心力衰竭新型生物標志物的研究

黎百志，李曉慧，張愛文

（承德醫學院附屬醫院本部心臟內科，河北 承德 067000）

心力衰竭（heart failure，HF）是發病率和死亡率較高的疾病，盡管HF 的治療有重大的進展，但其發病率、死亡率和住院率仍然很高。從十年前開始，HF的存活率并沒有得到明顯提高，診斷后的第一年和第五年的死亡率分別為20%和53%[1]。因此應用合適有效的心血管生物標志物在心力衰竭的早期診斷、危險分層、預后和療效評估中起著重要作用。HF的發生發展機制十分復雜，涉及到炎癥、代謝偏移、心肌損傷、纖維化和基因損傷等方面[2]，因此提出了許多循環分子作為心力衰竭的生物標志物，包括炎癥因子生長分化因子-15（growth gifferentiation factor-15，GDF-15）、可溶性生長刺激表達基因2 蛋白（soluble suppression of tumorigenecity-2，sST2），半乳糖凝集素-3（Galectin-3，Gal-3），微小RNA（microRNA/miRNA）等。本文將對這些新型的生物標志物在心力衰竭方面的應用進行闡述。

1 生長分化因子-15

GDF-15 是近年來正在探索的一種新型心力衰竭標志物，它于1997 年首次被報道，是轉化生長因子β（TGF-β）家族的成員之一[3]，Wollert KC 等[4]的研究表明，心血管疾病是GDF-15 產生的主要來源，其血漿濃度與心血管疾病密切相關。在心肌細胞中，GDF-15 的高表達可以由多種心血管疾病誘導，例如缺血-再灌注損傷、心臟肥大、心力衰竭和動脈粥樣硬化，但在正常情況下不表達或僅少量表達[5]。GDF-15 作為一種抑制心肌肥大、細胞凋亡和心肌重塑的心臟保護性細胞因子，其血漿水平可間接反映心臟重構和纖維化程度[6]。目前對GDF-15 在心衰中的應用主要是從它對心衰的早期診斷、風險分層、預后評估這幾方面研究。多項研究表明[7-9]，血清GDF-15 濃度與心血管死亡和心力衰竭患者死亡風險有關，是心力衰竭患者全因死亡率的獨立預測因子，可用于心力衰竭患者的風險分層及預后評估，甚至普通人群的早期診斷。在一項包含生長分化因子15、可溶性生長刺激表達基因2 蛋白、左室射血分數（LVEF）和紐約心臟病協會心功能分級（NYHA 分級）的模型研究中，只有生長分化因子15 與全因死亡顯著相關[10]。也有研究表明[5，11]，GDF-15 聯合N 末端腦利尿鈉肽（NT-proBNP）可顯著提高心衰診斷的準確性，并且GDF-15 作為急性心力衰竭（acute heart failure，AHF）患者的預后標志物，其價值并不遜色于NT-proBNP，聯合應用這兩項指標可早期識別高危患者，提高急性心力衰竭遠期預后的預測價值。此外，在Fernandez C 等[12]的一項長期隨訪研究表明，循環中GDF-15 的水平可獨立于NT-proBNP預測高血壓病患者的心衰。但是，George M 等[13]的研究發現GDF-15 血漿濃度在各種炎癥條件、2 型糖尿病及肥胖等情況下均有升高，并不是心衰的特異性標志物，因此，GDF-15 可能更被建議作為多種合并癥的生物標志物，而不是心衰風險的特定預后標志物[14]。因此，GDF-15 在心力衰竭當中的具體應用還需更多的研究進一步探討。

2 半乳糖凝集素-3

Gal-3 是β-半乳糖苷結合凝集素家族的成員之一[15]，在活化的巨噬細胞中Gal-3 的表達增加，并且它參與炎癥反應等多種生理和病理過程，并誘導心臟成纖維細胞增殖、膠原蛋白沉積和導致心室功能障礙[16]。目前，對該生物標志物主要從以下幾個方面探討。第一，對心臟的纖維化作用，Gehlken C 等[17]的實驗研究表明，Gal-3 可誘導心臟的病理重塑，因此被認為是心衰患者心臟發生纖維化的主要促進因子。第二，對HF 的診治作用，Chen A 等[18]的研究證明Gal-3 對心力衰竭患者的早期診斷、危險分層、預后評估和治療策略有很大價值。有研究表明[17，19]，血漿Gal-3 水平是心衰患者全因死亡和心衰再住院的獨立預測因子。Gocer H 等[20]的橫斷面研究顯示，血漿Gal-3 的濃度隨心衰病情加重呈進行性升高，心功能越差，Gal-3 濃度越高，表明其可用于心衰的臨床分期。Wang N 等[21]針對中國人的研究顯示，Gal-3是診斷HF 和嚴重程度的有效生物標志物，那些因心衰死亡的患者血漿Gal-3 水平更高。第三，對其作為HF 治療靶點的研究，由于Gal-3 在心臟纖維化中起重要作用，因此心臟損傷后抑制Gal-3 活化可能為預防和治療心衰提供另一種治療方法。在動物實驗模型中，證實了Gal-3 的缺乏使組織纖維化減少，因此，Gal-3 可能是最有前景的防止組織纖維化的理想靶標。為了驗證這一概念，目前正在進行一些試驗。如果證明其有用，預測它將對幾種多因素疾病的治療產生重大影響[17]。Gal-3 是一種有前途的心力衰竭標志物，特別是其在HF 患者的心臟重塑方面具有重要意義，并且其有望成為心力衰竭的治療靶點之一。

3 可溶性生長刺激表達基因2 蛋白

生長刺激表達因子-2（suppression of tumorigenecity-2，ST2）是白介素1（interleukin-1，IL-1）受體家族的成員。ST2 已經被確定為白介素-33（IL-33）的配體，IL-33 及其受體對心臟有保護作用，sST2 與ST2 競爭性結合IL-33 并抑制其對心臟的保護作用[22]。Emdin M 等[23]的研究發現循環中的sST2 主要來自心臟和周圍組織，并且組織損傷、炎癥和細胞外基質的重塑會促進其生成，sST2 對心衰的預后價值獨立于NT-proBNP、高敏肌鈣蛋白T（hs-TnT）和其他具有預后意義的變量，且sST2 的濃度與年齡、性別、體重指數和腎功能無關。Aimo A等[24]的研究表明，sST2 是慢性HF 中有希望的預后生物標志物，是心衰結果的有力的預測指標，他們的研究還發現在慢性心衰患者中，sST2 的生物學變異范圍很窄，它的參考變化值均低于BNP 或NTproBNP，因此，連續測量sST2 的變化比利鈉肽的變化更能反映心衰患者臨床狀態的變化。Aimo A 等[25]的薈萃分析顯示，入院和出院時測得的sST2 濃度可預測全因和心血管疾病的死亡率，此外，他們還發現出院時sST2 血漿濃度對心衰再入院具有預測價值。Pacho C 等[26]的一項綜合了來自7 項研究和6,372例患者的匯總數據，進行了更大范圍的薈萃分析，結果也表明未經調整的sST2 值可預測慢性HF 的全因和心血管死亡率。在對多個協變量進行調整后，sST2＞35 ng/ml 這一臨界值與1 年時明顯升高的死亡風險有關。另外，Huang A 等[27]的研究顯示，sST2對心衰預后的預測能力優于NT-proBNP，且NTproBNP 中添加sST2 可以提高預測的準確性。對于嚴重的心力衰竭（NYHA 心功能分級III-IV），由于sST2 受腎臟功能的影響比NT-proBNP 少，因此有文獻建議將sST2 作為優先使用的標志物[28]。且在幾年前，美國心臟病學會指南就已將sST2 用于心衰的預后分層推薦等級達到A 級證據IIb 建議[29]。目前對sST2 的研究主要集中在其對心衰的預后分層方面，未來sST2 可作為心衰預后標志物的進一步研究并探討其實際的臨床價值。

4 可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體

血漿中可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體（soluble urokinase plasminogen activator receptor，suPAR）是一種膜結合蛋白，也是一種新的炎癥標志物，主要產生于活化的免疫細胞，可通過免疫激活釋放到血流中[30]。suPAR 水平升高反映了從感染性疾病到慢性炎性疾病再到全身性炎癥反應綜合征等不同病理狀況下免疫激活的水平，并且在各種患病人群中預后不良[31]，而炎癥在心衰中起著至關重要的作用，有研究表明循環中的suPAR 水平與不良心血管預后相關[32]。Borné Y 等[33]的研究表明，血漿su－PAR 濃度與NT-proBNP 相關，是發生HF 新的危險因素。最近的研究顯示，suPAR 是HF 患者死亡率的獨立而強大的預測因子，作為新的生物標志物與慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）嚴重程度顯著相關。即使調整了臨床指標和生物標志物（包括血清胱抑素C，N 末端腦利尿鈉肽和C 反應蛋白），也在普通人群中顯示出與發生心力衰竭風險獨立相關。Koller L 等[34]的研究證明suPAR 是現有CHF 患者的獨立預后因子，與指南推薦的用于HF 的預后分層相對成熟的sST2 相比，suPAR 是更好的預后標志物，可改善CHF 患者風險預測能力，即使對潛在的混雜因素進行了全面調整，仍具有可預測性，并且與常規心血管危險因素相比，suPAR 可提供更多的預后信息。suPAR 在HF 方面的研究主要集中在其對HF 的危險分層及預后評估上。suPAR 作為HF的新型標志物，其研究相對較少，仍需要大量的臨床研究進一步證實其在HF 中的具體作用。

5 微小RNA

microRNA/miRNA 是一組小的，高度保守的非編碼RNA 分子，目前研究表明它參與調節內皮細胞、血管和平滑肌細胞，心臟代謝，隨著研究的進展，miRNA 作為心血管疾病的診斷和預后生物標志物已獲得越來越多的共識[35]。miRNA 在人血清/血漿中穩定存在，可在外周血中快速檢測這些循環miRNA，有助于HF 的診斷或指導HF 的治療[36]。Stojkovic S 等[37]發現，在疾病的早期階段，來自HF 患者心臟線粒體中的線粒體miR-696、miR-532、miR-690 和miR-345-3p 就已經失調，表明對上述類別的miRNA 的檢測，可能對識別早期心衰患者有幫助。他們還發現miR-212/132、miRNA-208、miRNA-499、miR-122 和miR-423 等是參與心臟肥大和衰竭的miRNA 家族的部分參與者[37，38]。但Zhao X 等[39]發現上述因子中僅miR-208 在心肌細胞中特異性表達，它與心肌肥大、心臟纖維化、心力衰竭等心臟病的發展密切相關，與無HF 患者相比，有HF 患者的心肌miR-208 上調，表明其具有發展成為心衰標志物的潛力。Wahlquist C 等[40]還發現其他因子如miR-25 等也可被用作心力衰竭的生物標志物。Stojkovic S 等[37]的研究還證明，肝特異性miR-122是HFrEF 患者全因和心血管死亡率的獨立預測因子，并且與NT-proBNP 的水平呈正相關，即使調整了性別、年齡、左室射血分數、NT-proBNP、NYHA 分級、腎小球濾過率等其他混雜因素，miRNA-122 仍是全因死亡率的獨立預測因子。當添加到當前診斷心衰金標準的NT-proBNP 中時，對循環miR-122的評估可以提供精確的風險分層，表明miR-122 作為新的生物標志物可預測HFrEF 患者的全因和心血管疾病死亡率以及評估心衰患者的危險分層。同一研究還發現miR-423 也是HFrEF 的全因和心血管死亡率的獨立預測因子，并且作者還測出了兩種miRNA 的不同臨界水平（分別為12 和3694 拷貝/μl血漿），當兩個miRNA 均超過各自的臨界值時，其預測死亡率具有累加的效應。Wahlquist C 等[40]研究發現，miRNA 可以控制細胞內鈣的動態平衡，這種平衡在心衰時會失調，細胞內鈣水平的改變改善了心肌細胞的收縮性，可能作為抗心力衰竭的一種有前途的療法。其他的如miRNA-29 和miRNA-21 可直接阻止纖維化反應，其可作為治療靶點，以減少纖維化[41]。此外，miR-181 參與心臟重塑，也可以進一步發展為治療心衰的新的治療靶標[42]。最近已經有使用miRNA 抑制劑的臨床研究，顯示出這種新型藥物靶標的臨床潛力[43]。miRNA 作為心衰的一種新型標志物，其對HF 的診斷、危險分層及治療均有重大意義，作為一種新型的有前途的標志物，其目前仍缺少大規模的臨床研究，對于其臨床應用仍需要更多的研究加以認識。

由于心力衰竭的發生、發展涉及到炎癥反應、免疫系統的激活、心肌損傷、線粒體功能障礙等多個病理學基礎，因此多標記方法比單一生物標記方法更具參考價值，除上述介紹的生物標志物以外，其他諸如白介素-6（IL-6）、中部腎上腺髓質素原（MRproADM）、心型脂肪酸結合蛋白（H-FABP）、肌鈣蛋白、腫瘤壞死因子-α、脂肪酸結合蛋白-4 等對心力衰竭的診斷、危險分層、預后評估都有一定的價值[44-47]。

6 總結

心力衰竭是一種死亡率不斷上升的疾病，其死亡率超過大多數癌癥，這對醫療保健系統構成了重大負擔，因此對HF 的早期識別、診斷、預防及治療尤為重要，生物標志物是一種簡單有效的評估HF的工具，因此尋找新的生物標志物并評估它們的臨床價值是我們研究生物標志物的重點之一，積極尋找新的高效的標志物仍是未來研究的方向。