新型生物学标志物在心力衰竭患者中的临床意义

薛艳 余惠珍 朱鹏立

心力衰竭(heart failure， HF)是大多数心脏疾病的终末阶段，涉及多种病理生理学的作用机制，主要包括心室重构、神经内分泌系统激活、炎症反应及氧化应激等。 其发病率、病死率、反复住院率高，严重影响生活质量。 及时诊断、规范的治疗及长期预防有助于延缓HF 的发展、改善预后。 生物学标志物能够反映HF 病理发展过程中不同程度及不同方面的变化，有助于其早期诊断、危险分层、指导治疗、高危人群筛查及评估进展。 本文就近年来HF 的生物学标志物在临床诊断、风险评估、指导治疗、预后评价方面作一综述。

1.心脏负荷相关标志物(B 型利钠肽与N 末端B 型利钠肽原)

B 型利钠肽(BNP)主要由心室分泌，是具有利钠利尿作用的多肽。 HF 时随着心腔内压力负荷和(或)容量负荷的增加，室壁张力增高，促进心室肌细胞分泌pre-proBNP，随后形成proBNP，其无活性的N 端片段(NT-proBNP) 在内切酶的作用下被分离，释放具有生物学活性的BNP[1]。 BNP 主要与A 型受体结合产生生物学活性，引起血管扩张、利尿、抑制心肌肥厚和纤维化、抑制交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统等多种生物学作用。 当心脏压力或容量负荷增加，血浆BNP 和NT-proBNP 水平明显升高，其中NT-proBNP 水平升高较BNP 显著，且半衰期长，更稳定[1]。 BNP 及NTproBNP 的测定已被广泛应用于临床上HF 诊断、严重程度及不良事件的评估。 在2017 ACC / AHA / HFSA 心力衰竭管理指南[2]及2018 年中国心力衰竭诊治指南[3]中，将BNP 和NT-proBNP 用于诊断和鉴别诊断，为ⅠA 类推荐证据。 2016年ESC 心力衰竭诊治指南[4]则更强调BNP 的切点用于排除CHF，用于诊断的推荐级别为Ⅱa 类C 级，用于鉴别AHF 与非心源性呼吸困难为ⅠA 类推荐证据。 美国心力衰竭指南[2]及中国心力衰竭指南[3]均推荐这两项利钠肽类用于高危人群筛查，推荐级别为Ⅱa 类B 级。 对急慢性心力衰竭病情严重程度及预后评估在美国心力衰竭管理指南[2](Ⅰ，A)、中国心力衰竭诊治指南[3](Ⅰ，A)及ESC 心力衰竭诊治指南[4](Ⅱa，C)均得到推荐。 出院前这两型利钠肽检测对出院后的心血管事件风险评估在中国心力衰竭指南[3]为ⅠB类，在美国心力衰竭指南[2]为Ⅱa 类B 级推荐。 虽BNP/NTproBNP 指导治疗心力衰竭对预后的影响还存在争议[5-6]，但目前临床医生仍将其应用于指导和观察心力衰竭治疗。 紧急情况下，利钠肽类生物标志物的敏感性高于特异性，低水平可排除HF。 但血浆BNP 和NT-proBNP 水平升高受到很多心源性及非心源性因素影响，如急性冠状动脉综合征、心脏瓣膜病、心房颤动、肺动脉高压、缺血性卒中、老龄、肾功能不全、慢性阻塞性肺病等均可导致其升高[2]，而在肥胖、终末期HF 或一过性肺水肿时则可能低于预期值[4]，因此其临床应用存在局限性，需结合病史分析。 研究显示NT-proBNP 联合尿酸可提高对老年心力衰竭患者近期心力衰竭再入院或死亡风险的预测[7]。 近来有研究联合使用BNP/NT-proBNP与新型生物标志物Gal-3、sST2、GDF-15、Micro-RNA 等，发现可提高心力衰竭诊断的准确性及风险预测能力，将在下文中详述。

2.心肌损伤相关标志物(肌钙蛋白cardiac troponin，cTn)

包括cTnT 和cTnI，其测定用于评价心肌坏死、损伤的严重程度，特异性和敏感性均较高。 HF 患者氧供不足导致心内膜下心肌缺血，心肌细胞持续损伤及坏死，血清中cTn 水平可持续升高。 cTn 水平对HF 的诊断与指导治疗价值不高，但可用于评估其严重程度和预后。 高敏cTn(hs-cTn)比cTn 更敏感，能更好地评价预后及死亡风险[8]。 研究发现AHF 患者hs-cTn 水平越高，Killip 分级越高[9]。 另一项研究显示入院时hs-cTnT 与NT-proBNP 均可独立预测AHF 患者2 年内全因死亡风险[10]。 对门诊HFpEF 患者研究发现hscTnI 水平与NT-proBNP 相关，hs-cTnI 升高患者心血管死亡或HF 住院的风险升高[11]。 荟萃分析显示hs-cTnT 与NTproBNP 均是CHF 不良心脏事件的独立预测因子，hs-cTnT 的风险预测能力强于NT-proBNP[12-13]。 另外有荟萃分析发现在HF 高危人群中，高水平cTn 人群HF 发生率高，BNP 与cTn 均与新发HF 强相关，且cTn 与BNP 联合可提高HF 高危人群筛查的能力[14]。 因此，检测cTn 不仅能及早筛选高危人群、评估病情，还可预测不同类型HF 患者不良心血管事件发生风险，且预测能力可能优于NT-proBNP，通过积极干预，降低患者病死率。 2017 年美国心力衰竭管理指南[2]及中国心力衰竭诊治指南[3]均推荐入院时cTn 用于AHF 的预后评估(Ⅰ，A)，美国心力衰竭管理指南[2]还推荐cTn 作为附加CHF 危险分层信息(Ⅱb，B)。

3.心肌纤维化相关标志物

(1)可溶性基质裂解素2(soluble suppression of tumorigenicity 2，sST2) 基质裂解素2(ST2)是IL-1 受体家族成员一员，包括跨膜性(ST2L)和可溶性(sST2)两种亚型，表达于心肌细胞，反映心室壁应力，二者均为IL-33 的受体。 ST2L 与IL-33 相互作用可减轻心肌肥厚和心肌纤维化而发挥心肌保护作用；而sST2 作为IL-33 的竞争性受体，竞争性结合IL-33，从而阻碍了IL-33 与ST2L 结合，促进心肌肥厚、纤维化和心室功能障碍[15]。 当心肌受到机械应力牵拉后，血清sST2升高，从而促进心室重构，加快HF 进展。 研究显示HF 患者BNP、CK-MB、sST2 和半乳糖凝集素-3(Gal-3)水平均明显升高，CK-MB、sST2 和Gal-3 诊断HF 能力中等，BNP 优于前三者，将四个标志物组合后诊断能力更优，灵敏度与特异度分别为91.5%和96.7%[16]。 表明sST2 在HF 诊断具有一定的价值，但联合其他标志物可能是更好的诊断方法。 有研究发现sST2 升高与门诊HFrEF 患者NYHA 分级差独立相关[17]。提示sST2 水平与心力衰竭严重程度有关。 研究证实sST2 具有HF 风险及预后预测价值。 心肌梗死后患者sST2 水平升高与HF 发生及死亡风险升高相关[18]。 荟萃分析显示sST2是门诊CHF 患者心血管死亡与全因死亡的预测因子[19]。 在随访CHF 患者6 年发现， BNP、sST2、Gal-3 升高均与病死率相关，ROC 曲线提示三者均是CHF 不良结局的预测因子；联合sST2 与Gal-3 可提高预测远期死亡风险的能力，Gal-3 与BNP 组合或三种标志物组合可提高近期死亡风险预测能力[20]。 AHF 患者随访6 个月全因死亡或HF 再入院发现，sST2 可预测HFrEF 患者不良预后，sST2 与BNP 联合提高HF(包括HFpEF 与HFrEF)风险评估准确性[21]。 此外，与其他生物标志物如利钠肽相比，sST2 的浓度不受年龄、体质量指数、肾功能及心脏瓣膜病的影响。 上述结果显示，sST2 联合其他指标可提高HF 诊断准确性，还可提高死亡风险预测能力；其水平与HF 严重程度有关，可作为危险分层指标，评估急慢性HF 的死亡或再入院的风险。 2017 美国心力衰竭管理指南[2]推荐sST2 可附加CHF 危险分层信息(Ⅱb，B)。

(2)半乳糖凝集素-3(galectin-3，Gal-3) Gal-3 是半乳糖凝集素家族的成员，是由活化的巨噬细胞产生的一种糖蛋白，能介导纤维母细胞活化和巨噬细胞浸润，导致胶原沉积及成纤维细胞增生，参与纤维化及炎症反应。 研究显示BNP在HF 诊断方面优于Gal-3，而Gal-3 联合其他指标可提高诊断敏感性与特异性[16]。 有研究发现Gal-3 水平随着HF 严重程度的增加而明显增加，重度HF 患者接受左室辅助装置治疗6 个月后，Gal-3 水平明显下降，提示Gal-3 与HF 的进展及严重程度有关[22]。 最近的一项研究表明Gal-3 是心梗患者死亡与发生HF 风险的预测因子[13]。 TRIUMPH 队列研究[24]表明Gal-3 动态变化是AHF 全因死亡与HF 再入院的强有力的预测指标。 另一项研究提示，Gal-3 与NT-proBNP在诊断HFpEF 上优于sST2，Gal-3 与1 年的心血管死亡及HF再入院有强相关[25]。 宾夕法尼亚心力衰竭研究[26]发现，Gal-3 水平与门诊CHF 患者不良结局(包括全因死亡，心脏移植或心室辅助装置放置)之间显著相关，亚组分析显示Gal-3 与HFpEF 患者不良结局相关更为明显；Gal-3 是HFpEF 患者最准确的5 年风险预测因子，但BNP 预测HFrEF 风险最准确。 提示Gal-3 可能对HF，特别是HFpEF患者长期事件具有重要的预后价值。 目前认为Gal-3 可协助HF 诊断，其浓度与HF 严重程度有关，可作为心肌梗死患者发生HF 的风险评估，特别对HFpEF 长期不良事件的评估具有提示意义，但不单独应用于诊断心力衰竭患者。 2017 年美国心力衰竭管理指南[2]推荐Gal-3 可附加CHF 危险分层信息(Ⅱb，B)。

4.炎症相关标志物(生长分化因子-15)

生长分化因子-15 (growth differentiationfactor-15，GDF-15)是一种应激反应细胞因子，是转化生长因子(TGF)-β 超家族的成员，可在巨噬细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞等多种细胞及组织中表达，参与氧化应激和炎症反应。GDF-15 除在糖尿病、炎症、癌症和肾功能下降时表达上调，其水平的升高也与心血管疾病有关，如HF、动脉粥样硬化和内皮功能障碍[27]。 研究发现HF 患者血浆GDF-15 随着NYHA 级别的升高而升高， ROC 曲线提示GDF-15 与NTproBNP 联合诊断HF 优于NT-proBNP[28]。 PARADIGM-HF试验[29]发现门诊HFrEF 患者GDF-15 升高，且与糖尿病、年龄、肌酐、hs-cTnT、NT-proBNP 及NYHA 分级III/IV 级相关；随访8 个月发现GDF-15 动态变化可预测死亡及再入院风险。 荟萃分析提示GDF-15 水平升高与心力衰竭患者不良预后(全因死亡或心血管死亡)有关[30]。 最近的一项研究随访AHF 患者1 年全因死亡风险，发现死亡组GDF-15 与NTproBNP 水平均高于生存组，ROC 曲线提示GDF-15 预测全因死亡风险的能力不劣于NT-proBNP，且二者结合可提高预测能力[31]。 另一研究发现GDF-15 升高与AHF 患者2 年全因病死率独立相关，出院时GDF-15 与BNP 均升高患者的2 年死亡风险为出院时指标正常者的4 倍[32]。 HF-ACTION 试验[33]发现， GDF-15 高三分位数组年龄更大、并发症更多、NT-proBNP、hs-TnT、NYHA 分级均更高，中位随访32 个月，GDF-15 可预测全因死亡、再入院、心血管死亡或心力衰竭再入院风险。 总之，联合使用GDF-15 和NT-proBNP 标志物可提高HF 的诊断准确性， GDF-15 浓度可能与HF 严重程度有关，可作为预测急性、慢性HF 死亡风险、不良预后及风险评估的指标。

5.微小核糖核酸(microribonucleic acids， miRNAs)

MiRNAs 是一类高度保守的短链非编码RNA 序列，可特异性识别和结合靶mRNA 3’非编码区，调节转录后水平的基因表达。 而外周血miRNAs(Circulating MicroRNA)存在且稳定，目前认为是冠状动脉疾病、心肌梗死、高血压、糖尿病、HF 的潜在生物学标志物。 迄今为止，HF 患者已检测到多种外周血miRNAs 水平发生变化。 一项来自新加坡与新西兰的队列研究发现CHF 患者外周血中94 种miRNAs 水平改变，其中12 种既往研究已证实，miR-125a-5p、miR-423-5p、miR-30a-5p、miR-21-5p、miR-22-3p 水 平 上 调，miR-30c-5p、miR-103a-3p、miR-30b-5p、miR-191-5p、miR-150-5p、 miR-454-3p、miR-500a-5 水平下调；优化选择8 种miRNA 组合诊断HF的AUC 值0.96，特异度0.88，准确度0.89，还可协助鉴别HFpEF 与HFrEF；NT-proBNP 与多个miRNA 联合诊断HF 的AUC 值0.99，特异度0.99，准确度0.93，高于NT-proBNP[34]。说明miRNAs 联合NT-proBNP 可提高HF 诊断的特异性和准确性。 一项检测AHF 患者外周血miRNA-302 家族的研究发现，除miR-302 外，其他miR-302 s 均明显升高，其中miR-302b-3p 对AHF 诊断价值最大，联合NT-proBNP 与miR-302b-3P 可提高诊断的准确性；而且发现miR-302 s 与心力衰竭严重程度有关[35]。 来自GISSI-HF 试验的CHF 患者，miR-132 水平随HF 的严重程度而升高，研究提示miR-132 可预测心血管死亡及HF 再入院风险[36]。 一项有关AHF 患者的前瞻性队列研究，随访1 年发现重复测量血miR-1306-5p 升高与终点事件(全因死亡与心力衰竭再入院)发生呈正相关；血miR-320a、miR-378a-3p、miR-423-5p 和miR-1254 与主要终点也存在关联[37]。 总之，不同的外周血miRNAs 在急性、慢性HF 时或升高或降低，可协助HF 诊断及鉴别HFpEF 与HFrEF，有望成为诊断、评估预后、风险预测的一种新型生物学标志物。

表1 生物学标志物在心力衰竭病理生理过程的作用及临床意义

6.小结

有关心力衰竭的不同生物学标志物对于临床实践意义不同。 目前BNP、NT-proBNP 仍然是HF 诊断和风险预测最重要的生物标志物，但用于指导治疗对预后的价值仍有争议。 cTn 可作为潜在的风险预测因子，可用于心力衰竭高危人群筛查。 在临床实践中尚未常规使用新型生物学标志物，包括sST2、Gal-3、GDP-15 和miRNA，尚不能单独用于HF 诊断，但有助于HF 的危险分层及预后评估。 此外，H-FABP、MR-proANP 在诊断及预后中具有一定的价值。 联合使用多种生物标志物可提高HF 诊断的准确性并改善危险分层，但还需进一步的研究来确定用于HF 管理的最佳生物学标志物组合(表1)。