丁吕盛 李旎 朱林文 孙乐波
主动脉夹层(aortic dissection,AD)是一种非常罕见且又致命的疾病,新的数据表明,人群中的AD发病率可能被低估了,来自一项针对30 412名中年人群长达20年的随访研究显示,AD的发病率高达每年15例/10万[1]。人群中男性发病率高于女性,且与年龄增长相关[2]。AD特点是主动脉血管壁内层的撕裂导致血液进入主动脉壁层,血液在假腔内流动使其逐渐扩大,导致受累血管供应的脏器灌注不全或者主动脉瓣反流等,出现少尿、肢体发冷、急性心力衰竭等症状。当撕裂累及血管外层时,发生主动脉破裂,导致患者迅速出血休克死亡[3]。高血压被认为是AD最常见的危险因素,尤其是控制不良的高血压,其他危险因素有心脏大血管手术史、主动脉疾病史、家族遗传相关疾病史、吸烟、外伤史等。由于AD的死亡率非常高且疾病进展迅速,所以及时诊断十分重要。来自欧洲心脏病学会的指南推荐,急性AD的诊断指标有实验室检查,如红细胞、白细胞、CRP、降钙素原、肌酸激酶、肌钙蛋白、D-二聚体(D-dimer,D-D)、肝酶、乳酸、葡萄糖和血气分析等,以及影像学检查如CT、MRI、经食管超声心动图和血管造影等[4]。
虽然急性AD的典型临床表现是突发胸背部撕裂样疼痛,但来自国际急性AD登记处的数据显示,急性AD患者的临床表现往往并不典型[5]。怀疑AD的胸痛患者往往会接受电子计算机扫描血管造影(computed tomography angiography,CTA)、MRI或者食管内超声等影像学检查,以及CRP、D-D等实验室检查,其中影像学检查结果具有诊断性意义。但是临床中由于漏诊、患者无法配合、辐射和过敏风险等各种原因,并非全部风险人群都能接受影像学检查,这时生物标志物的检测对筛选目标人群、提高诊断效率、降低误诊漏诊的概率可以发挥很大的作用,同时也有助于提示AD术后患者的预后。本文对目前可用于急性AD诊断的分子标志物作一综述,并就其在预后评估中的价值作一评价,现报道如下。
主动脉壁由多种细胞和细胞外间质组成,当发生内膜撕裂时,血管平滑肌细胞、内皮细胞和细胞外间质中的成分会进入血液,从而被检测到。
1.1 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)
1.1.1 MMP-2甲基化标志物MMP-2在AD中与MMP-9类似,发挥降解细胞外基质蛋白的作用。Li等[6]对起源于胸主动脉的Stanford B型夹层且无严重并发症25例患者和27名健康对照者的血液样本进行分析,发现胸主动脉夹层(thoracic aortic dissection,TAD)患者血清中MMP-2基因启动子2位CpG位点的甲基化水平明显高于健康对照组(P<0.01),4个CpG位点的平均甲基化水平高于健康对照组,但差异无统计学意义,表明MMP-2基因高甲基化提示TAD风险上升。该研究同时发现MMP-14、WNT家族2B、胰岛素样生长因子基因与TAD相关。
1.1.2 MMP-8 MMP-8在体内主要由中性粒细胞表达。Li等[7]研究发现,在出现症状的72 h内TAD患者45例和健康受试者40名相比,前者MMP-8水平明显升高(P<0.01),约为后者的3.8倍,为心肌梗死组(40例)的3.2倍,说明MMP-8在TAD发生中可能发挥了某种病理作用。Giachino等[8]急诊检测126例疑似AD患者血清MMP-8水平,当取3.6 ng/mL为最佳截断值时,MMP-8的灵敏度为1.000,特异度为0.095,表明当MMP-8水平较低时,可能被用于排除急性AD。
1.1.3 MMP-9 MMP-9能够使主动脉壁的多种细胞外成分发生降解,其过量生成可导致主动脉壁弱化、血管病理性重构和剥离。Li等[9]收集了88例急性AD患者出现症状24 h内的血清MMP-9水平,并与性别、年龄匹配的88名健康对照者相比,急性AD患者血清中MMP-9水平明显高于健康对照者(P<0.001),应用MMP-9单独诊断急性AD时取279.47 ng/mL为最佳截断值,灵敏度为0.682,特异度为0.841。
1.1.4 MMP-12 MMP-12也被称为巨噬细胞金属弹性蛋白酶,能够分解许多细胞外基质成分,但最主要的底物是弹性蛋白。Song等[10]收集了12例A型AD患者与10名健康受试者的血清以及12份A型AD和4例冠心病患者的升主动脉组织样本,结果显示夹层组的MMP-12水平较健康对照组增加了12倍(P<0.05),且血清中MMP-12水平也明显高于组织(P<0.05)。同时发现使用MMP抑制剂可以抑制主动脉壁组织中MMP-12水平,提示MMP-12不仅可能成为诊断AD的指标,也可能作为主动脉损伤修复的治疗靶点。
1.2 转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)TGF-β作为一种信号分子可以和纤维蛋白-1结合,在大多数马方综合征患者中纤维蛋白-1的编码基因FBN1往往发生突变,从而导致TGF-β信号的过度传递,和主动脉细胞外基质降解有关[11]。有研究表明,主动脉直径较大、主动脉直径增加速度较快、既往有主动脉手术史和随访期发生急性主动脉事件的患者血清TGF-β水平升高[12]。这些研究表明TGF-β可能用于马方综合征患者的随访。Suzuki等[13]报道急性AD患者血清TGF-β水平升高,且Stanford A型较B型增加了2倍,表明TGF-β可能作为潜在的标志物用于识别急性AD。
1.3 可溶性弹性蛋白片段(soluble elastin fragments,sELAFs)弹性蛋白其主要功能是维持主动脉弹性,结构上弹性蛋白是以可溶性弹性蛋白片段为基本单位形成的高分子量蛋白[14]。Shinohara等[15]研究中,收集了25例A型AD患者、50例急性心肌梗死患者、474名健康者的血清sELAFs水平,发现与心肌梗死患者和健康者相比,AD患者的血清sELAFs水平升高2.4倍和2.0倍;AD患者总体灵敏度和特异度分别为0.640和0.998,有开放性或部分开放性假腔的急性AD患者sELAFs阳性率升高到88.9%,而早期闭合的患者sELAFs阳性率为0。故总体灵敏度较差的原因主要是由于假腔血栓形成使血液中sELAFs水平较低,这对临床中的诊断灵敏度可能产生较大影响。Longobardo等[16]招募了47例主动脉瓣二叶畸形患者,其中9例因主动脉扩张、直径增加过快且有AD家族史等原因接受了主动脉瓣置换手术,这9例主动脉受累严重的患者血清sELAFs水平高于另外38例主动脉受累不严重的患者(P<0.05)。
1.4 肌腱蛋白C(tenascin-C,TNC)作为一种细胞外基质糖蛋白,TNC由血管平滑肌细胞和成纤维细胞合成,TNC在外伤愈合、慢性炎症、癌细胞侵袭、胚胎发育等期间组织中表达增高[17]。有研究纳入57例急性AD、57例急性冠脉综合征患者和50名健康对照者,比较发现AD组TNC水平明显高于急性冠脉综合征组(P<0.05),TNC表达水平对急性AD诊断的灵敏度高达1.000,TNC表达水平诊断AD的特异度达0.983[18]。Guo等[19]通过收集109例急性AD患者(存活78例,死亡31例)的血清样本,排除了年龄、性别、高血压等基础疾病、吸烟等危险因素的干扰后,发现与存活组相比,死亡组TNC水平中位数(141.1 pg/mL比75.3 pg/mL,P<0.001)明显升高;并且血清TNC水平在发病12~24 h达到最高值,在24~48 h逐渐降至正常。该研究发现TNC(OR=1.038,95%CI:1.017~1.055,P<0.01)与院内死亡率显著相关,且TNC预测住院死亡率的特异度高于CRP,与D-二聚体相当,其灵敏度和特异度分别为0.839和0.833,表明TNC作为急性AD短期预后评估的潜在工具。在Nozato等[20]研究中,发现当B型急性AD住院第7天血清TNC升高可能预示着慢性期主动脉扩张的风险降低。
1.5 聚集蛋白聚糖(aggrecan,ACAN)ACAN是一种多模块蛋白多糖,在骨和软骨组成中占重要作用,目前有研究表明在正常人和AA型AD患者的主动脉组织中也存在ACAN[21]。Konig等[22]最新研究纳入了33例急性A型TAD患者,发现急性A型TAD患者血浆ACAN浓度(38.59 ng/mL,33例)相较于胸主动脉瘤(4.45 ng/mL,13例)、心肌梗死(11.77 ng/mL,18例)和健康者组(8.05 ng/mL,12名)均明显升高(均P<0.001);根据ROC曲线分析取14.3 ng/mL为最佳截断值,灵敏度为0.970,特异度为0.810,表明ACAN可能作为急性A型TAD患者可靠的潜在生物标志物。
平滑肌作为主动脉壁的重要组成,AD患者发生主动脉壁撕裂血液流入假腔时,可能会有一定量的平滑肌标志物进入血液循环。
2.1 平滑肌肌凝蛋白重链(smooth muscle myosin heavy chain,smMHC)smMHC在平滑肌细胞中含量丰富,在收缩机制中发挥了关键作用。在进一步研究中Suzuki等[23]收集95例AD的血浆smMHC水平,AD发病3 h内即可出现smMHC水平升高,取2.5 mg/L为最佳截断值,与131名健康者相比,灵敏度为0.909,特异度为0.980;与48例急性心肌梗死患者相比,特异度为0.830。该研究还发现检测对主动脉近端病变更加敏感。虽然发病后3 h smMHC的灵敏度很高,但在第2个3 h内从0.909下降到0.724,在6 h后则下降到只有30.3%[23],说明使用smMHC作为诊断标志物时,其时效性和病变位置非常重要。
2.2 肌酸激酶(creatine kinase,CK)CK是一种存在于线粒体和细胞质的酶,存在3种同工酶,即CK-MB(主要在心肌中)、CK-MM(主要在骨骼肌)和CK-BB(主要在大脑和平滑肌)。临床中已经使用血清总CK来监测器官损伤,一些同工酶还能检测心肌和骨骼肌的损伤。Riemenschneider等[24]发现AD患者(10例)的CK-BB水平较对照组(20例)平均增加7.8倍,在发病12 h达到最高值,然后在36 h内恢复正常。有研究检测了接受急诊手术的急性AD患者血清CK-MB,按照是否有急性冠状动脉受累所致的心肌损伤分组,结果显示发病4 h内心肌梗死组CK-MB升高患者占62%,且心肌梗死组的死亡率明显高于非心梗组,因此怀疑有心肌梗死的AD患者应尽快恢复冠脉灌注减少死亡率[25]。
2.3 钙调节蛋白钙调节蛋白参与调节肌凝蛋白-肌动蛋白的互相作用来控制平滑肌细胞的收缩,是一种功能类似于肌钙蛋白的平滑肌细胞蛋白。钙调节蛋白有3种异构体,分别是酸性、碱性和中性,其中碱性钙调节蛋白被认为在平滑肌中含量最丰富且有组织特异性[26]。Suzuki等[27]检测59例AD和158例非AD患者3种钙调节蛋白水平,发现中性钙调节蛋白在AD患者中并未升高,在A型AD患者最初6 h内,酸性和碱性钙调节蛋白分别升高超过了2倍和3倍,并升高持续至12 h。B型AD患者中,酸性和碱性钙调节蛋白仅在前6 h升高。最终结果表明,酸性钙调节蛋白可以在发病后的12 h检测急性AD,且对A型患者更敏感,碱性钙调节蛋白在发病后6 h诊断急性AD表现突出,这提示了钙调节蛋白作为AD诊断标志物的潜能。
2.4 内皮素内皮素最早被发现为一种血管收缩多肽,目前已有研究发现其参与了生理和细胞功能的许多方面[28]。作为一个多肽家族,包括了内皮素1、内皮素2和内皮素3。有研究发现在急性AD或已经破裂的主动脉瘤中内皮素1和内皮素2升高,死亡患者组中升高更为明显,提示内皮素可能作为预后评估的工具[29]。
3.1 D-D D-D是纤维蛋白降解的产物,它是由凝血酶、因子Ⅻa和纤溶酶作用于纤维蛋白而产生的,血浆D-D升高说明纤溶系统被激活。D-D的半衰期约8 h,在血栓形成的约2 h后即可被检测到[30]。D-D并不是凝血的特异性标志物,因为凝血通常和炎症之间关系密切,导致发生外伤、心肌梗死、恶性肿瘤、怀孕等情况时也会升高,使其诊断特异度并不高。Koch等[31]纳入了1 334例急诊患者(急性AD 22例,其他诊断1 312例),在最佳截断值为0.5 ng/mL时,D-D的灵敏度高达0.930以上,但同时特异度却接近0。当调整最佳截断值为4.6 mg/L时,可以获得对急性AD的特异度为0.950,但灵敏度降至0.500。现如今欧洲心脏病学会指南中已将D-D作为诊断AD的常规项目,凭借其高灵敏度,低水平D-D可以安全可靠排除急性AD,且在第1个小时内诊断价值最高[4]。已有许多研究证明,急性AD患者高水平血浆D-D浓度预示着更差的预后结果。Wu等[32]研究收集141例A型急性AD患者,根据预后分组,发现D-D>14.0 μg/mL是A型急性AD术后预后不良的早期危险因素,此时灵敏度和特异度分别为0.824和0.841(95%CI:0.731~0.903)。也有研究者根据患者术后半年是否死亡将319例AA型AD分为死亡组(76例)和存活组(243例),进一步提出联合肌酐清除率+血小板+中性粒细胞+D-D+纤维蛋白原降解产物≤4.36为预测AA型AD术后预后不良的最佳截断值,此时灵敏度为0.934,特异度为0.905[33]。
3.2 CRP CRP是一种在炎症急性期主要由肝脏产生的蛋白质,是一种应用广泛的炎症循环标志物。AD往往伴随着不同程度的炎症反应,血清CRP水平通常与AD的严重程度呈正相关[34]。CRP诊断AD中的价值似乎并不明确,其在诊断中的价值非常有限。Erdolu等[35]收集了118例接受Stanford A型手术的急性AD患者,根据住院期间是否死亡分为两组,死亡组入院时CRP水平高于存活组(P<0.01)。根据ROC曲线分析,取23 mg/L为最佳截断值时,CRP一定程度上能够预测住院死亡(AUC:0.879,P<0.01,灵敏度为0.750,特异度为0.580)。有研究在分析5项研究和711例患者的数据后,发现有2/3的院内结果评估和所有中期预后评估显示,CRP升高与死亡率呈正相关性,将治疗方法作为混杂变量纳入分析同样也证实了CRP升高会导致院内和中期不良结果增加[36]。
3.3 IL-6 IL-6是一种在感染和组织损伤时产生的炎症因子,可以介导单核细胞转化为巨噬细胞,在AD的发病机制中发挥重要作用[37]。有研究收集了19篇相关文章包括AD患者787例,发现Stanford A型急性AD患者循环IL-6水平高于健康对照组和高血压组(均P<0.05),且急性AD死亡组血浆IL-6水平高于存活组[38]。Ju等[39]开展的小鼠实验中发现,IL-6在急性AD血清中升高,在降低IL-6基因表达后,由血管紧张素II等介导的巨噬细胞产生减少,从而降低急性AD的发生率。Huang等[40]研究中纳入急性AD患者34例和高血压患者20例,急性AD组血清IL-6和IL-17水平均明显高于高血压组(均P<0.05)。IL-6升高可能提示急性AD,且可能预示较差的预后。
3.4 血小板血小板水平和凝血功能相关,已有研究表明在AD中血小板被异常消耗,导致出血风险增加[41]。Sbarouni等[42]报道AD患者(100例)相较于无并发症慢性动脉瘤患者(100例)和正常对照组(100例)PLT有所降低,平均血小板体积/PLT升高且与生存率呈负相关。在围术期患者的多因素logistic回归分析中,血小板分布宽度成为了死亡率的独立阴性预测因子(OR=0.38)。Chen等[43]对744例A型急性AD患者的资料进行分析,也证明了单独的PLT不能预测30 d住院死亡率(P>0.05),但PLT在结合淋巴细胞/中性粒细胞比率和淋巴细胞/单核细胞比率后可以得到强有力的预测因子组合(P<0.021)。在诊断方面,Beyan等[44]指出平均血小板体积可能对胸主动脉瘤的诊断并无帮助。
3.5 IL-10 IL-10是一种免疫调节细胞因子,能够抑制炎症从而保护组织免受过度破坏。Forrer等[45]发现单独应用IL-10可使AD诊断的灵敏度为0.55,特异为为0.98(最佳截断值:20 ng/mL),因此IL-10可能作为潜在的AD诊断标志物,其效果有可能优于D-D。该研究同时也发现IL-10结合D-D、高敏肌钙蛋白T、IL-6和纤溶酶原激活物抑制物1联合诊断急性AD的灵敏度达到0.830,特异度为0.950。
3.6 乳酸血清乳酸水平是临床中容易获得的数据,常用作为评估组织缺血和再灌注损伤的有效指标。王雪等[46]对259例行急性A型AD手术的患者进行了半年的随访,按照随访结束是否死亡分为死亡组59例和存活组200例,发现急性A型AD术后24 h乳酸水平和乳酸恢复正常水平需要的时间是影响长期预后的独立影响因素。
3.7 血清淀粉样蛋白A(serum amyloid A,SAA)SAA是HDL-C的一种特异性载脂蛋白,参与炎症反应。有研究检测了急性AD患者87例和正常对照组63名血清SAA水平,发现AD组血清SAA水平相较对照组明显提高(P<0.001),其最佳截断值取0.427 mg/L时灵敏度为0.908,特异度为0.937。对于预后,当SSA≥5.0 mg/L时,其对急性AD住院死亡率的预测灵敏度为0.739,特异度为0.625,被认为是独立危险因素[47]。
3.8 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞被认为是参与血栓形成的炎性细胞,作为急性缺血型卒中和ST段抬高心肌梗死的预后标志物[48]。Shao等[49]检测了183例A型AD患者血清中嗜酸性粒细胞比值(eosinophil percentage,EOS%),以0.1为界分为高EOS%组和低EOS%组,发现住院期间死亡患者的EOS%较存活患者明显降低(P<0.05),EOS%降低与住院死亡率升高显著相关。
3.9 中性粒细胞/淋巴细胞比值(neutrophil to lym‐phocyte ratio,NLR)NLR很容易从血常规检测中计算得到,两者都是常见的炎症标志物,在许多心血管疾病中都与不良预后有关[50],有研究收集AD患者194例和胸痛非AD患者273例的NLR值,AD组NLR值较非AD组明显升高,发现以2.43为最佳截断值,NLR比值灵敏度达到0.969;且NLR值是AD住院死亡率的独立危险因素,NLR≥9.2时对住院死亡率的预测灵敏度达到0.900以上,NLR与住院死亡率可能呈线性关系,同时特异度较低[51]。
4.1 利钠肽(NT-proBNP)NT-proBNP被公认为是心力衰竭有效的诊断和预后评估标志物,同时现有的研究发现A型急性AD患者的NT-proBNP升高预示着住院死亡率上升,并且提示NT-proBNP水平和主动脉内径呈正相关[52]。在联合使用NT-proBNP水平和主动脉内径用于预测住院时死亡率时拥有更高的灵敏度[53]。
4.2 生长刺激表达基因2蛋白(growth Stimulation ex‐pressed gene 2,ST2)血浆可溶性ST2是一种预测心力衰竭预后的标志物,现在也被发现在急性主动脉综合征(acute aortic syndrome,AAS)的诊断中发挥作用,Morello等[54]收集297例可疑AAS患者的数据,发现AAS患者(88例)血清ST2中位数相较于其余诊断患者(209例)明显上升(P<0.05),并给出不同最佳截断值的灵敏度和特异度分别为0.955和0.108(≥12 ng/mL)、0.841和0.297(≥23.7 ng/mL)、0.352和0.851(≥66.5 ng/L),提示血浆可溶性ST2可能有助于AD诊断。
5.1 microRNA(miRNA)miRNA是一种内源性的非编码RNA,可以在转录后调节基因的表达。人的血清中存在多种miRNA并对包括心血管疾病在内许多疾病的发生、发展起到关键调节作用。已有研究表明,和健康对照组相比,Stanford A型AD患者血清标本中miR-25(P<0.01,灵敏度为0.869,特异度为0.933)、miR-29a(P<0.01,灵敏度为0.933,特异度为0.933)和miR-155(P<0.05,灵敏度为0.733,特异度为0.867)显著升高,同时miR-26b(P<0.05,灵敏度为0.733,特异度为0.867)显著降低。有研究同时在高血压人群中将4种miRNA用于检测时,能将93.33%的Stanford A型AD患者和86.67%的健康对照组识别出来,故miR-25、miR-29a、miR-155和miR-26b可能作为Stanford A型AD诊断的新型生物标志物[55]。Dong等[56]研究发现,急性AD患者血浆miR-15a水平明显高于对照组(P<0.05,灵敏度0.757,特异度为0.825),同时和对照组中的胸痛患者相比,急性AD患者血清miRNA let-7b(P<0.05,灵敏度为0.794,特异度为0.929)、miR-15a(P<0.05,灵敏度为0.757,特异度为1.000)、miR-23a(P<0.05,灵敏度为0.919,特异度为0.857)和hcmv-miRUS33-5p(P<0.05,灵敏度0.735,特异度0.857)均显著提升,提示血浆中miR-15a和miR-23a在急性AD的诊断中有较好的价值。Su等[57]在分析AD样本和正常主动脉样本后发现,has-miR-93和has-miR-485-3p表达水平上升最明显(P<0.05)。另外研究发现,急性AD患者血中miR-663、miR518e、miR-451和miR-16的microRNAs水平均明显高于正常对照组,且miR-3682、miR-3196、miR-3162和miR-3131水平明显低于对照组[58]。当前已开展的小鼠实验发现,miR-21、miR-144-3p和miR-30a在发生AD的主动脉组织中显著高表达[59-66],miR-134-5p在发生AD的主动脉组织中显著低表达,相应实验也研究其在AD中可能的机制并提示这些miRNA作为诊断和治疗靶点的潜力[62]。Wang等[63]发现miR-107-5p在急性AD主动脉组织中高表达并能抑制急性AD的进展,有望成为治疗的新靶点。
5.2 长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)lncRNA通常有200个核苷酸长度,能在细胞核和细胞质中对转录和翻译起到重要的调节作用,且其表达具有组织特异性,已有许多研究发现lncRNA在心血管疾病的发生、发展中起到重要作用[64]。有研究发现和正常主动脉组织相比,TAD主动脉组织中lncRNA(ENSG00000269936)、lncRNA-XIST、lncRNA(ENSG-00000248508)、lncRNA(ENSG00000226530)和lncRNA(EG00000259719)表达均显著上升(均P<0.05),而ln‐cRNA-1421水平显著下降(P<0.05)[65]。lncRNAPTENP1是10号染色体上与磷酸酯酶和张力蛋白相关的假基因,和磷酸酯酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog,PTEN)存在内源性竞争关系,有研究发现lncRNA-PTENP1在AD主动脉组织中表达升高[66]。还有研究发现相较于正常主动脉组织,TAD主动脉组织中lncP2RX7、HIF1A-AS2、AX746823、RP11-69I8.3和RP11-536K7.5均显著升高(均P<0.01)[67],提示这些基因在TAD发病机制中可能发挥重要作用,且有可能作为诊断标志物的价值。Ren等[68]发现AD主动脉组织中lncRNA-H19异常高表达,动物实验证明其参与AD的发生、发展,表明其成为诊断标志物的潜能。
AD仍然威胁着人群生命健康,及时且准确诊断AD是当前面临的难题,相较于CTA、食管内超声等有创检查,血液生物标志物具有更易采集、可重复获取等优点,临床应用前景更加广泛。例如,在面对可疑AD的患者中,一些低水平的生物标志物(比如D-D)能够用于排除AD,而另外一些高水平的生物标志物能够及时提示AD或可能的预后分级,指导患者尽早接受影像学检查和进行早期干预。这种方法可以有效提高临床工作的效率,降低患者的风险和负担。目前新的标志物不断被发现,但许多生物标志物仍然停留在研究阶段,将其应用于临床工作仍然需要一段时间。