外周血线粒体DNA、生长分化因子-15 联合脑钠肽检测对心力衰竭的诊断价值

黎百志，李晓慧，张爱文

（承德医学院附属医院心脏内科，河北 承德 067000）

心力衰竭（heart failure，HF）是各种心血管病的严重表现或终末期，其特征是心脏无法泵出适量的血液来满足身体的需求[1]，全球约有2300 万人受HF 影响[2]。在我国由于人口老龄化的加剧等因素，导致我国HF 患病率呈持续升高趋势[3]。有数据显示[4]，HF 每年的总死亡率根据严重程度在10%～50%。目前，心衰指南推荐脑钠肽用于心衰筛查、诊断和鉴别诊断、病情严重程度和预后的评估，但受到如年龄、感染等多种因素的影响，使其敏感性和特异度下降[3]。由于HF 发生、发展机制十分复杂，涉及到炎症反应、代谢偏移、心肌损伤、纤维化和线粒体功能障碍等多个病理学基础[4]，因此已有针对其病理机制提出的多个新型的循环分子作为心力衰竭的生物标志物，包括生长分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）、半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）、线粒体DNA（mitochondrial DNA）等[5]。由于HF 发生、发展机制复杂，因此多种生物标志物联合使用比单一生物标志物更具参考价值[6]。本研究通过检测血清中GDF-15 水平及外周血mtDNA 联合脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP），探讨联合检测在HF 诊断中的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究通过承德医学院附属医院伦理委员会审核并批准，选取2019 年8 月-2020 年1月于承德医学院附属医院本部心脏内科住院的心力衰竭患者74 例作为试验组，按照纽约心功能分级（New York Heart Association，NYHA）：NYHAⅡ级患者10 例，NYHAⅢ级患者14 例，NYHAⅣ级患者50例。选取同期住院心功能正常患者75 例作为对照组。入选标准：①症状和/或体征（如劳力性呼吸困难、外周水肿等）；②射血分数降低（LVEF＜40%）；③脑钠肽升高（＞35 ng/ml）合并左心室肥厚或左心房扩大；④脑钠肽升高（＞35 ng/ml）合并心室舒张功能异常。其中满足第1 条加上其他任意1 条均可入选。具体参考2018 年中国心力衰竭诊断和治疗指南[3]。排除标准：心源性休克、严重感染、急性心肌梗死、肝衰竭、严重血液系统疾病、血液透析者、恶性肿瘤、线粒体相关疾病、代谢综合征、放化疗者、器官移植者、妊娠、哺乳以及近期重大手术史及外伤史等。

1.2 临床数据收集 收集入选对象的临床资料，包括性别、年龄、体重、身高、血压、既往病史、吸烟饮酒史、心功能分级、血常规、肾功能、肝功能、脑钠肽、心脏彩超等临床数据，并建立基线数据库。

1.3 血样本收集与处理 采集入选对象外周静脉血3 ml（入院后第2 天晨起），用离心机以3000 r/min离心15 min，收集上清液，用酶联免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）法测定血清GDF-15 因子水平。同时采集入选对象外周静脉血2 ml，应用实时RT-PCR 技术检测入选对象外周血mtDNA。

1.4 统计学方法 采用SPSS 25.0 统计软件。计量资料符合正态分布用（）表示，组间比较用t检验；偏态分布用[M（P25，P75）]表示，组间比较选择秩和检验。计数资料用[n（%）]表示，组间比较用χ2检验。多因素相关分析正态资料选用Pearson 相关性分析，偏态资料用Spearman 秩相关分析。应用受试者工作特征曲线（ROC 曲线）评估外周血mtDNA、GDF-15、BNP 及其联合检测评估其对HF 的诊断效能，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般临床资料比较 HF 组患糖尿病比例、现症吸烟比例及白细胞计数与对照组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；HF 组男性占比、年龄、患房颤患者占比均高于对照组，且HF 组左房内径、左室舒张末期前后径大于对照组，肌酐、尿酸、尿素氮、BNP、GDF-15 水平高于对照组，总蛋白、mtDNA 低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组一般临床资料比较

2.2 不同心功能分级患者BNP、GDF-15、mtDNA 水平比较 随着心功能分级增加，血清BNP、GDF-15水平逐渐升高，外周血mtDNA 含量逐渐下降，见表2。

表2 不同心功能分级患者血清BNP、GDF-15 及外周血mtDNA 水平比较[M（P25，P75）]

2.3 单因素Logistic 回归分析结果 年龄、左心室收缩末期前后径增大，RDW、BUN、BNP 升高是心衰患者的独立预测因子，见表3。

表3 单因素回归分析心力衰竭患者的危险因素

2.4 多因素回归分析结果 多因素回归分析显示，BNP、GDF-15、mtDNA 仍是心衰的独立危险因素（P＜0.05），见表4。

表4 多因素回归分析结果

2.5 GDF-15 与临床指标的相关性分析 心衰患者血清GDF-15 水平与年龄、BNP、左室舒张末期前后径呈正相关，与射血分数、mtDNA 呈负相关，见表5。

表5 GDF-15 与临床指标的相关性分析结果

2.6 mtDNA 与临床指标的相关性分析 心衰患者外周血mtDNA 含量与射血分数呈正相关，与年龄、左室舒张末期前后径、BNP、GDF-15 呈负相关，见表6。

表6 mtDNA 与临床指标的相关性分析结果

2.7 血清BNP、GDF-15、mtDNA 及其联合检测对心衰诊断能力的评估 血清BNP、GDF-15、mtDNA的联合检测较单一因子对心衰的诊断能力更高，见表7、图1。

图1 BNP、GDF-15、mtDNA 及其联合检测诊断心衰的ROC 曲线

表7 血清BNP、GDF-15、mtDNA 及其联合检测对心衰诊断能力的评估

3 讨论

心力衰竭是以心室重构、神经内分泌系统紊乱和外周血分布异常为特征的各种心血管疾病的终末期[2]，是导致全球疾病发病率和死亡率增加的主要疾病之一。据估计诊断HF 后，有一半的患者存活不足5 年。在过去的几十年中，由于对各种心血管疾病的诊疗水平的提升，导致因HF 住院的患者急剧上升，HF 带来的社会负担逐渐增加，因此尽早识别及准确诊断HF 是十分必要的。BNP 被视为HF 诊断和预后的主要生物标志物，但其受年龄、肾功能、炎症等多种因素影响，使其诊断效能、敏感性、特异度下降[3]。由于HF 的发生发展涉及到炎症反应、纤维化、能量代谢等，因此从其机制出发，提出了许多循环分子作为HF 的生物标志物，尽管存在一些争议，但一些循环分子已被越来越多地视为诊断及风险预测的工具。近年来，GDF-15 作为一种新的因子，在心力衰竭中的作用中被广泛讨论。GDF-15 是一种与重塑、氧化应激和炎症相关的生物标志物，已用于对HF 患者进行分层[7]，但是目前对HF 诊断价值方面的研究相对于其对预后方面的研究相对较少。心脏是一个高耗能的器官，其能量的90%由心肌线粒体氧化供能，所以线粒体的损伤或者功能障碍将会导致HF 的发生和发展。因此反映线粒体功能障碍的新标记物可能有助于心血管疾病患者的诊断并开发新的治疗策略[8]。

本研究通过检测血清中GDF-15 的含量及外周血mtDNA 的表达，联合传统HF 标志物BNP，探讨其对HF 的诊断效能。结果发现，HF 患者血清GDF-15 水平较非HF 患者升高，HF 患者外周血mtDNA的表达下降，GDF-15、mtDNA 联合BNP 较单一的因子可提高HF 的诊断效能以及特异度。

心血管疾病是GDF-15 产生的主要来源，其血浆浓度与心血管疾病密切相关。GDF-15 是一种抑制心肌肥大、细胞凋亡和心肌重塑的心脏保护性细胞因子，其血浆水平可间接反映心脏重构和纤维化程度[9]。有研究发现[10]，将GDF-15 添加到多生物标志物之中，可提高对HF 患者预后的预测，并且优于常规风险评分。另有研究表明，血清GDF-15 浓度与心血管死亡和心力衰竭患者死亡风险有关[11]，是心力衰竭患者全因死亡率的独立预测因子[12]，可用于心力衰竭患者的风险分层及预后评估及HF 的早期诊断[13]。同时Li J等[14]的研究表明，GDF-15 联合NT-proBNP 可显著提高HF 诊断的准确性，并且可早期识别高危患者，提高急性心力衰竭远期预后的预测价值[15]。本研究结果显示，GDF-15 水平与LVEF 呈负相关，与LVEDD 呈正相关，这与Li J等[14]的研究结果一致。此外，研究结果显示随着心功能的恶化和分期的进展，HF 患者的GDF-15 水平高于对照组，并且与对照组之间的差异逐渐增大，这间接地证明GDF-15 在HF 中的价值。本研究还显示在二元Logistic 回归分析中，在调整了性别、年龄、是否合并房颤等混杂因素后，GDF-15 仍是HF 的独立危险因素。在ROC 曲线分析中显示与单独的BNP比较，将GDF-15 与BNP 联合使用在诊断效能不变的情况下，可显著提高HF 诊断的特异度。

心脏是一个高耗能的器官，心脏功能障碍的发生与进展与心脏能量代谢的变化有关，线粒体几乎承担了心肌细胞的所有能量供应。线粒体在多种细胞功能中起着核心作用，包括氧化能的产生，钙离子的储存和程序性细胞死亡。与核DNA 比较，由于mtDNA 的染色质结构、缺乏组蛋白的保护及修复机制的效率较低等原因，使得mtDNA 更容易受到损伤。在所有的细胞类型中，心肌细胞内的线粒体含量为最高，如果线粒体功能出现失调，则会导致心肌的收缩和舒张功能下降，促进HF 的发生及发展。有研究表明[9]，HF 患者外周血中的mtDNA 含量与心肌组织之间呈正相关。另有研究证实[16]，在有症状的HF 患者中，与健康对照组比较，在心肌组织以及外周血细胞中发现mtDNA 含量降低，尤其是晚期心衰。本研究通过检测外周血mtDNA 含量，结果显示HF 患者外周血mtDNA 含量显著下降，mtDNA 拷贝数耗尽是HF 的独立危险因素，这与Huang J等[17]的研究结果一致，并且随着心功能的下降，HF 患者外周血mtDNA 含量与对照组之间的差距逐渐增大，间接证明其在HF 中的价值。在相关性分析中，mtDNA含量与LVEDD 等呈负相关，与LVEF 呈正相关。二元Logistic 回归分析中，在调整了性别、年龄、是否合并房颤等混杂因素后，外周血mtDNA 下降仍显示是HF 的独立危险因素。通过ROC 曲线分析显示，mtDNA 的特异度在3 个因子中最高，但是其敏感性欠佳。与单独的BNP 比较，将mtDNA 与BNP 联合使用可提高HF 的诊断效能，并且在敏感性不变的情况下，其对HF 诊断的特异度显著提高。

本研究的局限性：本研究是单中心研究，研究样本量较少，导致发生偏倚的可能性增大。患者在入院后第2 天抽血，在经过入院治疗后（如利尿剂等）可能会导致血中的mtDNA、GDF-15 水平较刚入院时发生变化，导致结果出现偏倚。本实验亦未证明HF患者的mtDNA 下降是导致HF 的原因，还是HF 导致了mtDNA 的下降，目前亦无明确的研究加以揭示其中的机制。

综上所述，HF 患者的血清GDF-15 含量升高，外周血mtDNA 的含量下降，随着心功能的下降，其含量与对照组之间的差距逐渐增大。在BNP、GDF-15、mtDNA 因子中，BNP 对HF 的诊断效能最高，mtDNA 对HF 的诊断特异度最高。与单一因子比较，BNP、GDF-15、mtDNA 联合检测可以提高对HF 的诊断效能及特异度。