有統計學意義[14]。在DCM實驗模型中，尤其是在伴有心力衰竭的T2DM小鼠中，血漿中cTnT水平顯著升高[15]。Russell等[16]研究母親為糖尿病且患有先天性心臟病或心肌功能障礙的新生兒時，發現新生兒血漿中cTnT水平升高。綜上，目前cTn作為DCM的生物學指標仍缺乏足夠切實的證據，未來可能只能作為輔助指標。

3.2 心肌型脂肪酸結合蛋白

心肌型脂肪酸結合蛋白(H-FABP)是心肌細胞內含量豐富的細胞質蛋白，功能為傳遞脂肪酸至線粒體，在健康人血清中不可探測，其分子量小，當心肌缺血損傷時被快速釋放入血，目前是ACS早期診斷標志物之一[17]。Akbal等[18]在早期發生心肌損傷的T2DM患者中發現H-FABP水平升高。Shearer等[19]通過研究糖尿病小鼠模型，揭示H-FABP與胰島素抵抗和葡萄糖攝取有關。這些研究結果顯示該因子可能有助于早期DCM的識別。

4 與心肌纖維化相關的指標

4.1 心肌營養因子-1

心肌營養因子-1(cardiotrophin-1，CT-1)是糖蛋白130細胞因子家族中的成員之一，具有細胞保護、促細胞肥大和促纖維化等功能。在冠心病、心力衰竭和代謝綜合征等疾病發生時，可觀察到CT-1表達升高[20]。Gamella-Pozuelo等[21]研究結果顯示，T2DM患者血漿中CT-1水平與左心室心肌肥厚程度呈正相關。Martínez-Martínez等[22]發現CT-1能上調半乳糖凝集素水平，而上升的半乳糖凝集素又促進了CT-1對心肌細胞的促炎和促纖維化作用。

4.2 TGF-β

TGF-β是炎癥和免疫反應中的一種重要介質，參與細胞增殖、分化和凋亡等多種生物過程調節。TGF-β能促進心肌纖維化，目前認為這種作用主要依靠經典Smad途徑來實現，即TGF-β激活Smad信號通路，刺激細胞外基質蛋白表達增加，同時抑制細胞外基質蛋白降解酶的表達，導致心肌纖維化和心肌肥厚的發生[23]。Shaver等[5]的研究顯示血漿TGF-β水平在糖尿病患者中升高，當合并DCM時升高更顯著。Tan等[24]在實驗中對T2DM小鼠模型使用TGF-β抑制劑，發現小鼠的心室舒張障礙得到改善，TGF-β有望成為DCM診治的重要標志物。

4.3 β-腎上腺素受體激酶1

β-腎上腺素受體激酶1(β-adrenergic receptor kinase 1，βARK1)是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族的一員，廣泛分布于體內多種組織。βARK1被認為是心臟功能的重要調節因子，且心肌βARK1水平與外周血單個核細胞水平一致[25]。Lai等[26]研究發現患有糖尿病合并左心室舒張功能不全的患者外周血單個核細胞βARK1的信使RNA水平顯著高于無左心室舒張功能不全的的糖尿病對照組，其在小鼠實驗中獲得同樣結果。這可能是由于βARK1具有調控心肌纖維化的作用，Chen等[27]在新生大鼠實驗中將βARK1低表達，觀察到心肌成纖維細胞增殖受到了抑制。

4.4 Ⅰ型和Ⅲ型前膠原氨基端肽

細胞外基質主要由Ⅰ型和Ⅲ型膠原構成，DCM發展過程中，發生基質膠原過度沉積，形成心肌纖維化，進而引起心肌舒張障礙。在該過程中，膠原蛋白前肽片段被釋放入血。Ihm等[28]將Ⅰ型前膠原氨基端肽(PⅠNP)的增加與心肌舒張功能障礙的超聲心動圖證據進行了相關性研究，研究結果顯示T2DM組患者二尖瓣和三尖瓣E/A比值低于對照組，血清PⅠNP水平高于對照組。二尖瓣血流A波與肺靜脈血流Ar波持續時間差作為被動舒張功能的一個估計值，與T2DM患者血清PⅠNP水平呈負相關。這些結果揭示了早期T2DM患者左心室舒張功能與血清PⅠNP水平有關。Quilliot等[29]發現在胰島素抵抗的肥胖患者中，循環中Ⅲ型前膠原氨基端肽水平與E/A值呈正相關(E/A>2)，提供了這類患者Ⅲ型前膠原氨基端肽水平與左心室舒張功能障礙相關的證據。

4.5 基質金屬蛋白酶

基質金屬蛋白酶是一組包含鋅離子的重要蛋白酶，能降解所有細胞外基質蛋白，參與腫瘤和心血管疾病中基質重構的發生[30]。van Linthout等[31]觀察到血漿基質金屬蛋白酶-2水平在鏈脲佐菌素誘導的DCM小鼠模型中降低，Ban等[32]發現在合并腎病或心室舒張障礙的T2DM患者中，利用酶譜法測定的血清基質金屬蛋白酶-7含量明顯升高，但其升高的原因暫未闡明。

5 miRNA

miRNA是長度為18～25個核苷酸大小的非編碼RNA分子，可調節轉錄后的基因表達，參與包括細胞分化、增殖和凋亡等多種生物過程[33]。目前，已有多項研究聚焦于miRNA作為糖尿病和心力衰竭治療新靶點的價值。多個miRNA參與DCM的發病機制，成為了研究DCM頗具吸引力的診斷標志物。

5.1 miR-21

Tao等[34]研究發現糖尿病患者中DCM患者的循環miR-21水平明顯低于無心室功能障礙的患者，其受試者曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.899，診斷效果優于糖化血紅蛋白和低密度脂蛋白，同時在Db/db小鼠實驗和H9c2細胞實驗中發現，miR-21的過度表達可促進線粒體合成和減少細胞凋亡，抑制miR-21則表現出相反的結果。

5.2 miR-133a

Wen等[35]發現在持續血液透析患者中，血漿中miR-133a水平與左心室心肌肥厚程度呈負相關；Chen等[36]在糖尿病小鼠中將miR-133a進行過表達，觀察到小鼠心肌纖維化明顯減輕，提示miR-133a在DCM的診斷和治療中有一定潛力。

5.3 miR-19b和miR-188b

Copier等[37]利用高脂飲食建立糖尿病小鼠模型，分別在4、12、16月齡測量循環和心肌中15種miRNA含量，發現在DCM的發展過程中，循環中miR-19b和miR-188b水平與對應心肌中水平一致，與DCM程度呈負相關，提示其作為DCM的標志物有一定價值。

6 總結

目前有許多血清生物標志物被認為對DCM的診斷有一定預測價值，然而因DCM缺乏明確的診斷標準，涉及的臨床試驗對DCM患者的納入標準也不盡相同。同時，相關血清生物標志物往往涉及多種病理生理機制，也常同時出現在其他疾病和糖尿病其他并發癥中，如糖尿病腎病或冠心病。近年來對于miRNA的研究提供了新的診斷可能，然而無論是細胞因子、基質成分或miRNA，單個血清生物標志物的水平變化都缺少特異性，最佳的策略可能是尋找復合標志物組合，這個方法可能耗時更長，花費更多，但更有利于臨床上DCM的診斷和風險評估。此外，進一步探索疾病機制和尋找更具特異性的生物標志物的需求依舊迫切，DCM的早期診斷仍需更多切實的證據。