心力衰竭生物标志物研究的进展

心力衰竭生物标志物研究的进展王继贵中南大学湘雅二医院心力衰竭(HF)的定义是心脏无力泵足够的血液通过循环到达周围组织，或仅在增加灌注压才能达到时。HF的主要原因包括：冠状动脉疾病、心肌梗死、高血压、肥胖、心脏瓣膜疾病、代谢异常如糖尿病以及心脏结构和功能的遗传缺陷。1概况HF是一种蹂躏性疾病，在老年人群中流行率逐年增加，据报告，该病的流行在—般人群中为3～20‰，在年龄65岁的病人中高达100‰。HF死亡率高，财政花费大，在诊断后有85％男性和65％女性将在6年内死亡；在出院病人中，重新接纳住院率在6个月内是55％。1.1HF的临床方面HF是—种复杂的临床综合征，其表现为心脏输出量降低及肺和／或全身充血的信号和症状。HF的症状包括疲劳、咳嗽、夜尿症、运动性呼吸困难、端坐呼吸、阵发性夜间呼吸困难及喘呜。左心室功能和神经激素调节异常是这种状况的主要特征。仅根据病人的病史和体检可能不能提供决定性诊断，额外的检查像胸部放射摄片、回波心电图、全血细胞计数、生化、尿分析、心电图及甲状腺刺激素测定被用于帮助诊断。1.2HF的分级纽约心脏病协会(NYHA)基于促使症状出现的体力活动程度，已发展了四级分类系统：Ⅰ级：病人有疲劳，或仅在费力活动时，即有呼吸困难。Ⅱ级：病人中度活动即有这些症状。Ⅲ级：病人日常生活活动，即出现症状。Ⅳ级：个体在休息时即有症状。虽然这个分类己广泛用于对HF的诊断和治疗评估，但从根本上讲，它是—个主观的手段。美国心脏病学会和美国心脏病协会基于HF的进展和治疗策略，推荐了新的分类方案：PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建阶段：病人处于发展成HF的高度危险状态，但是心脏不显示任何明显结构异常。疾病B阶段：病人心脏有结构异常，但没有症状。疾病C阶段：病人有心脏结构异常，当前或早先就有HF症状。疾病D阶段：对标准治疗难以控制的、有终末期HF症状的个体。HF病理生理复杂，表现各异，以致发展生物学标志物的兴趣日益增加，以预测易感性及帮助早期诊断和治疗这种疾病，生物标志物对于无症状的或较少症状的HF病人的早期诊断和预后可能是有用的，通过定期预防及治疗干预能改善病人的后果。当前研究最多的生物标志物有以下几类。2在正常内环境稳定时自心脏释放的标志物：钠尿肽二十世纪五十年代中期，大量的科学研究表明心脏是一个内分泌器官。Hisch及其同事首先在豚鼠的心房中发现了分泌颗粒。1981年deBold在鼠的心房中发现了具有利钠利尿作用的物质，并证实有血管舒张的性质，称之为心房钠尿肽(arialnatriureticpeptide，ANP)，也叫A型钠尿肽。几年后，Sudoh等自猪脑中分离出另一种具有利钠利尿作用的肽，它的性质类似于ANP，命名为脑钠尿肽(brainnatriureticpeptideBNP)，又叫B型钠尿肽。随后的研究表明，BNP的主要分泌部位在心室，它在血中的浓度大约是循环ANP浓度的1/6。1990年Sudoh等自猪脑中发现C型钠尿肽(CNP)，它主要分布于中枢神经系统和血管内皮组织。而Urodilatin(尿舒张肽)是钠尿肽家族的另一个成员，是一种含32个氨基酸的独特的ProANP片断，由肾脏产生分泌入尿，作为—种旁分泌因子。CNP和Urodilatin两者都没有促尿钠排泄的性质。不同钠尿肽激素原前体由不同基因编码，表达调控和组织分布也不相同，但它们有一个共同的结构特征：由17个氨基酸通过两个半胱氨酸残基之间二硫键连接构成环状结构，这个环状结构在不同的钠尿肽之间具有高度的同源性，在两个半胱氨酸分子之间有11个氨基酸的定位是相同的，并且对于受体识别和生物学功能是必不可少的。钠尿肽通过与三种钠尿肽受体(natriueticpeptidereceptors，NPR)结合发挥生物学作用。这三种受体分别是NPRA、NPRB和PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建，均已克隆出。NPRA是最丰富的受体型，位于脂肪组织、肾上腺、肺及主动脉。NPRB以高浓度在子宫、卵巢、肺和脑中产生。而NPRC在心房和肾上腺产生。ANP和BNP两者都可结合到NPRA上，发挥它们的促尿钠排泄、血管舒张以及经由第二信使cGMP抑制肾素效应。所有三种肽通过结合到NPRC上，随后通过溶酶体以及神经内肽酶(NEP)的作用胞吞和变性而清除。2.1正常生理时的钠尿肽早在deBold等在哺乳动物心房发现ANP之前，已怀疑心房细胞有分泌功能，因为它们含颗粒性物质。给麻醉动物注射心房抽提物，发现肾钠及氯化物和尿量排泄增加，此为发现ANP的阶段。ANP最初以preproANP的形式合成，含151个氨基酸，在转运过程中25个氨基酸的信号肽被切去后成为含126个氨基酸的ProANP，贮存在心房颗粒中。在心房细胞颗粒中，通过对心房扩张起反应的膜蛋白酶，将ProANP1126肽裂解，生成N末端proANP198和ANP99126，为含28个氨基酸的ANP，是其活性形式。碎片ProANP198经由其他的蛋白酶水解生成多种短肽proANP7998、proANP130及proANP3167。已有报告用各种免疫试验可测定血浆中这些短肽的浓度。其生理浓度平均值(SD)：ProANP3167最高为1422(790)pmol／L，接着是ProANP198为731(628)Pmol／L，ProANP130为708(251)pmol／L，而ANP为5.6(3.6)pmol／L。BNP基因首先编码出含134个氨基酸的PreproBNP，贮存于心房或心室的心肌颗粒中。PreproBNP在切去N端26个氨基酸的信号肽后，生成含108个氨基酸的ProBNP，之后可进一步被内肽酶裂解为N端含76个氨基酸的NTPROBNP和C端含32个氨基酸有激素活性的BNP。ProBNP、NTproBNP及BNP三者共存于血浆之中。2.2钠尿肽作为HF的生物标志物几个研究已评价了ANP、BNP以及它们的相关对应物在HF诊断中作为生物标志物的潜在临床用途。在Cody等的早期研究中评价了HF时ANP的血浆浓度，在70例健康个体中，平均值(SD)为11(0.9)Pmol／L;31例HF病人则为71(9.9)pmol／L。Bay等最近在一组经选择的连续住院病人中评价了PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建是否能鉴别正常及左心室射血分数减少的病人。在已证实有左心室射血分数减少的病人中，这个生物标志物的阴性预测值是98％。BNP也显示是舒张期异常的一个标志物，血中BNP值62ng／L，其敏感度为85％，特异性83％，检测舒张期功能不全的准确性是84％。在—项涉及2525例个体的大型试验中，血浆BNP浓度80ng／L的病人中，在缺血症状发作后几天最可能复发心肌梗死、进行性HF或死亡。在这些病人中，10个月死亡率至少比BNP值80ng／L的病人高三倍。因此，ANP和BNP在HF的诊断和预后中有潜在的用途，此外，在评价心肌梗死和心力衰竭病人的危险因素及预测后果中，BNP也显示是有用的。当前，己发展了几个免疫试验，包括RIA、酶免疫试验、ELISA及IRMA用于检测和定量钠尿肽及其碎片、许多制造商正在研制适合自动分析仪上的试验方法。但是，迄今为止，尚无报告有组织企图对测定钠尿肽的各种试验方法进行标准化，所测定的是哪一种碎片，生物学上是有活性或无活性的肽，各种碎片清除率的差别，及对生理刺激反应时它们释放的差别，血液收集后血浆中的蛋白酶对钠尿肽的降解，以及适宜的标本贮存条件。结果报告单位的统一问题，不同类型的钠尿肽有不同的临床敏感度和特异性等问题需要经过严格地评价。3在别处产生的作用于心脏的标志物哺乳动物强心类固醇是由一个在心血管组织中影响离子转运的独立腺体分泌的配体，可能有助于涉及HF过程的分子活动。哺乳动物强心类固醇(卡西内酯)是内源性化合物的一个家族，在结构和功能上与从植物得到的洋地黄属或哇巴因化合物或在两栖动物中发现的化合物(如蟾蜍二烯羟酸内酯)类似。这里重点讨论地高辛样免疫反应因子(DLIF)及哇巴因样因子(OLF)作为由源性配体的例子。它涉及在心血管内环境稳定。也应注意到，蟾蜍二烯羟酸内酯作为尿钠排泄和血压的内源性调节剂，也显示是有希望的。这些化合物由肾上腺(DLIF及OLF)和下丘脑(OLF)大量合成和分泌，进入循环。3.1在心血管内环境稳定中哺乳动物的卡烯内酯通常，DLIF与洋地黄属的类似性使得它们作为内源性配体调节心脏活动，受到特别的重视。已有报告，在各种病理情况下，如肾衰、PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建肝衰、高血压及HF时，以及在生理情况下，如妊娠时，卡烯内酯(DLIF及OLF两者)浓度增加，这些情况的共同特征是血容量过多。在HF时，卡烯内酯的血浆浓度增加达正常值的10倍。不过，在它们被用作HF的生物标志物时，应当考虑到这些化合物在血浆容量过多时亦增加。3.2哺乳动物卡烯内酯作为HF的生物标志物许多不同的抗体已用作测定哺乳动物血浆中卡烯酯浓度。这里列举的报告显示健康个体或病人血浆中这些因子的浓度存在较大的变异，但是在HF时其浓度增加是定向的一致。Lin等测定健康个体血中OLF浓度平均值(SE)为53(5)ng／L(用多克隆抗体测定)和48(7)ng／L(用单克隆抗体测定)：用多克隆抗体测定DLIF的平均值(SE)为312(94)ng／L。Liu等用RIA法测定了50例诊断有HF的病人及39例对照个体血浆DLIF浓度，健康个体平均值(SE)为23.3(2.2)ng／L，NYHAIV级HF病人为295(67.4)ng／L，与Lin的报告有很大的差别。在内源性卡烯内酯能用作HF的诊断或预后标志物之前，还有许多问题有待解决。它包括用在临床研究中的各种抗体同内源性因子交叉反应的变异性、在血浆中蛋白质结合内源性因子的程度、这些试验在检测结合部分时是否有差别以及测定内源性卡烯酯所用的免疫试验的校正材料、各种内源性卡烯内酯用作早期检测和诊断HF的生物标志物在比率上的差别。简言之，哺乳动物卡烯内酯是HF最好的候选生物标志物，发展足够敏感的试验检测卡烯内酯，有希望作为预测HF进展的生物标志物。4对组织损伤反应释放的标志物：炎性细胞因子蛋白质类的细胞因子包括白介素、干扰素、肿瘤坏死因子、生长因子、集落形成单位刺激因子。细胞因子是由各种类型的细胞释放的可溶性蛋白质，例如白细胞、内皮细胞和纤维母细胞。它们可用来调节细胞粘附、迁移、炎症、血管形成及组织破坏或修复。大多数细胞因子是由一个以上细胞系释放，且能增进或减少它们自己的释放。细胞因子也能由心血管类型的细胞产生，包括心肌细胞，以及给予心肌各种各样的类似于HF表现型的影响，包括收缩力的降低、肌细胞生长及胎儿基因程序的诱导、肌细胞的凋亡、基质金属蛋白酶的激活以及氧化抑制。炎症细胞因子、如肿瘤坏死因子α(TNFα)、白介PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建素(IL)—1β、IL2以及IL6已涉及在HF的病理生理中。各种临床观察，如心脏代偿失调、周围血管的反应性，体重丧失以及慢性HF病人的厌食，已归因于细胞因子的释放。的确，已有报告，在HF病人中，TNFα、IL1β及IL6和TNFα可溶性受体(TNFRl和TNFR2)和IL6的可溶性受体(1L6R)的循环浓度增加，其血浆浓度同疾病的严重性和预后相关。4.1HF时细胞因子的释放机制在HF时，细胞因子产生增加的来源可能是多样的，包括免疫系统、周围组织以及有缺陷的心脏本身。组织缺氧、充血时肠中细菌释放的内毒素、或其他非心源性因素均会导致系统性细胞因子的产生。此外，血液动力学负荷和肾上腺素能激活可能也有作用。在用低剂量的L异丙肾上腺素(2.4mg·kg-1·天-1×7天)长期治疗的鼠中，已显示在心肌中mRNA和TNFα蛋白、IL1β和IL6的产生增加