缺血修饰蛋白的临床诊断研究进展

戴天然综述 刘正湘审校

(1北京航天总医院心内科 北京100076;2华中科技大学同济医学院附属同济医院心内科武汉430030)

1.IMA的形成机制及生理特点

上世纪90年代,一名急诊医生发现心肌缺血发作时人血清白蛋白 (Human serum albumin,HAS)即发生化学性质的改变。HAS氨基末端序列是人类所特有的,和过渡金属元素如:铜、钴和镍有结合位点[1],HAS与其它种属动物的白蛋白相比,HAS的金属结合位点容易受生化因素的影响而被降解[2]。这种被降解修辞后的 HAS就是IMA[3]。组织因种种原因引起缺血发作时,组织局部的血液供应和供氧减少,细胞进行无氧代谢消耗ATP,同时代谢产物如乳酸堆积而导致代谢性酸中毒,p H值下降,致使Cu2+从 HAS的金属结合位点上释放出来,在还原剂存在时,Cu2+被转化为Cu+再与氧反应生成超氧自由基 (O2‘-),在超氧化物歧化酶的作用下将其岐化为过氧化氢 (H2O2)和氧气。正常情况下,H2O2是无害的,由过氧化物酶水解成水和氧气。而当有金属离子存在时,可通过Fenton反应形成羟自由基 (OH),后者具有高度活性,导致蛋白质、核酸损伤和脂质过氧化。HAS易受羟自由基损害,使N-末端序列的2-3个氨基酸发生改变,从而形成IMA,所有这些反应在急性缺血数分钟内就可发生使得IMA迅速升高。

在正常人体内,IMA只有正常白蛋白的1-2%,当缺血发生时,IMA将达到正常白蛋白的6-8%。并且IMA的检测能够在30分钟内得到结果[4]。大量的研究显示IMA能够在心肌缺血发生后的几分钟内迅速升高,6-12h达到高峰,24h左右恢复正常。其增高幅度可达到基线的10%。与此同时,肌钙蛋白,CK-MB等却要在2-4h后才能出现反应[5-7]。这些特点使 IMA具有很好的诊断ACS的前景。

2.IMA的测定原理

IMA的测定方法目前是采用白蛋白结合钴试验 (ACB试验)。Bar-Or等[8]首先建立了一种手工分光光度法。原理就是血清中正常白蛋白以活性形式存在,加入氯化钴溶液后,Cu2+可与白蛋白N-末端结合,在测试溶液中加入一定浓度的游离Cu2+,心肌缺血时患者血清中含有较多的修饰白蛋白,加入同样浓度的氯化钴溶液后,由于IMA与Cu2+结合的能力减弱,使溶液中存在较高浓度的游离钴。加入二巯苏糖醇 (1,4-dithiothreitol,DTT),溶液可与游离钴发生颜色反应,以分光光度法测定其吸光度,即可推测IMA含量,以吸光度单位报告结果。

3.IMA的临床应用研究

在美国,每年有600多万病人被怀疑是ACS,但是其中只有17%被最终诊断为ACS。这种状况,无论是对于患者还是国家医疗体系都是极大的挑战和负担。而大量误诊漏诊的病人也随之产生。据80年代美国的统计资料,3.8%的心肌梗死患者被误诊回家。进一步的研究显示2.1%的心肌梗死患者和2.3%的不稳定性心绞痛患者被误诊回家,这些没有住院得到及时治疗的患者死亡率可能导致3倍于住院患者[9,10]。毫无疑问,这些错误肯定会导致难以预料的后果。这就要求临床医师能够更及时、准确的明确诊断,以避免由此带来巨大的医疗风险。

正是在这样的背景下,近年来欧美和加拿大学者进行了大量的临床研究,有的作者还研究了各种干预措施和治疗方法对 IMA的影响。2003年2月,美国食品药品管理局 (the Food and Drug Administration,FDA)批准IMA测定作为早期心肌缺血的生化标志物,用于对低危患者辅助ACS的诊断。

3.1 IMA检测心肌缺血与其它方法应用价值的比较

Sinha[11]等对208名因急性胸痛就医的患者进行了详细的观察,病人就诊时记录体表心电图(ECG),同时采血测定 IMA和cTnT,比较了三者对ACS的诊断。结果表明IMA是诊断急性缺血性胸痛 (即UA)的敏感指标,对ACS检出灵敏度是ECG的2倍,是cTn的4倍。ECG与cTnT同时观察是胸痛的常规检查方法,对UA的灵敏度53%,加上IMA这个指标后,诊断的灵敏度上升为95%。确认ACS的患者中有65%cTnT检测为正常,其中仅有32%能根据ECG的改变而作出诊断,IMA表现出了显著的优势,确认率达到了91%。受试者工作特征曲线 (Receiver operating characteristic curve,ROC)分析进一步证实了IMA的临床价值,三者联合检测时ROC曲线下面积增至0.83(表1)。

表1 各种心肌标志物对ACS的诊断性能

研究对实施经皮冠脉介入 (percutaneous coronary intervention,PCI)患者和实施诊断性血管造影患者的 IMA和 8-异前列腺素 F2-A(8-isoprostaglandin,iP)水平进行了检测。应用ACB试验测定IMA和酶免疫分析法检测iP。对PCI患者,在PCI前和气囊充气后从导管采取血液标本,并在PCI后30min从股动脉鞘采取血标本。在19例有胸痛的患者中,18例有一过性缺血性ST段改变,检测结果显示,PCI后19例患者有18例的IMA从基线升高,30min时仍保持升高,在12h恢复至基线水平,这些患者的iP水平增加不明显,在对照组中,血管造影术前后的IMA和iP水平均无明显改变,这些结果表明,在 PCI时发生胸痛和ST段改变的患者中,IMA是一个比iP诊断缺血更为一致的标志物。

Lee等研究了413名急诊怀疑ACS的患者,让急诊大夫及心脏病专科医生共同凭借临床症状,心电图、生化标记物、冠脉造影和超声心动图将患者分为ACS组和非ACS组,发现IMA的灵敏度93%,特异性39.6%,阴性预测值91.8%,阳性预测值39.6%。而肌红蛋白、CK-MB、肌钙蛋白的联合检测的灵敏度80.2%,特异性57%。如果把这四种生化标记物共同检测,则灵敏度提高至94.5%,特异性降至45.1%[12]。

3.2 IMA测定在心血管系统疾病中的临床应用研究

Christenson[13]等在一项多中心的临床研究中,对疑为ACS的患者就诊时采取血液标本测定cT-nI、IMA,此后6-24h内多次测定cTnI,如有一次以上结果高于正常上限,则认为cTnI阳性,对照者为109名健康成人 (20-85岁),通过其中224例患者结果绘制ROC曲线来反映IMA对cTnI的预测能力,根据最佳敏感性和特异性原则确定ACB试验预测cTn阳性的临界值 (cutoff值)为75U/ml,其灵敏度和特异性分别为83%和69%,PPV和NPV分别为33%和96%。可以认为ACB试验测定IMA作为敏感的缺血指标能够帮助医生早期明确ACS的诊断,以便在ACS可逆阶段给予治疗干预,达到早诊断早治疗、降低死亡率的目的。同时IMA具有较高的NPV值对于减少那些低危患者不必要的住院,节约医疗卫生资源,减轻患者的负担具有重要意义。

一些学者研究了各种治疗、干预措施对IMA水平的影响,如球囊血管成形术,射频消融术和PCI等,结果表明 IMA对一过性缺血反应迅速,并在数小时内恢复正常。Cho DK等发现在冠脉内行麦角新碱激发试验诊断变异性心绞痛时,IMA的浓度是增高的[14]。也有研究显示冠心病患者在进行PCI过程中,有良好的侧支循环时血IMA水平明显低于无侧支循环的患者[15]。IMA对 PCI患者预后的预测价值,Dusek J[16]研究发现在PCI过程中靶血管发生撕裂与夹层与IMA水平有关,而与球囊压力及加压时间和支架置入与否无关,IMA浓度超过30U/mL与 PCI后4年内频繁发生靶血管重建有关。但Quiles J等却认为IMA的浓度跟患者球囊扩张的次数,时间,压力呈正比[17]。

Roy D[18]等发现在进行选择性体外直流电复律的患者,复律后ECG出现ST-T改变者,其 IMA水平明显高于无ST-T改变者。同样有研究显示,在安装永久型人工心脏起搏器,自动除颤器的患者在行手术后6-8小时IMA也会增高[19]。接受射频消融与诊断性电生理检查患者,其血IMA水平也明显升高[20]。Bar-Or等[21]还研究了选择性经皮冠状动脉腔内形成术 (percutaneous transluminal coronary angioplasty,PTCA)过程中球囊扩张(>3min)压迫引起短暂的缺血时IMA的动态变化.在PTCA前,PTCA后立即、6h及24h检测血浆IMA、CK-MB,肌红蛋白 (myoglobin,Mb)及肌钙蛋白I(cTnI)水平,发现PTCA后立即采取的标本其 IMA显著升高,而CK-MB、Mb和cTnI均未升高,PTCA后6h和24hIMA则显著升高,这就提示在PTCA期间暂时性冠脉闭塞不久IMA即显著增高,进一步证实了IMA是一个有效地能在心肌缺血发生后立即增高,并能被检测出来的心肌缺血标志物。

IMA在ACS的危险性分层具有较好的应用价值。Pollack[22]等对251名急诊胸痛患者进行ACS危险性分层研究,根据临床经验综合分析受试者心脏病危险因素、症状和体征、ECG和心肌坏死标志物。两周后在不告知第一次分析结果的前提下,增加了IMA这一指标再次进行评价。首次评价有66名被评为“极低危”。而加入IMA指标后有236名被评为“极低危”患者。此后所有IMA阴性的患者均未发生ACS,提示IMA的NPV为100%。在IMA阴性患者,在第二次评估中有55%的患者危险性被降级,39%与第一次相同,6%被升级。而IMA阳性的患者其相应的比例为5%/35%和60%。作者还从经济角度分析了IMA测定的临床价值,可显著节约医疗成本,有效的利用医疗资源。

Andrew Worster[23]等研究了 IMA测定对ACS患者在到达急诊室后72小时内严重心血管事件 (如死亡、心肌梗塞、心力衰竭、严重心律失常和难治性缺血性胸痛)的预测能力。189名患者在到达急诊室后72小时内有24例出现严重心血管事件,患者发病后6小时内测定 IMA≤80U/mL预测严重心脏事件的可能性指标 (likelihood ratios,LRs)是1.35(95%可信限 [CI0.315-5.79]),IMA>80U/mL时Lrs为0.98(95%可信限[CI0.86-1.11]),故此,Andrew Worster认为IMA与心肌缺血有关,但对ACS患者在短期内不是很好的严重心脏事件的定量预测指标。但是Aparci等的研究显示,如果以477u/ml为cut off点,则IMA高于477u/ml的患者未来一年的死亡率明显高于IMA低于477u/ml的患者,此时,其对应的灵敏度为70%,特异性为82%[38]。同时Dominguez-Rodriguez等发现 IMA的浓度与左室射血分数相关[24],而左室射血分数本身就是预后的独立预测指标,所以IMA可以作为预测心脏病患者预后的指标。

3.3 影响IMA浓度的其它因素

IMA在非心源性缺血的情况下也有可能升高,如感染、脑血管疾病、终末期肾功能衰竭、肿瘤性疾病等都有可能出现IMA增高。

Edgar等[25]对10名健康自愿者 (男性 4名,女性6名,年龄48-61岁,平均53岁)进行了单前臂缺血试验。受试者空腹10-12h,试验前休息30min,抽取血样,然后用血压计袖带充气,使压力高于收缩压20-30mmHg以阻断肱动脉造成前臂缺血,在这种情况下让受试者用最大力量做手部的抓握及放松动作,持续1分种。分别于放气后1、3、5、10、15、30min抽取血标本检测 IMA、肌酸激酶 (creatine kinase,CK)、血钾、血胺、乳酸、血糖。结果发现:运动后的前5分种,血乳酸和血胺比基础状态高出5-7倍,表明运动后造成了骨胳肌缺血。血CK、血糖、血钾运动前后无变化。运动后1、3、5min血IMA浓度显著降低 (P<0.05),此后恢复正常,白蛋白浓度无变化。可以发现 IMA与血乳酸浓度呈显著负相关 (r=-0.98;P<0.001)。无论是试验组还是对照组,血IMA与血白蛋白浓度均呈显著负相关 [IMA(ku/L)=-2.366白蛋白 (g/L) +186.4;r=-0.756;P<0.001;n=152](图 1)。Refaai MA[26]等对接受膝关节镜手术患者的血IMA进行观察,发现术中及术后IMA的浓度均升高,反应术中应用止血带压迫导致骨骼肌缺血而使IMA浓度升高,同时发现术后血清白蛋白浓度下降,且与IMA浓度呈负相关,提示术后IMA下降与血白蛋白浓度下降导致白蛋白与钴的结合能力下降有关。耐力训练后(如马拉松)即刻测定IMA无明显变化,作者认为骨骼肌缺血不会对IMA的水平产生影响。但24-48h后,由于胃肠道缺血IMA水平显著升高,剧烈运动或其他病理情况可引起体液转移和白蛋白浓度变化,从而对IMA水平产生影响。

图1 IMA血浓度动力学曲线及与其他指标的关系

Roy等[11]对23例 (男15例,女8例,平均年龄67岁)周围血管疾病 (peripheral vascular disease,PVD)典型跛行的患者进行踏车运动应激试验以诱发腿部缺血,在运动后即刻和运动后1h采血测定 IMA,发现骨骼肌诱导缺血后 IMA显著低于运动前基线值。以运动后1h恢复基线水平,与患者疾病严重程度有关,因此不能认为IMA浓度不受骨骼肌缺血的影响,对PVD患者检测IMA应考虑这一因素。图2 IMA散点图示运动前、运动达高峰和运动后1h血IMA水平与踝臂指数 (ABI)的相关性。

图2 运动前的相关系数r=-0.43,p=0.039;运动高峰时r=-0.42,p=0.048;运动后一小时r=-0.44,p=0.038。直线为回归线,曲线为95%的可信限。

Didier Borderie[27]等对32名系统性硬化的患者进行研究发现IMA的水平与系统性硬化的心肌受累关系不大,而与皮肤损伤的程度呈正相关 (r=0.54;p=0.002),与病程长短呈负相关 (r=-0.48;P<0.01)。作者认为高浓度IMA不一定就是心肌受累的证据,发生在其它器官的缺血再灌注损伤也能使IMA浓度升高。

Gugliucci A[28]等测定了 12名正常新生儿(Apgar评分8-9分)及14名有并发症 (Apgar评分为5-8分,包括:早产、胎儿宫内窘迫、胎膜早破、宫内发育迟缓、先兆子痫)的脐带血 IMA浓度,发现脐带血IMA的水平升高是胎儿缺血缺氧的很好指标。

Rajan Sharma,MD[29]等对114例等待接受肾移植的患者进行了前瞻性研究,所有患者均进行了冠状动脉造影及多巴酚丁胺超声负荷试验。随访时间为2.25±0.71年,有18例死亡,其中10例为心源性死亡。糖尿病、严重的冠状动脉疾病、阳性的多巴酚丁胺超声负荷试验、cTnT水平、IMA水平、左室 (LV)收缩期末直径、LV射血分数、左房大小、二尖瓣早期充盈峰值流速与舒张早期流速比 (E/Ea)均能预测死亡率。IMA≥95KU/L预测死亡率的敏感性为76%,特异性为74%。cTnT≥0.06ng/mL预测死亡率的敏感性为75%,特异性为72%。

此外,对于肠系膜血管栓塞和肺栓塞的患者IMA同样可以增高[30,31]。据相关研究,IMA可能还是很好的急性脑梗塞的预测指标[32]。

4.IMA的临床应用评价

目前认为IMA是心肌缺血的标志物而非坏死标志物,由于IMA对急性心肌缺血的灵敏度极高,在低发病人群中使用高灵敏度的试验方法假阴性相对较低,因此是一个很好的组织缺血的生化指标,特别是为心肌缺血的早期诊断和排除诊断提供了很好的帮助,具有很好的NPV。

由于白蛋白随血液循环进入体内各组织器官,在非心源性缺血的情况下也有可能出现 IMA的升高,如感染、脑血管疾病、终末期肾功能衰竭、肿瘤性疾病,血栓性疾病等都有可能出现IMA增高。IMA假阳性还可见于遗传缺陷导致白蛋白N-末端氨基酸缺失的患者,人群中这种缺失的发生频率尚不清楚。目前对 IMA的临床研究结果存在不一,无法系统分析比较。一系列的临床研究在不同的cut off值的情况下,敏感性,特异性,阳性预测值,阴性预测值均高低不一,没有规律可循[30-33]。使得IMA阳性结果的解释复杂化,由于 IMA的PPV较低,因此临床医师在对IMA阳性结果进行解释时应结合临床其它信息进行综合评价。

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