肺动脉高压的生物标志物

肺动脉高压(PAH)是肺高血压(PH)分类中的第一大类，为在海平面静息状态下右心导管所测的肺动脉平均压≥25 mmHg，肺小动脉楔压≤15 mmHg，肺血管阻力>3 Wood单位。PAH是一类异质性疾病，包括特发性PAH(IPAH)、遗传性PAH、药物及毒物诱发PAH、疾病相关性PAH。疾病相关性PAH包括先天性心脏病相关性PAH(CHD-PAH)、结缔组织疾病相关性PAH(CTD-PAH)、人类免疫缺陷病毒相关性PAH(HIV-PAH)、门脉高压相关性PAH、血吸虫病相关性PAH、肺静脉闭塞病/肺毛细血管瘤及新生儿持续性PH[1]。由于PAH早期症状(如疲劳和劳力性呼吸困难)是非特异性的，常被误诊为哮喘或其他疾病，大多数PAH患者被诊断时已处于疾病晚期，即使给予双联至三联靶向治疗，患者死亡率仍然很高。PAH的早期诊断及干预可提高患者长期生存率，对预后尤为重要。右心导管检查是PAH诊断的金标准，但作为一种侵入性手术不适合用于筛查；超声心动图是目前PAH筛查的非侵入性方法，但经常高估或低估PAH患者肺动脉压力和心输出量。因此，需要寻找更好的非侵入性检查方法[2]。多种生物标志物，包括与右心功能障碍、心肌损伤、炎性反应和氧化应激、血管损伤和重构等相关的标志物，可作为诊断PAH、判断PAH预后和治疗反应的非侵入性客观指标，反映了PAH的复杂病理生理。

1 右心功能障碍相关的标志物

利钠肽是心肌细胞在心壁受牵拉和心功能不全时释放的多效性激素家族，主要包括脑钠肽(BNP)和心房利钠肽(ANP)，通过利尿、利钠、扩张血管及抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统参与调节血容量和血压。它们在各个类型PH如IPAH、CTD-PAH、CHD-PAH、慢性血栓栓塞性PH中的水平增高，可能是对右室壁变化的应激反应[3]。Wiedemann等[4]研究表明，重度PAH患者吸入依洛前列素后，ANP的快速下降与血流动力学的改善相关，其原因是ANP由心房细胞产生并储存，心房扩张及负荷过重时直接刺激ANP的快速释放。血浆ANP比血浆BNP更易受到短期血流动力学变化的影响，因ANP血浆半衰期短，临床应用受到限制。相反，BNP主要由心室组织分泌，比ANP稳定，采血后不需要立即冷却和添加酶抑制剂。Leuchte等[5]证实血浆BNP水平与IPAH患者6 min步行距离(6MWD)、峰值摄氧量呈负相关，与IPAH的世界卫生组织(WHO)心功能分级呈正相关。高BNP水平不仅与PAH患者死亡风险增加有关[6]，而且对其5年生存率有强的预测作用[7]。无生物活性的N末端脑钠肽前体(NT-proBNP)是BNP合成时的副产物，对PAH的靶向治疗反应和死亡率有预测意义。NT-proBNP比BNP更易评估，更稳定，是目前PAH治疗指南中唯一纳入预后指标的血清学标志物。利钠肽适用于镰状细胞病及系统性硬化症患者的PAH风险评估，NT-proBNP在预测镰状细胞病相关PH时比超声心动图更为有效，此外，BNP和NT-proBNP水平均可反映PAH患者病情变化及其对治疗的反应。然而，NT-proBNP可从右心功能不全及组织缺氧和器官损伤两方面对PAH患者进行预后评估，较BNP的评估效果更好[8]。

2 心肌损伤相关的标志物

心肌肌钙蛋白(cTn)是识别心肌损伤的首选标志物，心肌肌钙蛋白T(cTnT)和肌钙蛋白I(cTnI)是PAH不良结局的独立预测因子。荟萃分析表明，cTn水平在PAH晚期升高，提示心肌损伤，因而不能作为PAH早期的敏感标志物；PAH患者cTn阳性组的死亡率高于cTn阴性组，cTnI升高较cTnT升高能更好地预测PAH患者死亡率，cTnI阳性组右心衰或肺移植相关的死亡风险较cTnI阴性组增加4.7倍[9]。

3 炎性反应相关标志物

炎性反应在PAH的发生发展中起重要作用[10]。Soon等[11]研究表明，IPAH和家族性PAH患者与对照组相比，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、α干扰素、γ干扰素、白细胞介素(IL)-1β、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12p70和IL-13水平升高，同时IL-6、IL-8、IL-10、IL-12p70较传统临床参数如6MWD能更好地评估预后。另有研究发现，PAH患者血浆趋化因子如CCL5、CCL7较对照组升高[12]，C反应蛋白(CRP)水平与PAH患者纽约心功能协会(NYHA)心功能分级呈正相关，治疗12个月后，CRP水平正常的PAH患者的生存率较CRP水平升高的患者显著提高[13]。骨桥蛋白(OPN)是一种多效细胞因子，通过精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸细胞结合序列参与单核细胞、巨噬细胞和T细胞的募集及平滑肌细胞的增殖，上述细胞在肺血管重构中发挥了重要作用。炎性因子TNF-α、IL-1b可诱导OPN表达。PAH患者OPN水平较对照组明显升高，且与PAH平均肺动脉压呈正相关[14]。Rosenberg等[15]研究表明，OPN是PAH患者2年内死亡的独立预测因子，结合NT-proBNP可更好地评估PAH死亡率。生长分化因子(GDF)-15是转化生长因子-β(TGF-β)超家族成员，在大多数组织中GDF-15表达水平低下，在病理状态下如急性损伤、组织缺氧、炎性反应或氧化应激时表达上调。GDF-15在PH患者丛状病变中表达[3]，PAH患者血清GDF-15水平与右房压力、毛细血管楔压、尿酸和NT-proBNP呈正相关[16]。此外，与无PAH的系统性硬化症患者相比，系统性硬化症相关性PAH(SSc-PAH)患者的总体生存率降低，GDF-15水平明显升高，并与一氧化碳扩散能力呈负相关；GDF-15结合经胸超声心动图指标、NT-proBNP可更好地评估系统性硬化症患PAH的风险[17]。

4 内皮功能障碍和血管平滑肌细胞增殖相关的标志物

4.1 内皮素-1(ET-1)

ET-1主要由血管内皮细胞产生，较少由血管平滑肌细胞(VSMC)、巨噬细胞和成纤维细胞产生。ET-1具有多种生物学效应，可促进血管收缩、垂体激素及心房利钠肽释放、醛固酮生物合成及多种细胞(VSMC、成纤维细胞等)的增生和肥大，ET-1还诱导多种原癌基因如c-fos、c-jun、c-myc的表达。人类基因组学相关研究发现了ET-2和ET-3，Montani等[18]研究表明，PAH患者血浆ET-1水平升高，ET-3水平降低，且ET-1/ET-3的比值与PAH患者血管活性药物特异性治疗后的血流动力学及预后有关。ET-1水平升高是PAH长期随访临床恶化的独立预测因子[19]，但ET-1的临床应用受到其半衰期较短(4～7 min)的限制，且作为一种旁分泌因子，ET-1主要释放至血管基底膜侧，仅有部分进入血液，其血浆浓度不能准确反映组织浓度。血管紧张素转换酶抑制剂、他汀类药物、ET受体拮抗剂及β受体拮抗剂的使用会使血浆ET-1水平减低，特别是ET受体拮抗剂的广泛应用可能限制ET-1作为生物标志物的使用[20]。

4.2 一氧化氮(NO)

NO及其下游效应物环磷酸鸟苷和蛋白激酶G，对肺血管具有促血管扩张、抗增殖、抗凝血和抗炎作用[21]。研究发现，IPAH患者支气管肺泡灌洗液中的NO低于健康对照组，使用波生坦治疗后IPAH患者肺泡灌洗液中的NO水平较未接受治疗组升高[22]。NO不稳定，不能在血液中以气体形式检测，且其水平受到多种混杂因素包括年龄、性别、感染、靶向药物使用、技术人员操作水平等的影响，这使其常规使用受到限制。

4.3 不对称二甲基精氨酸(ADMA)

ADMA由内皮细胞产生，可抑制NO合成酶。各种类型PAH患者如IPAH[8]、HIV-PAH[23]、SSc-PAH[24]、镰状细胞病相关PAH[25]的ADMA水平升高。ADMA不仅是IPAH患者死亡的独立预测因子，也与右房压力、混合静脉饱和度(经右心导管测量)呈正相关[8]。SSc-PAH患者的ADMA水平高于无PAH的系统性硬化症患者，与肺动脉收缩压呈正相关，结合NT-proBNP可更好地评估系统性硬化症患者的PAH风险[24]。在CTEPH相关PH中，ADMA与PH严重程度呈正相关，血浆ADMA≥0.64 mmol/L的患者较ADMA<0.64 mmol/L的患者预后差[26]。

4.4 肾上腺髓质素(ADM)

ADM是由血管内皮和VSMC合成和分泌的活性多肽，可能通过抑制炎性反应和醛固酮、舒张血管、抑制VSMC增殖和内皮细胞凋亡及抑制胶原蛋白合成，抑制肺血管的重构[27-28]。PAH患者ADM水平高于健康对照组[29]。长期随访发现，血浆ADM水平与PH的严重程度呈正相关[30]。静脉注射ADM可显著提高PAH患者的心脏指数，降低肺血管阻力，提示内源性ADM可能作为反调节激素在PAH中发挥重要作用[28]。

5 血管重建和损伤相关的标志物

5.1 血管生成素(Ang)

Ang-1和Ang-2是糖蛋白，通过内皮细胞上的Tie-2受体参与血管生成和发育，调节血管通透性，Ang-1由周细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞产生，Ang-1与Tie-2结合可维持血管完整性和内皮细胞存活[31]。研究表明，Ang-1通过Tie-2途径下调人肺动脉内皮细胞(PAEC)中骨形态发生蛋白受体的表达，可预防PAH；在大鼠野百合碱和缺氧动物模型中，Ang-1可预防PAH的发生发展，而Ang-2可阻断Ang-1相关信号转导，因此，Ang/Tie2受体通路被认为是IPAH发病的主要信号通路[32]。Ang-2储存于内皮细胞的Weibel-Palade体，在内皮细胞激活和损伤后迅速释放。此外，Ang-2仅在血管重构位点表达，Ang-2与Tie-2结合可使血管通透性增加[31]。Kümpers等[33]研究表明，Ang-2水平不仅与PAH分期和治疗反应相关，还是其死亡率的独立危险因子。

5.2 微粒(MP)

MP是在物理或化学刺激后，各类细胞释放的具有促凝、促炎、促血管形成、促增殖作用的细胞囊泡，直径为0.1～1 mm。MP为异质性群体，其来源(包括内皮细胞、血小板、白细胞和红细胞)、数量、大小、抗原组成和功能特性各不相同，MP的表面抗原可以用于表型定量，也可反映MP来源细胞的活化程度。采用流式细胞术检测PH患者和对照组血小板、白细胞和内皮细胞来源的MP，发现MP在PAH如IPAH、CTD-PAH中升高，表明PAH与血小板活化、血管炎性反应和内皮功能障碍有关[34]。

6 表观遗传相关的标志物

表观遗传机制在PAH发生和发展中起重要作用。表观遗传指 DNA序列不发生变化，而基因功能发生了可逆、可遗传的改变。表观遗传对基因表达的调控体现在DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化、非编码RNA的调控等方面，目前研究最多的是非编码RNA中微小RNA(miRNA)在PAH中的作用。MiRNA参与转录后基因表达调控，其异常表达参与肺动脉平滑肌细胞(PASMC)异常增殖、外膜成纤维细胞迁移、肺动脉内皮细胞(PAEC)功能障碍以及对PAH发病机制中相关信号通路的调控[35]。MiR-140-5p及miR-204低表达可促进PASMC增殖和迁移，miR-140-5p还可上调骨形成蛋白Ⅱ型受体(BMPR2)，参与肺血管重构；miR-29a-3p通过调节肺外膜成纤维细胞的活化参与肺血管重构；miR-130/301可在内皮细胞中调控apelin-miR-424/503-成纤维细胞生长因子2(FGF2)信号通路，而在平滑肌细胞中，miR-130/301可直接调控STAT3-miR-204信号通路，参与肺血管重构；miR-145和miR-199a-5p表达上调、miR-126和miR-223表达下调与PAH患者右心衰的发生发展有关；血浆中miR-130/301、miR-125a、miR-27b、miR-17-92、miR-98及miR-204参与肺血管重构[36]。

7 组织缺氧和器官损伤相关的标志物

尿酸(UA)是嘌呤代谢最终产物，具有氧化和抗氧化特性，是一种内源性自由基清除剂，可保护内皮细胞免受活性氧和活性氮的损伤，然而，UA仅在亲水性环境中发挥抗氧化作用。UA与氧化剂反应可产生其他自由基，并对细胞产生氧化损伤。UA及其下游自由基不仅可作为促炎性因子发挥作用，还能促进血管收缩和血管重构[37]。PAH患者的UA水平升高，且是PAH严重程度[38]及死亡率[39]的独立预测因子。血浆UA水平与年龄和性别有关，并受肾功能衰竭、低氧血症、别嘌呤醇及利尿剂摄入量的影响，因此，其作为PAH标志物的价值有限。高胆红素血症是死亡率的另一预测因子，与右房压力、高BNP水平和心功能分级有关[40]。研究表明，血清结合胆红素(DBIL)可预测IPAH的严重程度，血清DBIL基线水平是IPAH死亡率的独立预测因子，DBIL基线水平及随访期间DBIL水平升高的患者存活率明显低于DBIL基线水平正常的患者，经靶向药物治疗后PAH患者血清DBIL可显著下降[41]。

8 其他

尿异前列腺素F2是脂质过氧化的生物标记物，是PAH死亡率的独立预测因子[42]。肽素是由39个氨基酸组成的糖肽，是精氨酸加压素原C末端的一部分。当血流动力学异常时，肽素与精氨酸升压素(AVP)共同由神经垂体释放，介导动脉收缩和利尿作用。Nickel等[43]研究表明，PAH患者肽素水平高于健康对照组，肽素基线水平与PAH严重程度相关，其血浆水平升高与较高的死亡风险和不良预后有关。

有关PAH生物标志物的大多数研究为回顾性研究，存在患者和对照组人数少、患者群体异质性和选择偏倚等缺陷，仍需进行前瞻性研究验证。此外，生物标志物联合使用可能比单一标志物对PAH有更好的诊断和预后价值。