項光俊 朱寧

心血管疾病的生物標(biāo)志物研究一直在進行，但心力衰竭（heart failure，HF）的生物標(biāo)志物在臨床和實驗室中能被應(yīng)用的仍很少。就臨床潛力而言，新型生物標(biāo)志物的價值主要取決于其在HF患者治療中的實用性[1]。此外，生物標(biāo)志物與疾病結(jié)局一致性的程度，以及它對于已明確診斷工具的替代作用也決定了候選生物標(biāo)志物的潛在臨床價值[2]。新型生物標(biāo)志物在臨床應(yīng)用前，必須評估其在檢驗HF進展風(fēng)險、危險分層和對于治療反應(yīng)監(jiān)測的能力[3]。除臨床價值外，用于實驗室診斷的理想概念生物標(biāo)志物應(yīng)該有更高的可靠性，更少的處理時間以及合理的成本。因此，在目前已知的HF生物標(biāo)志物中，只有少數(shù)能滿足上述條件，有臨床和實驗室應(yīng)用的價值。

為了更好地研究目前HF生物標(biāo)志物的進展，對最近幾年提出的新型HF生物標(biāo)志物進行了全面分析。根據(jù)Braunwald[4]的病理生理學(xué)分類，將生物標(biāo)志物劃分為不同類別，發(fā)現(xiàn)目前已經(jīng)和即將使用的生物標(biāo)志物至少反映了HF中存在的包括心肌牽張、心肌細(xì)胞損傷、心室重構(gòu)、炎癥、腎功能不全、神經(jīng)體液活化和氧化應(yīng)激7個病理生理過程。本文就HF相關(guān)的生物標(biāo)志物研究進展作一綜述。

1 心肌牽張相關(guān)的生物標(biāo)志物

HF患者水鈉潴留會導(dǎo)致血流動力學(xué)負(fù)荷絕對或相對增加。為了應(yīng)對壓力或容量超負(fù)荷的影響，心臟細(xì)胞產(chǎn)生利鈉肽來改善心肌舒張。某些利鈉肽已被充分驗證并確立為HF診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物。心鈉素（atrial natriuretic peptide,ANP）和腦鈉肽（B-type natriuretic peptide,BNP）就是利鈉肽中的典型代表[5]。ANP和BNP具有許多生物學(xué)功能，例如尿鈉排泄、利尿和血管舒張，它們的產(chǎn)生是慢性HF患者的代償機制。歐洲心臟病學(xué)會指南（2016）建議對可疑或確診的HF進行BNP及氨基端腦鈉肽前體（n-terminal-pro-B-type natriuretic peptide,NT-proBNP）測定用于診斷和監(jiān)測病情[6]。但腎功能、肺疾病、肥胖、年齡和性別等因素都可能影響血漿BNP和NT-proBNP水平[7]。BNP的半衰期較短，約為20 min，因為它在循環(huán)中被血漿內(nèi)肽酶（主要是腦啡肽酶）降解。與BNP不同，NT-proBNP是通過腎臟代謝，因此其半衰期更長（60～120 min），其血漿水平比BNP高3～5倍。在歐洲心臟病學(xué)會指南（2016）和美國心臟協(xié)會指南（2013）中BNP和NT-proBNP都被推薦用于診斷HF（且達到最高證據(jù)水平），無論是對門診呼吸困難患者還是住院急性失代償性HF患者，可用于HF診斷、評估疾病嚴(yán)重程度以及預(yù)后的臨床決策[6，8]。此外，對HF患者進行BNP或NT-proBNP連續(xù)評估對于指導(dǎo)HF的治療更有意義[9]。

2 心肌細(xì)胞損傷相關(guān)的生物標(biāo)志物

HF的典型病理生理過程是凋亡或壞死引起的心肌細(xì)胞死亡[10]。心肌細(xì)胞的凋亡和壞死可能是由于心臟灌注和氧供應(yīng)減少或心肌壁壓力增加所致，此外，循環(huán)神經(jīng)激素水平升高、高腎上腺素能活動、炎癥和氧化應(yīng)激也可能起作用。因此，臨床上已對HF患者心肌損傷有關(guān)生物標(biāo)志物開展了廣泛的研究。

2.1 心臟肌鈣蛋白（cardiac troponins,cTns） cTns是參與骨骼肌和心肌收縮的調(diào)節(jié)蛋白。cTns包括心臟肌鈣蛋白 I（cTnI）和心臟肌鈣蛋白 T（cTnT），是慢性HF患者的預(yù)后生物標(biāo)志物。在非急性冠狀動脈綜合征的HF患者血漿中檢測到cTnI，提示心肌壁壓力增加，心肌灌注和氧供應(yīng)減少伴或不伴腎清除率降低，可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和心肌壞死。血漿cTns水平與左心室射血分?jǐn)?shù)密切相關(guān)。在非急性冠狀動脈綜合征的急性HF患者中，血漿cTnI水平高于cTnT，并且兩者的血漿水平均與死亡率呈正相關(guān)[11]。歐洲心臟病學(xué)會指南認(rèn)為cTnI用于診斷急性和慢性HF證據(jù)水平最高，并且多數(shù)研究指出cTns在HF患者預(yù)后中的重要性[8]。Brouwers等[12]研究結(jié)果表明血漿cTnT水平可預(yù)測HF患者的不良臨床結(jié)局。此外，Grodin等[13]研究報道血漿cTnI水平是慢性HF患者死亡率的強力預(yù)測指標(biāo)之一，結(jié)合BNP，預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確。在慢性HF患者中，僅以血漿cTns水平不足以指導(dǎo)疾病全程的診治。因此，多生物標(biāo)志物的方法被推薦用于慢性HF患者。

2.2 心臟脂肪酸結(jié)合蛋白（h-fatty acid binding protein,H-FABP） H-FABP是由126～137個氨基酸組成的小細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)結(jié)合蛋白，分子量約為15～20 kD。由于HFABP在心肌細(xì)胞中的含量很高，因此在心臟損傷后20 min之內(nèi)即可快速檢測到H-FABP。3～4 h后血漿水平達到峰值，并在18～30 h內(nèi)回落到正常范圍。HFABP可能是慢性HF風(fēng)險評估的有用工具。Sun等[14]報道慢性HF的兒童血漿H-FABP水平升高，并與疾病嚴(yán)重程度有關(guān)。Niizeki等[15]的研究結(jié)果表明，入院時BNP和H-FABP聯(lián)合檢測可能有助于慢性HF患者心源性死亡和非致命性心臟事件的危險分層。Cabiati等[16]的研究表明，在機械性循環(huán)支持的終末期HF患者中，高血漿H-FABP水平表明存在更嚴(yán)重的心肌損傷，與患者預(yù)后不良相關(guān)。

2.3 谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶P1（glutathione s-transferase p1,GSTP1） GSTP1代表了谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶超家族中最普遍的哺乳動物同工酶，它們在排毒和抗氧化應(yīng)激中具有重要作用[17]。HF的復(fù)雜病理生理過程使JNK和p38信號通路的激活增加，這可能導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡增加。GSTP1表達的增加說明了慢性HF患者存在對氧化應(yīng)激或促炎性刺激的細(xì)胞反應(yīng)[18]。因此，GSTP1作為潛在的生物標(biāo)志物，在監(jiān)測慢性HF患者的心功能方面受到了廣泛關(guān)注。Andrukhova等[19]研究發(fā)現(xiàn)GSTP1可能與終末期HF相關(guān)。盡管HF患者血清GSTP1和proBNP均會升高，但與proBNP相比，血清GSTP1具有更好的診斷效能。此外，在HF患者的左心室功能預(yù)測中，proBNP的特異性低于GSTP1[20]。

3 心室重構(gòu)相關(guān)的生物標(biāo)志物

心室重構(gòu)導(dǎo)致的收縮和舒張功能障礙在HF進展中起到了關(guān)鍵的作用。心肌細(xì)胞纖維化使心肌整體收縮力下降，纖維化加重使心室順應(yīng)性下降，心室重構(gòu)更加明顯，心肌收縮不能發(fā)揮有效的射血效應(yīng)，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致HF走向不可逆轉(zhuǎn)的終末階段?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種生物標(biāo)志物有助于HF及心室重構(gòu)的診斷、治療及預(yù)后判斷。

3.1 半乳糖凝集素（galectin,Gal）-3 Gal-3是嵌合型Gal家族的成員，包含碳水化合物識別結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，能夠特異性結(jié)合β-半乳糖苷。Gal-3參與細(xì)胞黏附、活化、增殖、凋亡以及遷移[20]，在急性和慢性炎癥以及組織纖維蛋白生成中有潛在作用[21]。動物研究表明，Gal-3在組織纖維化和心室重構(gòu)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[22]?？紤]到Gal-3在心臟重構(gòu)中的作用，它可能參與HF發(fā)生和發(fā)展的重要過程，近年來開始將其作為HF的生物標(biāo)志物[23]。Rehman等[24]的研究表明NT-proBNP在HF診斷中具有更好的生物標(biāo)志物效能，而Gal-3在預(yù)測急性或急性失代償性HF患者60 d內(nèi)死亡率方面優(yōu)于NT-proBNP。

3.2 可溶性抑制致瘤性2（soluble isoform of suppression of tumorigenicity 2,sST2） 在過去的幾年中，sST2作為一種新型的HF生物標(biāo)志物引起了人們的關(guān)注，該標(biāo)志物代表了炎癥、纖維化和心臟壓力[25]。位于2號染色體上的抑制致瘤性2（suppression of tumorigenicity 2,ST2）基因編碼兩種ST2蛋白的亞型：膜結(jié)合受體形式的ST2和sST2。膜結(jié)合受體形式的ST2屬于IL-1受體家族，參與由IL-33信號介導(dǎo)的重要免疫調(diào)節(jié)作用。IL-33的分泌主要是由于由心臟成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞的機械應(yīng)變所導(dǎo)致，接著影響下游信號傳導(dǎo)途徑的激活，從而防止了心肌肥大。作為IL-33“誘餌受體”的血漿sST2水平升高，可以減輕IL-33的這種心臟保護作用[26]。在各種癌癥和炎癥，包括HF在內(nèi)的疾病中，血漿sST2水平均顯著升高。值得注意的是，血漿sST2水平不受年齡、腎功能或BMI的影響，與其他生物標(biāo)志物（尤其是利鈉肽）相比具有優(yōu)勢[27]?；诒姸嘌芯勘砻鱯ST2與HF的嚴(yán)重程度和不良結(jié)局相關(guān)，該生物標(biāo)志物已被納入美國心臟協(xié)會指南（2013）中，用于對急性和慢性HF患者進行額外的風(fēng)險分層[28]。未來有望通過監(jiān)測血漿sST2水平來指導(dǎo)HF的治療。

4 炎癥相關(guān)的生物標(biāo)志物

在HF進程中，慢性炎癥代表漸進性的心臟抑制機制之一，與疾病的發(fā)病機制、進展、嚴(yán)重程度和預(yù)后密切相關(guān)。生長分化因子（growth differentiation factor，GDF）15是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族成員，作為應(yīng)激反應(yīng)性細(xì)胞因子，通常被認(rèn)為與心臟代謝風(fēng)險相關(guān)。在慢性HF中，血漿GDF-15水平升高與HF嚴(yán)重程度、神經(jīng)激素激活、炎癥、心肌細(xì)胞損傷以及腎功能不全的其他生物標(biāo)志物（BNP、cTns、CRP）有關(guān)[29]。此外，Tromp等[30]研究表明GDF-15可作為左心室射血分?jǐn)?shù)保留的HF患者的生物標(biāo)志物。無論是否存在冠心病或其他確定的危險因素，在輕中度至重度左心室舒張功能不全的HF患者中，血漿GDF-15水平均升高與左心室射血分?jǐn)?shù)正常保留的HF相關(guān)。

5 腎功能不全相關(guān)的生物標(biāo)志物

由于急性或慢性HF患者的腎功能可能會明顯下降，因此已發(fā)現(xiàn)一些新的腎臟生物標(biāo)志物，以此來幫助HF患者的早期診斷以及監(jiān)測和預(yù)后評估[31-32]。中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)的脂蛋白（neutrophil gelatinaseassociated lipocalin,NGAL），也稱為 lipocalin-2（LCN-2），屬于lipocalin蛋白家族。許多研究表明NGAL具有早期識別急性腎臟疾病的作用[33]。腎功能下降在急慢性HF患者中發(fā)病率和死亡率均顯著增加，因此NGAL也被認(rèn)為是HF的生物標(biāo)志物[34]。NGAL也被認(rèn)為在HF發(fā)病機制中發(fā)揮作用。中性粒細(xì)胞的活化和NGAL釋放參與了HF過程中炎癥反應(yīng)的發(fā)展[35]。終末期HF患者血清NGAL水平與HF嚴(yán)重程度和放置心室輔助裝置（VAD）后血流動力學(xué)改善相關(guān)[36]。

6 神經(jīng)體液活化相關(guān)的生物標(biāo)志物

HF的標(biāo)志之一是神經(jīng)體液活化。作為自主神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，交感神經(jīng)系統(tǒng)以及作為副平衡的副交感神經(jīng)系統(tǒng)在維持心血管穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。交感神經(jīng)系統(tǒng)和其他神經(jīng)體液因子的活化代表了一種代償機制，該機制甚至在臨床癥狀出現(xiàn)之前就已激活。通過這種機制，衰竭的心臟尚能維持對周圍組織的足夠灌注。另一方面，交感神經(jīng)系統(tǒng)和腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)過度活化，以及副交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性降低，NO信號調(diào)節(jié)異常和炎性細(xì)胞因子釋放，進一步促進了HF的發(fā)生、發(fā)展[37]。

腎上腺髓質(zhì)素（adrenomedullin,ADM）屬于降鈣素基因相關(guān)肽超家族[38]。Iring等[39]研究顯示內(nèi)皮細(xì)胞能活躍地合成并分泌ADM，這種具有有效血管舒張作用的肽與NO和內(nèi)皮素一起被認(rèn)為是血管內(nèi)皮的分泌產(chǎn)物。HF患者ADM水平升高與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[39]。ADM水平升高也與左心室射血分?jǐn)?shù)降低、肺動脈壓升高和舒張功能障礙密切相關(guān)[40]。但是ADM在血漿中的半衰期短且不穩(wěn)定，它的臨床應(yīng)用受到限制。因此，開發(fā)出了更穩(wěn)定的分析物，即中間區(qū)域片段的腎上腺髓質(zhì)素（mid-regional fragment of pro-adrenomedullin adrenomedullin,MR-proADM）。Pourafkari等[41]研究顯示MR-proADM用于急性HF患者具有評估預(yù)后的價值。此外，MR-proADM可能是急性失代償性和慢性HF患者不良預(yù)后的獨立預(yù)測指標(biāo)[34，42]。盡管MR-pro-ADM作為一種生物標(biāo)志物在HF檢測和心血管死亡的預(yù)測中具有極好的靈敏度，但由于它在各種疾病中表現(xiàn)為廣泛升高，其特異度較差。

7 氧化應(yīng)激相關(guān)的生物標(biāo)志物

氧化應(yīng)激在HF的病理生理過程中具有重要作用。慢性HF中的氧化應(yīng)激被認(rèn)為是循環(huán)神經(jīng)激素和炎癥因子增加、血流動力學(xué)異常以及氧供應(yīng)減少的結(jié)果。另一方面，慢性HF患者氧化還原平衡的紊亂可能通過對重要細(xì)胞分子的氧化損傷或通過影響參與細(xì)胞存活和死亡的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而進一步損害心臟功能。硫氧還蛋白（thioredoxin,Trx）1在維持各種細(xì)胞的氧化還原平衡中起著至關(guān)重要的作用。多項動物模型研究表明，心臟中的Trx1抑制病理性心肌肥大[43]。此外，Trx1對于離子通道的修復(fù)至關(guān)重要，并能增加心肌收縮力、血管生成和改善線粒體功能。有研究表明HF患者的血漿Trx1水平明顯升高，這與疾病的嚴(yán)重程度和氧化應(yīng)激程度相關(guān)[44]。Otaki等[45]的研究也證實了Trx1預(yù)測慢性HF患者預(yù)后的作用。由于Trx1在心臟肥大中的病理生理意義，該蛋白對于慢性HF患者的早期識別以及預(yù)測預(yù)后作用需要進一步研究。

8 總結(jié)

由于多種原因的限制，傳統(tǒng)的評估和管理HF的方法可能具有局限性。近年來，能夠?qū)F患者進行準(zhǔn)確風(fēng)險分層并提供有關(guān)HF患者監(jiān)測和預(yù)后評估的生物標(biāo)志物的數(shù)量增多。功能基因、蛋白質(zhì)、代謝組學(xué)以及生物信息學(xué)方面的進展有助于揭示哪些生物標(biāo)志物可能對HF的診斷、預(yù)后和監(jiān)測提供有益的信息。在眾多HF生物標(biāo)志物中，BNP家族已經(jīng)成為診斷和排除HF的金標(biāo)準(zhǔn)，并被廣泛應(yīng)用于臨床，但其仍有局限性。對判斷HF嚴(yán)重程度及預(yù)后有參考價值的生物標(biāo)志物包括 cTns、H-FABPs、NGAL、ADM、Trx1等。今后的發(fā)展方向必然是建立多項生物標(biāo)志物聯(lián)合檢測體系和進行前瞻性的隨訪研究，識別出能夠獨立預(yù)測疾病轉(zhuǎn)歸的標(biāo)志物，同時將這些標(biāo)志物應(yīng)用于療效評估和靶向治療，以便對HF患者精準(zhǔn)治療以及降低HF的死亡率及再入院風(fēng)險。