心衰生物标志物的研究进展

王子暄 李运伟 马东平 王志增

1.河南大学淮河医院 心血管内科，河南 开封 475004；2.河南大学基础医学院 抗体药物开发技术国家地方联合工程实验室／细胞与分子免疫重点实验室，河南 开封475004

心力衰竭（heart failure，HF）是由于各种心脏结构或功能疾病所导致的心脏收缩和（或）舒张功能严重障碍，心室充盈和（或）射血功能受损，心排血量不足，从而产生一系列临床表现（如呼吸困难、不同程度的体力活动受限和体液潴留）的病理生理综合征，也是各种器质性心脏病（如心肌梗死、高血压、主动脉瓣狭窄、瓣膜闭锁不全和心律失常等）发展的终末阶段［1］。HF 的诊断和评估依赖于病史、体格检查、实验室检查、心脏影像学检查等多方面因素，其中，生物标志物的检测能够方便、快捷地提供疾病信息［2］。因此，HF 相关生物标志物的检测已成为快速诊断HF 的一种非侵入性工具，并可对HF患者的风险分层和预后提供重要参考信息［2］。其中B 型利钠肽和氨基末端B 型脑钠肽前体已被写入欧洲心脏病学会指南，是目前HF 诊断和预后评估的金标准之生物标志物［1］。除了已建立的利钠肽系统外，近年来相继出现了一系列新的生物标志物，在HF 患者的诊断、危险分层及预后评估中均存在不同的价值。

1 传统的心衰生物标志物

1.1 利钠肽系统

利钠肽系统（NP）根据其具体结构的不同，主要包括A 型利钠肽（ANP）、B 型利钠肽（BNP）、C 型利钠肽（CNP）及树眼镜蛇属利钠肽（DNP）［3］。HF患者体内，心房肌细胞和心室肌细胞由于心室壁张力增加、心肌细胞受压牵张而分别产生ANP 和BNP，生物学功能主要包括排钠、利尿、舒张血管等［4］，但由于ANP 半衰期过短（2～5 min）［5］，而无法应用于临床。BNP 的半衰期较短，约20 min，主要被血浆脑啡肽酶降解，而NT⁃pro BNP 半衰期相对较长，约60～120 min，主要由肾脏代谢，血浆浓度较BNP 高3～5 倍［6］。目前的HF 指南建议通过测定BNP 及NT⁃pro BNP 用于疑似或确诊HF 患者的诊断和疗效监测［1］。非急性期HF 患者中，BNP ≤35 pg／mL 或NT⁃pro BNP≤125 pg／mL，急性期HF 患者中，BNP≤100 pg／mL 或NT⁃pro BNP≤300 pg／mL，均可以排除HF 诊断［1］。但BNP 或NT⁃pro BNP 在急性冠脉综合征（ACS）、二尖瓣返流、心房纤颤、肺动脉高压或肺动脉栓塞、慢性阻塞性肺疾病（COPD）伴有肺心病和各种形式的心输出量增加的疾病（如败血症、甲状腺功能亢进症和应激性心脏病等）中均有不同程度的增加［7］。此外，肾功能、肺部疾病、肥胖、年龄和性别等都可能影响血浆BNP和NT⁃pro BNP 的浓度测定［8］。因此，各种与HF 疾病无关的临床因素所导致BNP 和NT⁃pro BNP 的升高，造成确定BNP 和NT⁃pro BNP 合适的临床高阳性预测值浓度的困难。但新近研究发现，其不足之处或可由其他新型生物标志物加以补充，如生长分化因子⁃15（GDF⁃15）联合NT⁃pro BNP 可显著提高HF 诊断的准确性［9］。

1.2 作为心肌细胞损伤标志物的肌钙蛋白

细胞凋亡和坏死也是HF 的典型病理特征，肌钙蛋白（Tn）是参与肌肉收缩过程中的调节蛋白，其中cTnI 和cTnT 的表达为心肌特异性的亚型［10］。在急性冠状动脉综合征（ACS）和慢性或急性失代偿性心力衰竭（ADHF）中均可测得Tn 的升高［11］。但在ADHF 患者中，心肌细胞受灌注减少、供氧减少或心肌细胞应激等［12］损伤后，cTnI 和cTnT 产生并释放进入血液循环［10］，这种Tn 的释放与冠状动脉病变因素无关。与ACS 患者相比较，在HF 患者中，1～6 h 肌钙蛋白浓度的变化非常小，高敏TnI／TnT的动态变化成为诊断两种综合征的必要条件［8］。随着HF 严重程度的增加，cTnI 血清水平也随之升高，提示cTnI 水平可能是评估心衰严重程度的有用指标［12］。对急性HF 患者进行后期随访中发现，Tn水平未下降的患者比Tn 水平下降的患者预后更差［13］。因此，Tn 在临床中更多地用于对HF 的风险和预后的评估。

2 新型心衰生物标志物

近年来，新型HF 生物标志物的发现增加了HF疾病的诊断、危险分层和判断预后等各方面的信息，将来有望在临床上更好地投入使用。例如，炎症介质是参与HF 病理生理学过程的重要组成部分，通过直接影响心脏细胞、成纤维细胞以及β 肾上腺素能受体，从而导致心肌细胞肥大、纤维化和心脏收缩功能受损，亦可诱导心肌细胞凋亡［14］。因此，涉及到HF 各个不同病理生理阶段的新型生物标志物成为研究热点。

2.1 生长分化因子⁃15

GDF⁃15 是转化生长因子β（TGF⁃β）家族中的一员，由于可抑制心肌细胞肥大、细胞凋亡和心肌重塑而被称为心脏保护因子［15］。在心肌细胞中，GDF⁃15 在正常情况下不表达，GDF⁃15 的高表达可能与心血管疾病相关。Adela 等人研究发现GDF⁃15水平的升高与HF 相关，同时炎症、癌症、肺部疾病、糖尿病和肾脏疾病中GDF⁃15 表达也会上调［16］。

根据左心室射血分数（LVEF），可将HF 分为射血分数降低的HF（HFrEF，LVEF＜50%）和射血分数保留的HF（HFpEF，LVEF≥50%），其中HFpEF 除了LVEF 值保留和舒张功能障碍外，还涉及非心脏病理变化［17］。这使得HFpEF 可能无法仅通过传统的生物标志物进行快速、准确的诊断。GDF⁃15 水平升高还与NYHA 心功能分级、LVEF 和NT⁃pro BNP显著相关，其中与NT⁃pro BNP 相比，GDF⁃15 水平在HFrEF 和HFpEF 患者中都有类似的升高［18］。同时，在HFpEF 患者肥胖个体中，GDF⁃15 与左室舒张功能障碍的相关性优于NT⁃pro BNP［19］。由此可见，GDF⁃15 联合NT⁃pro BNP 可显著提高HF 诊断的准确性［20］。GDF⁃15 还可以独立预测两种HF 亚型的死亡或首次HF 再住院率［21］。在没有心血管事件的一般人群个体中，传统的危险因素和超声心动图测量结果的基础上加入GDF⁃15 显著改善了HF 的风险预测［22］。由此可见，GDF⁃15 在HF 的诊断、风险评估等方面具有重要临床意义，尤其适合联合NT⁃pro BNP 使用。

2.2 可溶性肿瘤抑制因子⁃2

肿瘤抑制因子⁃2（ST2）以膜结合形式（ST2L）和可溶性形式（sST2）两种形式存在，两者都是炎性细胞因子白细胞介素⁃33（IL⁃33）的受体，IL⁃33 具有保护心血管的作用，包括降低动脉粥样硬化的风险［23］。sST2 通过阻止IL⁃33 与ST2L 的结合，从而导致组织纤维化，降低心脏功能，加速疾病进展［24］。在慢性HF 患者的随访中发现，发生不良事件的患者ST2 基线水平均偏高，且ST2 水平随着不良事件的临近而升高，随着时间的推移，ST2 的变化率可独立预测HF 的不良临床结果［25］。同时，sST2 值越高，心肌梗死后的HF 发病率、死亡和死亡风险就越大［26］。sST2 在诊断纽约心功能分级（NYHA）Ⅱ⁃Ⅲ级的高血压患者中稳定性HFpEF 方面相对优于NT⁃pro BNP［27］。随后sST2（作为心脏纤维化标志物）在HF 患者风险分层中的附加价值在最近的《2017 年心衰管理指南重点更新》 中得到了强调［28］。值得注意的是，肾功能不全是HF 患者常见的合并症，而sST2 的预后价值不受肾功能不全的影响［29］。因此，与利钠肽系统相比，sST2 的优点在于其浓度不受年龄、肾功能或体重指数的影响，且在慢性HF 及急性心肌梗死后HF 具有良好的应用前景。

2.3 半乳糖凝集素⁃3

半乳糖凝集素⁃3（Gal⁃3）是结合凝集素的可溶性酶，由活化的巨噬细胞产生并诱导成纤维细胞沉积胶原蛋白，参与细胞黏附、活化、增殖、凋亡以及迁移过程［30］。Gal⁃3 是器官纤维化的标志，包括心肌纤维化，在肥厚的心肌中表达上调，对巨噬细胞迁移、成纤维细胞增殖和纤维化的发展具有促进作用，在组织纤维化和心室重构中起关键作用，从而参与了HF 的发生、发展［31］。许多临床相关研究［32］表明，血浆Gal⁃3 水平与心功能和左心室充盈压力有关。在一项Gal⁃3 与NT⁃proBNP 的研究［33］中发现，NT⁃proBNP 在HF 诊断中具有更好的生物标志物效用，而Gal⁃3 在预测急性或急性失偿性HF 患者60 d死亡率方面优于NT⁃pro BNP。同时在另一项关于急性HF 再住院率的风险评估研究［34］中表明，Gal⁃3可评估HF 患者在急性HF 发作后30 d 和180 d 死亡和再次住院的风险，因此，Gal⁃3 可以作为补充NT⁃pro BNP 的新型生物标志物，从而更加准确评估HF 患者短期的再入院风险和死亡率，并对不同的HF 患者进行更加准确的危险分层。

2.4 心型脂肪酸结合蛋白

心型脂肪酸结合蛋白（H⁃FABP）是一种调节心肌细胞内脂肪酸运输的胞质蛋白，在细胞膜破裂时（如心肌损伤）从细胞质中释放，是一种易受早期缺血性心肌损伤影响的生物标志物［35］。在急性失代偿性HF 患者入院和出院时均测得H⁃FABP 浓度的升高，其死亡率和再住院率也明显升高，这证明持续升高的H⁃FABP 浓度对HF 患者具有预后价值［36］。一项基于1 071名慢性冠状动脉疾病患者的研究［37］显示，高水平的H⁃FABP 是慢性冠状动脉疾病患者心血管疾病死亡和急性HF 相关住院率的独立危险因素。H⁃FABP 水平升高与NYHA 心功能分级相关［38］，也与HF 常用的血流动力学指标（如LVEF）呈负相关［39］。联合使用BNP 和H⁃FABP 可改善急性HF 诊断的特异性和阳性预测值［40］。因此，H⁃FABP在预测HF 患者预后及合并BNP 诊断HF方面的应用前景可期。

2.5 肾上腺髓质素

肾上腺髓质素（ADM）是一种含有52 个氨基酸的多肽，可增加肾脏的血流量，具有舒张血管、利钠和利尿的作用，且与抗炎、抗凋亡和增生有关，因此对机体具有一定的保护作用［41］。ADM 在慢性HF和急性HF 患者中表达均增高［42］。血浆活性肾上腺髓质素（bio⁃ADM）是HF 临床结果的独立危险因素，较高的bio⁃ADM 水平与重要的30 d 结局的风险增加相关［43］。肾上腺髓质素前体中段（MR⁃pro ADM）和ADM 均由肾上腺髓质素前体（pro⁃ADM）裂解产生［44］。MR⁃pro ADM 更加稳定且更容易被检测，在诊断急性HF 方面不亚于NT⁃pro BNP，尤其是存在有影响NT⁃pro BNP 测定结果的因素时，更加显示出其独特的诊断价值［45］。同时，MR⁃pro ADM 在预测急性HF 患者90 d 死亡率方面比BNP 显示出更高的准确性［46］。因此，MR⁃pro ADM 可以作为NT⁃pro BNP 诊断HF 及预测急性HF 死亡率的补充。

2.6 血清胱抑素⁃C

血清胱抑素⁃C（Cys⁃C）是所有有核细胞都可以产生的一种非糖基化的碱性蛋白质［47］。一项基于811 名急性失代偿性HF 患者的研究中证实，Cys⁃C基线水平对急性失代偿性HF 有预后价值［51］。此外相关研究表明，Cys⁃C 也是慢性HF 不良事件的独立预测因子［48］。但是，Cys⁃C 的预后价值在HFpEF与HFrEF 患者上存在显著差异，在慢性HF 患者的研究中，Cys⁃C 对HFpEF 患者的预后影响较HFrEF患者小［49］。同时，联合应用Cys⁃C 和NT⁃pro BNP，预测HF 患者长期死亡率方面的价值明显高于两者中任一单一生物标志物［50］。因此，Cys⁃C 除了对急性失代偿性HF 及慢性HF 具有一定的预后价值，另外在联合BNP 系统预测HF 死亡率方面也有一定的价值。

2.7 髓过氧化物酶

髓过氧化酶（MPO）是一种激活白细胞氧化应激，从而产生炎症反应的酶，在心肌细胞组织中这种氧化应激反应可导致动脉粥样硬化形成、斑块易损性和心室重构［51］。在健康的老年人中，血浆MPO水平的增加与HF 的发展之间存在独立的联系［52］。MPO 可作为心室舒张功能障碍的指标，因此可用于HFpEF 的诊断和风险评估［53］。此外，血浆MPO 与CRP 和NT⁃pro BNP 联用可提高HF 患者诊断，特异性最高可达94.3%［54］。另外MPO 水平在急性HF和非急性HF 患者中的水平无差异，但可独立预测急性HF 患者的1 年死亡率［55］。因此，MPO 在HF尤其是HFpEF 的诊断及与CRP 和NT⁃pro BNP 联合使用诊断HF 方面，显示出较大潜能，同时又可独立预测急性HF 患者的1 年死亡率。

2.8 内皮素⁃1

内皮素⁃1（ET⁃1）是目前发现的最有效的血管收缩剂，由多种细胞（包括心肌细胞和成纤维细胞）在各种氧化应激及炎症反应下产生，其受体包含内皮素受体A 和内皮素受体B，内皮素受体A 位于血管平滑肌细胞中，与ET⁃1 的亲和力更高，负责血管的持续收缩，内皮素受体B 同时位于血管平滑肌细胞和内皮细胞中，但ET⁃1 与内皮素受体B 结合导致血管舒张。在HF 中，内皮素受体A 上调，而内皮素受体B 不上调，从而导致血管收缩和心室重构［56］。ET⁃1 在慢性HF 患者中的临床应用被提出，大多集中在HF 患者的风险预后上。ET⁃1 是严重慢性HF患者生存率强有力的独立预测因子，且效果优于BNP 或NT⁃pro BNP［57］。同样的，ET⁃1 升高与急性HF 患者短期再入院率、180 d 死亡率之间的独立联系，和NT⁃pro BNP 相比，提供了更多额外的预后信息［58］。因此，ET⁃1 在急性及慢性HF 患者的风险预后上具有重要意义，可作为BNP 或NT⁃pro BNP 预测HF 患者生存率的有力补充。

2.9 miRNA

根据RNA 的作用机制、亚细胞定位、大小和编码蛋白质的潜能，可以对其进行分类，除信使RNA、转运RNA 和核糖体RNA 参与蛋白质合成外，长链和短链非编码RNA 参与调节基因表达，而miRNAs又是短链非编码RNA 的一部分［59］，其表达的改变反映了HF 相关的病理过程，例如心肌纤维化和心肌肥厚［60］。在miRNAs 与HF 相关性的研究中发现，急性心肌梗死导致的HF 患者中miR⁃1 水平在升高［61］；扩张性心肌病导致的HF 患者中miR⁃195水平升高［62］；HFpEF 中miR⁃30a 的水平升高［63］。miRNA 作为HF 的诊断生物标志物可单独使用，也可与BNP 联合使用，其中5 种miRNAs（miR⁃30c、9miR⁃146a、miR⁃221、miR⁃328 和miR⁃375）可作为区分非HF、HFpEF 和HFrEF 患者的潜在标志物。而联合年龄、性别和BNP 可显著提高5 种miRNAs 对于HF 的诊断可预见性［64］。在一组慢性HF 患者的研究中，miR⁃132 水平随着HF 的严重程度而升高，较低的循环miR⁃132 能提高HF 患者再入院率的风险预测，但对HF 患者的死亡率无影响［65］。因此，miRNA 作为生物标志物在HF 的早期诊断、风险分层和预后方面具有一定的潜能，作为分子诊断层面的标志物，miRNA 的临床应用价值尤其是哪一种miRNA 可以作为标志物使用，则需要更多的数据支撑。

3 总结与展望

HF 是涉及神经内分泌、损伤应激、炎症反应、组织重构等多因素相互作用的临床综合征，反应HF不同病理生理过程的各个生物标志物，在辅助诊断、危险分层、判断预后等各方面发挥重要作用。目前BNP 系统仍是临床检测HF 的主流生物标志物；多标记方法较单一生物标志物也显示出特殊优势。在传统的生物标志物基础上，新型HF 标志物与传统HF 标志物相结合，有助于HF 患者更好地早期诊断、风险预测和预后评估。联合应用多种生物标志物可能成为未来的发展方向，但HF 诊断及管理的最佳生物标志物组合还需要大量临床数据的支撑才能确定，虽然研究表明很多标志物可以作为BNP 或NT⁃pro BNP 预测HF 的补充，但尚无新的临床应用的生物标志物。基于此，我们将继续关注HF 相关标志物的研究，同时开展GDF⁃15 及H⁃FABP 在临床应用价值的随访研究，从而更好完善HF 病人的临床管理。