中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白在心血管疾病中的研究进展

李鸿渐 综述 富路 审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院心血管内科，黑龙江 哈尔滨 150001)

在过去十年中新型生物标志物在心血管疾病中的研究不断延伸。虽然新型生物标志物在心血管疾病的诊断和预后方面有各种价值，但在常规临床实践中可能很少有用。也就是说，新型生物标志物在临床潜在的应用价值主要取决于是否有足够的分析方法、添加新信息的量和程度在患者治疗中的作用。此外，新型生物标志物与疾病结局之间联系强度的一致性，以及它在何种程度上是一种进步，在已建立的诊断工具上要么增加要么替代，重点是关于候选生物标志物的潜在临床应用价值[1]。使用新型生物标志物成为了解决心血管疾病新的途径之一，以达到早期诊断和治疗的目的。最近，中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)已成为最有吸引力和可靠的生物标志物，用于心脏病患者的诊断和风险分层，特别是伴随有肾功能损伤的患者。

1 NGAL的生物学特性

NGAL也被称为载脂蛋白(lipocalin-2，LCN2)，属于脂质运载蛋白家族。LCN2是一大类小细胞外蛋白，与炎症、疏水性小分子的配体传递有关，如类固醇、脂类、信息素以及合成的前列腺素[2-3]。此外，NGAL已被证明作为多种细胞类生长和分化因子，包括发育和成熟的肾脏上皮细胞。这种急性期蛋白被LCN2基因编码，由178个氨基酸组成，相对分子质量2.5×104[4]。在结构上，人NGAL在8β片段沿一个平行方向有序地运行，从而形成“L”域，此域负责其配体结合LCN2。事实上,NGAL最初被发现是人中性粒细胞后期颗粒的一个组成部分，NGAL在不同人体组织中表达有差异(如肾脏、肺脏、乳腺、气管、骨髓、胃、小肠、结肠)，提示NGAL的潜在用途是作为各种急慢性疾病的诊断和/或预后的生物标志物[5]。在中性粒细胞和尿液中，NGAL以单体的形式存在，只有少量的二聚体和三聚体，也以相对分子质量9.2×104的复合物形式存在。人中性粒细胞Ⅳ型胶原酶，也称明胶酶B或基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)。在生理条件下，NGAL在几种人体组织中被检测到非常低的水平，然而，NGAL在肾脏缺血后有明显的表达，提示NGAL可能在修复和生长中发挥重要作用[6]。

2 NGAL与心血管疾病

2.1 NGAL与冠心病

在冠状动脉粥样硬化的情况下，NGAL可能参与血管重构和动脉粥样硬化斑块的不稳定性。NGAL的存在已被记录在血管介质，以自由形式和MMP-9形成的复合物。NGAL与MMP-9形成的复合物导致MMP-9降解减少，延长了MMP-9的水解活性，参与形成不稳定的动脉粥样硬化斑块。这种复合物位于动脉粥样硬化斑块，在斑块内血肿和坏死斑块处检测到它的浓度增加[7]。血浆NGAL水平在冠状动脉造影证实，冠心病患者与正常冠状动脉对照组相比显著升高[8]。炎症在粥样斑块的发展和破坏中起关键作用，在冠心病患者中，NGAL通过诱导炎症介质的释放来增强斑块的不稳定性，这些介质抑制平滑肌生长，通过MMP-9使胶原蛋白生成减少，促进基质降解,MMPs属于负责细胞降解蛋白水解酶类[9]。Yndestad 等[10]研究证明NGAL与MMP-9形成二聚物复合物从而抑制了MMP-9的活性，促进蛋白质和胶原降解。Hemdahl等[11]研究证明在啮齿类动物模型中，缺氧诱导的心肌梗死导致动脉粥样硬化斑块中MMP-9的表达显著上调。此外，与MMP-9共定位，特别是在高蛋白水解活性的区域，提示NGAL在MMP-9的失活中起保护作用，延长了MMP-9蛋白水解时间。血清NGAL水平升高已在急性脑血管病患者中被发现。增加的NGAL表达也发生在急性心肌梗死患者，它可能被认为是缺血后炎症的积极介质和重构反应，在梗死坏死区及其周围的健康组织处检测到NGAL水平升高。

2.2 NGAL与造影剂肾病

造影剂肾病(contrast-induced nephropathy,CIN)是第三大主导急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)患者住院的病因。CIN具有显著的发病率和死亡率，由于广泛使用造影剂，这种并发症的发病率正在增加。在无危险因素的一般人群中，CIN的发病率为0.6%～2.3%，但有90%的高风险患者。除了对CIN在病理生理学的主要研究进展以外，控制这种疾病并发症的唯一方法是预防[12]。血清肌酐水平是目前反映CIN常用的临床指标，但它却不能反映早期AKI。王磊等[13]收集了160例肌酐正常患者行冠状动脉造影的临床资料，研究注射造影剂后72 h内新发生的AKI，按照血清肌酐水平较基础值上升≥25%或升高>44.2 μmol/L分为CIN组和非CIN组，分别检测术前术后24、48、72 h血清肌酐水平，术前术后4、24 h尿NGAL水平。结果发现，术后4 h CIN组尿NGAL水平明显高于非CIN组，尿NGAL在冠状动脉造影使用造影剂后4 h就能提示AKI。因此，NGAL可反映肾缺血或肾毒性药物所致的AKI敏感性、特异性生物标志物。

2.3 NGAL与高血压

高血压是慢性肾脏病最常见的原因之一，及早地发现早期肾功能损伤是目前人们对高血压患者关注的焦点之一。过去，血清肌酐浓度作为肾功能不全的一个标志物，但它只反映较晚的肾小球滤过率减低。血浆NGAL水平已被证明用于AKI的诊断，血浆NGAL水平增加也被发现在高血压患者中，Gharishvandi等[14]对42例高血压患者进行血浆NGAL、胱抑素C、肌酐检测，与血压正常者比较其肾功能(肾小球滤过率、肌酐、胱抑素C)、年龄和高血压病程。结果发现，血浆NGAL水平在肌酐正常、肾小球滤过率相对较低的患者中也有升高，提示血浆NGAL可作为高血压患者早期肾功能损伤的生物标志物。陈燕等[15]通过对100例高血压患者进行NGAL、胱抑素C、同型半胱氨酸的检测，结果发现血清NGAL对高血压患者早期肾功能损伤诊治的敏感性要明显优于胱抑素C和同型半胱氨酸。

2.4 NGAL与心力衰竭

2.4.1 NGAL与急性心力衰竭

Aghel等[16]对91例急性失代偿期性心力衰竭进行血清NGAL检测，结果发现急性失代偿期性心力衰竭患者血清NGAL表达水平显著升高，与肾功能的恶化程度密切相关。进一步研究表明，与肌酐相比，血清NGAL是诊断肾功能不全更敏感的生物标志物。de Berardinis等[17]通过对101例急性失代偿期性心力衰竭患者检测血浆NGAL、N末端脑钠肽前体水平，结果发现，在急性失代偿期性心力衰竭合并肾功能损伤的患者中，血浆NGAL水平明显升高，且升高的程度与肾功能损伤的严重程度密切相关。由于肾功能下降已被证明对急性失代偿期性心力衰竭和慢性心力衰竭的发病率和死亡率有重大贡献，除了作为肾损伤生物标志物外，NGAL也被建议作为急性心力衰竭的生物标志物。Legrand 等[18]对87例急性心力衰竭患者进行一项前瞻性、双盲研究，发现血浆NGAL水平与急性心力衰竭的肾功能损伤程度呈正相关，提示血浆NGAL水平也可以作为诊断急性心力衰竭患者肾功能损伤的生物标志物。

目前发现NGAL是反映肾功能损伤的敏感、特异性生物标志物，这一发现意味着NGAL在评估急性心力衰竭综合征患者预后中的价值。Alvelos等[19]对119例第一次住院的急性心力衰竭患者进行研究，检测血NGAL、胱抑素C水平，发现NGAL对急性心力衰竭并发早期肾损伤的诊断受试者工作特征曲线(ROC曲线)下面积为0.93，而胱抑素C为0.68，表明血清NGAL是短期内急性心力衰竭预后的独立预测因子。同样，血浆NGAL衡量急性心力衰竭患者出院时的肾损伤价值被认为是很强的，可作为急性心力衰竭患者的预后指标。尿NGAL在肾功能恶化的心力衰竭患者中也升高，它被认为是心力衰竭患者在入院和死亡时一个强有力的独立预测因子。

2.4.2 NGAL与慢性心力衰竭

心力衰竭是一种复杂的临床综合征，是冠心病、高血压、瓣膜病等各种心血管疾病的终末阶段[20]。肾功能不全是心力衰竭的常见并发症之一，近年来研究数据表明：肾功能不全的严重程度与心力衰竭的死亡率和再入院率密切相关。Siasos等[21]研究表明，在心力衰竭患者中，NGAL水平与左室射血分数密切相关，以及炎症和心脏重构的生物标志物(胱抑素C、脑钠肽、MMP-9)有关，进一步提示肾功能不全、炎症和心功能不全共同的发病机制。肾小球滤过率降低和尿白蛋白排泄率增高反映肾功能受损，Damman等[22]对2 130例慢性心力衰竭患者进行一项随机、双盲、安慰剂对照试验，探究纯化n-3多不饱和脂肪酸对心力衰竭的治疗作用试验后发现，在慢性心力衰竭患者中，NGAL不仅在肾小球滤过率降低和尿白蛋白排泄率增高组中明显升高，而且在肾小球滤过率尚处于正常范围时即有升高，证实NGAL可作为慢性心力衰竭患者早期肾功能损伤的生物标志物，从而进行早期干预，最终提高这类患者的预后水平。

焦红见等[23]通过对120例慢性充血性心力衰竭患者进行血浆NGAL检测，发现N末端脑钠肽前体、NGAL水平与慢性充血性心力衰竭患者密切相关，可反映患者的心功能水平，血清N末端脑钠肽前体与NGAL有一定的相关性，可为临床上诊断慢性充血性心力衰竭提供理论依据。然而，NGAL本身在心力衰竭的发病机制中发挥重要作用。激活中性粒细胞和随后释放NGAL在心力衰竭病程中参与炎症反应的发生发展。左心室重构导致心力衰竭的发生发展是一个非常复杂的过程。这个过程不仅涉及心肌细胞的变化，而且改变了细胞外基质。活化的MMPs是这一过程中的重要介质。研究证明心肌梗死后心力衰竭以及其他任何病因导致的慢性心力衰竭患者，血清NGAL水平升高与临床和神经激素的恶化显著相关。在大鼠心肌梗死后心力衰竭模型中，在左心室心肌细胞的非缺血性部分NGAL/LCN2基因表达增加[24]。

Naudé等[25]对104例慢性心力衰竭患者进行了12个月的随访，结果发现血清NGAL水平明显与抑郁症状相关，独立的标记在肿瘤坏死因子-α通路及其可溶性受体。血清NGAL是体细胞的特异性标志物，对于有抑郁症状的心力衰竭患者，独立于其他炎症标志物，与心力衰竭的严重程度、左室射血分数和血清肌酐水平密切相关。这支持了特异性NGAL作为抑郁症的躯体症状标志物，提示高水平的NGAL患者预后不良。

2.5 NGAL与心脏术后

AKI是心脏手术后患者一种常见的并发症，影响50%的患者。一旦AKI发生，会对术后患者产生显著的影响，如死亡率增加、住院时间延长。心脏手术后与AKI相关的临床危险因素已被人们认识，用于诊断早期AKI准确的生物标志物有限。血清肌酐是最常用的肾功能监测指标，但其在肾小管损伤后数天内才会升高，从而延误诊断和及时治疗肾损伤。因此，临床上迫切需要一种可靠的生物标志物来诊断心脏手术后早期肾功能损伤。最近，NGAL被认为是AKI早期生物标志物的有力候选者。Chul Park等[26]通过检测112例心肺转流术后患者血清NGAL和肌酐水平，结果发现，在肌酐正常的患者中，血清NGAL明显升高，NGAL对诊断肾功能损伤ROC曲线下面积为0.91。NGAL可作为诊断心肺转流术后患者AKI的早期生物标志物。Ruf等[27]对311例小儿先天性心脏病患者术后调查,其中130例患者术后发生AKI，通过检测血清NGAL、肌酐、肾脏损伤分子-1水平，得出结论：血清NGAL对诊断先天性心脏病患儿术后肾功能损伤的敏感性优于肌酐和肾损伤分子-1。

3 小结

综上所述，新型生物标志物NGAL对心血管疾病的诊断和预后具有重要价值，特别是对于心血管疾病并发早期肾功能损伤有较高临床价值；但NGAL在心肌损伤、心室重构中的作用机制尚未阐明，今后将致力于NGAL在心血管疾病中的作用机制研究。为了便于在临床上应用，生物标志物必须易于测量、低费用并提供可能影响医疗决定的附加信息。除了多次尝试外，满意的标准化分析其敏感性和特异性、精确的参考值同样重要。要注意单个时间点内单个生物标志物在心力衰竭的诊断和预后中的临床价值是有限的。因此，对患者来说，对绝对风险进行更全面的评估是必要的。生物标志物在心血管疾病患者中的应用，在未来将采取多种生物标志物联合应用的策略，其中包括生物标志物的具体组合反映心血管疾病的不同病理生理过程。除了它们在心血管疾病诊断和预后的作用外，可能有助于心血管疾病的个体化治疗[28]。

[ 参 考 文 献 ]

[1] Morrow DA,de Lemos JA.Benchmarks for the assessment of novel cardiovascular biomarkers[J].Circulation,2007,115(8):949-952.

[2] Helanova K,Spinar J,Parenica J.Diagnostic and prognostic utility of neutrophil gelatinase associated lipocalin(NGAL)in patients with cardiovascular diseases review[J].Kidney Blood Press Res,2014,39(6):623-629.

[3] Ronco C.Biomarkers for acute kidney injury:is NGAL ready for clinical use?[J].Crit Care,2014,18(6):680.

[4] Maisel AS,Mueller C,Fitzgerald R,et al.Prognostic utility of plasma neutrophil gelatinase-associated lipocalin in patients with acute heart failure:the NGAL EvaLuation Along with B-type NaTriuretic Peptide in acutely decompensated heart failure(GALLANT)trial[J].Eur J Heart Fail,2011,13(8):846-851.

[5] Roli L,Pecoraro V,Trenti T.Can NGAL be employed as prognostic and diagnostic biomarker in human cancers? A systematic review of current evidence[J].Int J Biol Markers,2017,32(1):e53-e61.

[6] 高金霞,李秀元,叶虹婷,等.不同时间点血中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白水平与急性肾损伤程度的关系[J].安徽医学,2017,38(2):132-135.

[7] te Boekhorst BC,Bovens SM,Hellings WE,et al.Molecular MRI of murine atherosclerotic plaque targeting NGAL:a protein associated with unstable human plaque characteristics[J].Cardiovasc Res,2011,89(3):680-688.

[8] Zografos T,Haliassos A,Korovesis S,et al.Association of neutrophil gelatinase associated lipocalin with the severity of coronary artery disease[J].Am J Cardiol,2009,104(7):917-920.

[9] Yan L,Borregaard N,Kjeldsen L,et al.The high molecular weight urinary matrix metalloproteinase(MMP)activity is a complex of gelatinase B/MMP-9 activity by NGAL[J].J Biol Chem,2001,276(40):37258-37265.

[10] Yndestad A,Landrø L,Ueland T,et al.Increased systemic and myocardial expression of neutrophil gelatinase-associated lipocalin in clinical and experimental heart failure[J].Eur J Heart Fail,2009,30(10):1229-1236.

[11] Hemdahl AL,Gabrielsen A,Zhu C,et al.Expression of neutrophil gelatinase associated lipocalin in atherosclerosis and myocardial infarction[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26(1):136-142.

[12] Khatami MR,Sabbagh MR,Nikravan N,et al.The role of neutrophil gelatinase associated lipocalin in early diagnosis of contrast nephropathy[J].Indian J Nephrol,2015,25(25):292-296.

[13] 王磊,蒲晓群.冠状动脉介入诊疗术后尿中性粒细胞明胶酶相关性载脂蛋白和肾损伤分子1水平的变化及早期预测对比剂肾病的价值[J].中华心血管病杂志,2014,42(4):301-304.

[14] Gharishvandi F,Kazerouni F,Ghanei E,et al.Comparative assessment of neutrophil gelatinase-associated lipocalin(NGAL)and cystatin C as early biomarkers for early detection of renal failure in patients with hypertension[J].Iran Biomed J,2015,19(2):76-81.

[15] 陈燕,李莹,纵晓英.血清中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白、同型半胱氨酸和胱抑素C在早期高血压肾损害评估中的价值[J].中国老年学杂志,2016,12(36):5877-5878.

[16] Aghel A,Shrestha K,Mullens W,et al.Serum neutrophil gelatinase associated lipocalin(NGAL)in predicting worsening renal function in acute decompensated heart failure[J].J Card Fail,2010,16(1):49-54.

[17] de Berardinis B,Gaggin HK,Magrini L,et al.Comparison between admission natriuretic peptides,NGAL and sST2 testing for the prediction of worsening renal function in patients with acutely decompensated heart failure[J].Clin Chem Lab Med,2015,53(4):613-621.

[18] Legrand M,de Berardinis B,Gaggin HK,et al.Evidence of uncoupling between renal dysfunction and injury in cardiorenal syndrome:insights from the BIONICS study[J].PLoS One,2014,9(11):e112313.

[19] Alvelos M,Pimentel R,Pinho E,et al.Neutrophil gelatinase-associated lipocalin in the diagnosis of type 1 cardio-renal syndrome in the general ward[J].Clin J Am Soc Nephrol,2011,6(3):476-481.

[20] Sung HK,Chan YK,Han M,et al.Lipocalin-2(NGAL)attenuates autophagy to exacerbate cardiac apoptosis induced by myocardial ischemia[J].J Cell Physiol,2017,232(8):2125-2134.

[21] Siasos G,Tousoulis D,Michalea D,et al.Novel biomarkers assessing renal function in heart failure:relation to inflammatory status and cardiac remodelling[J].Curr Med Chem,2014,21(34):3976-3983.

[22] Damman K,Masson S,Hillege HL,et al.Clinical outcome of renal tubular damage in chronic heart failure[J].Eur heart J,2011,32(21):2705-2712.

[23] 焦红见,张永海,陶玲,等.慢性充血性心力衰竭患者血浆中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白与N-末端B型脑钠肽前体的相关性[J].实用心脑肺血管病杂志,2011,19(2):179-180.

[24] Waldum-Grevbo B.What physicians need to know about renal function in outpatients with heart failure[J].Cardiology,2015,131(2):130-138．

[25] Naudé PJ,Mommersteeg PM,Gouweleeuw L,et al.NGAL and other markers of inflammation as competitive or complementary markers for depressive symptom dimensions in heart failure[J].World J Biol Psychiatry,2015,16(7):536-541.

[26] Chul Park CM,Kim JS,Moon HW,et al.Usefulness of plasma neutrophil gelatinase-associated lipocalin as an early marker of acute kidney injury after cardiopulmonary bypass in Korean cardiac patients:a prospective observational study[J].Clin Biochem,2015,48(1-2):44-49.

[27] Ruf B,Bonelli V,Balling G,et al.Intraoperative renal near-infrared spectroscopy indicates developing acute kidney injury in infants undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass:a case-control study[J].Crit Care,2015,19:27.

[28] Savic-Radojevic A,Pljesa-Ercegovac M,Matic M,et al.Novel biomarkers of heart failure[J].Adv Clin Chem,2017,79:93-152.