在急性心力衰竭中Galectin-3的临床研究进展

李 昱 张新超 杨 泽

急性心力衰竭(acute heart failure，AHF)是指各种原因引起的伴有心输出量减少、组织低灌注、肺毛细血管楔压(PCWP)增加和组织充血的临床综合征，常危及生命、需要立即予以评估和治疗。AHF包括初次发作和慢性心力衰竭急性失代偿，以后者更为常见，其常见诱因有很多，包括急性冠脉综合征、高血压急症、严重心律失常以及感染等[1]。流行病学资料显示，全球心力衰竭(HF)患者的数量已高达2250万，并且仍以每年200万的速度递增，且5年存活率与恶性肿瘤相仿，20%的HF患者出院将在30天内再住院，花费了大量医疗费用。随着人口的老龄化和医疗水平的提高，心衰作为各种心脏病发展的严重阶段，正成为目前最重要的心血管病症，并且给全球带来了巨大的医疗及经济负担[2]。

众所周知，目前用于诊断急性心力衰竭最可靠的生物学标记物是脑钠肽(BNP)或N-末端脑钠肽前体(NT-proBNP)，但在对于AHF进行危险分层及预测病死率上，BNP和NT-proBNP皆存在一定的不足。而更准确的危险分层与评估，能够指导临床医师识别高危心衰患者并进而采取更积极的治疗手段[3]。近年来，几种新兴的生物学标志物如可溶性基质裂解素2 (sST2)、半乳糖凝集素3(Galectin-3)和生长分化因子-15(GDF-15)等获得了越来越多的关注[4]。目前有研究证据表明，心脏疾病患者的血浆Galectin-3浓度是评价其预后的独立危险因素[5]，2013年的美国心力衰竭管理指南(ACCF/AHA)也提出，Galectin-3与sST2不仅能够预测心力衰竭患者住院及死亡风险，而且与利钠肽相关生物学指标联合使用可增加其评价预后的价值[6]。本文简要综述Galectin-3作为新兴的生物学标志物其在急性心力衰竭的诊断和评估预后方面的临床研究进展。

1. Galectin-3的生物学特点

Galectin-3(也称为Mac-2抗原或Carbohydrate-binding 蛋白质35)是一个含有250个氨基酸的蛋白质，分子量为26152 Da，可以形成二聚体和高阶低聚物，属于β-半乳糖苷结合蛋白家族，是该家族中唯一的嵌合体型半乳糖凝集素(图1)[5,7,8]。该蛋白含有两个不同的结构域：N端结构域—由110～130个氨基酸组成，其对Galectin-3的生物学活性至关重要；C端结构域—为糖识别结构域(CRD)，约由130个氨基酸组成一球状结构，Galectin-3通过CRD与细胞外基质、细胞膜分子和细胞内糖蛋白相互作用，发挥重要的生物学效应[9]。

图1 半乳糖凝集素家族

2. Galectin-3的分布情况

Galectin-3在人体多种细胞及组织中均有分布，如上皮细胞、纤维母细胞、软骨细胞、内皮细胞以及巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞等细胞中均有表达[9]。因缺乏信号分泌肽，不能进行典型囊泡分泌，所以Galectin-3主要位于细胞质中，而在细胞核和线粒体中也偶有表达[10]。近年来有研究表明，不同种类的肿瘤细胞中Galectin-3也存在相应的表达，而其表达的强度取决于肿瘤的进展、侵袭性和转移程度[11]。

Galectin-3在不同的病理生理过程中，发挥着重要作用，如参与调节细胞增殖、抑制细胞凋亡、介导细胞黏附、参与免疫与炎症反应，参与肿瘤的增殖、侵袭和转移，动脉粥样硬化，糖尿病等[7,9,10]。

3. Galectin-3与急性心力衰竭

3.1 炎症作用 多项研究表明，Galectin-3是一种强大的促炎症因子，其在急性炎症反应中可刺激中性粒细胞的激活和黏附，在慢性炎症反应中可刺激单核-巨噬细胞及纤维细胞的活化。因此，Galectin-3是从急性炎症到慢性炎症组织纤维化这一进程的调节因子[8]，其促炎作用主要表现为几个方面[12]：①促进中立性粒细胞和层黏连蛋白及内皮细胞的黏附；②趋化单核巨噬细胞，促进巨噬细胞游走；③促进中性粒细胞和单核细胞活化；④诱导肥大细胞释放炎症介质。而炎症反应是心肌纤维化的病理生理基础。

3.2 心肌纤维化致心室重构 心肌纤维化是指心肌细胞外基质的过量沉积， 胶原容积及各型胶原比例的失调从而导致心室重构，这是心力衰竭的一个重要病理生理过程。细胞外基质成分作为心肌细胞的骨架，决定着心肌细胞的整体性和有序性。在大鼠模型实验中，持续向心包内灌注Galectins-3，会导致心室重构并增加其死亡率[2]。从生物化学的水平来说，心室重构涉及到细胞外基质中相关基质金属蛋白酶和其蛋白酶酶抑制剂水平的改变[13]，活化的巨噬细胞分泌Galectin-3，诱导细胞外基质的成纤维细胞增殖和Ⅰ型胶原蛋白沉积，说明其与细胞外基质胶原蛋白的产生、心肌纤维化致心室重构有关[14]。

3.2.1 心肌细胞与成纤维细胞：研究表明，正常心肌层中，心肌细胞的Galectin-3表达水平很低，而随着心衰发生与发展出现急剧增加，并且在成纤维细胞中其表达水平却很高。Yu L等[15]的动物模型研究表明，通过横向主动脉缩窄术敲除Galectin-3基因的小鼠(对照组)和野生型小鼠(实验组)，注入血管紧张素Ⅱ诱导心肌重构，实验结果显示对照组不表达Galectin-3，实验组Galectin-3的表达水平较高，实验组和对照组小鼠的左心室都肥大，但是对照组小鼠心肌间质纤维化程度较实验组轻。Sharma等[16]在对接受冠脉搭桥手术的患者进行心肌活检，发现伴有心肌肥大者比正常者的Galectins-3 mRNA表达明显增加。

3.2.2 细胞外基质：心肌细胞外基质是一类由胶原、蛋白聚糖及糖蛋白等多种大分子物质组成的复杂的三维网格状结构。其主要成分为心肌胶原蛋白，成人心肌组织中的胶原至少包括Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型和Ⅴ型等。Ⅰ型和Ⅲ型是构成心肌胶原网络的主要成分，Ⅰ型胶原主要是僵硬的纤维状蛋白；Ⅲ型胶原为细网状，富有弹性，因此Ⅰ型或Ⅲ型胶原的比例决定了心肌僵硬度。心肌细胞外基质处于生成和降解的动态平衡中。许多酶可以降解心肌细胞外基质中的胶原成分，主要的降解酶有丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶和基质金属蛋白酶(MMPs)三大类，其中基质金属蛋白酶最为重要，因为它是唯一能分解纤维素类胶原的蛋白酶[17]。

在健康小鼠心包中持续低剂量灌注Galectins-3可引起胶原蛋白的增生，且对Ⅰ型胶原的增生作用是Ⅲ型的3倍，从而引起心肌组织僵硬程度增加，导致左室功能不全[16]。Eir等[18]对100 例急性心梗伴左室功能不全的患者进行血清Galectins-3 和细胞外基质相关标志物水平的测定，结果发现：Galectins-3 与基质金属蛋白酶3( MMP-3) 和基质金属蛋白酶抑制剂-1 (TIMP-1) 等基质金属蛋白酶水平显著相关，提示Galectins-3 参与了细胞外基质代谢。组织学结果表明，Galectin-3通过介导心肌中的巨噬细胞、肥大细胞等炎症细胞浸润致心肌纤维化，引起心肌肥厚、心室重构，心肌顺应性降低，进而诱发心力衰竭[13]。进一步的研究发现，Galectins-3的水平与心肌纤维化的程度成正比[10]。

3.3 诊断价值 众多研究发现，Galectin-3的血清水平对于急性心力衰竭的诊断具有一定的价值。Veli Polat等[19]对44名射血分数保留的心衰患者(平均年龄 60±6.78岁，其中男性24名)与38名无明显心衰者作为对照组进行对照研究发现，射血分数保留的心衰患者的Galectin-3血清水平[5.35 ng/ml(0.86 ～14.90)]明显高于对照组[0.51 ng/ml(0.15～1.71)，P<0.0001]。结果提示，Galectin-3的血浆水平对射血分数保留的心衰患者具有一定临床诊断价值。Matteo Beltrami等[20]研究了98名急性心力衰竭患者，并根据超声心动图的结果将其分为射血分数保留组与射血分数下降组，并检测各组患者血清Galectin-3水平，发现两组患者血清Galectin-3水平并无明显统计学差异。

3.4 预测价值 Van Kimmenade等[21]在PRIDE研究中首次分析了因急性呼吸困难入急诊科的599名患者(其中209患者为急性心力衰竭)的血浆Galectin-3水平进行分析，发现较高水平的Galectin-3是预测60天死亡率(OR 10.3，P< 0.01)或60天内复发住院率(OR 14.3,P<0.001)的较强独立预测因子。Meijers WC[22]等所进行得一项Mate分析结果显示，血浆Galectin-3浓度高于17.8ng/ml的急性心力衰竭患者，其出院后30天、60天以及90天再入院概率较高，OR分别为30天 2.80，(95% CI 1.41～5.57)、60天 2.61(95% CI 1.46～4.65)、90天 3.01(95% CI 1.79～5.05)。

Galectin-3联合其他因子共同评价急性心力衰竭患者预后更有价值。相比其他心衰标志物，Galectin-3与NT-pro BNP联合应用对于急性心衰的预测作用最强[21]。值得注意的是，Thomas Mueller等[4]招募以下临床类型各15人：心衰无其他合并症、肺炎无其他合并症、慢阻肺无其他合并症、肾脏疾病无其他合并症以及脓毒血症者，以22名健康成年人作为对照组。分别测量参与者的Galectin-3,sST2和GDF-15血浆浓度，结果发现，各组中3种生物学标志物的升高水平在心衰患者与非心脏疾病相关患者之间并无明显差异。在以急性呼吸困难为主诉来急诊室的患者中，Galectin-3无法区分患者是由于急性心衰亦或是肺炎、慢阻肺等原因入院。换句话说，Galectin-3在评价预后方面的意义可能大于其诊断价值，但该研究的局限在于研究样本量较少，应需更大样本量进行佐证。

4.急性心力衰竭治疗新靶点

Galectin-3通过炎症作用导致心室肌纤维化，进而发生心室重构，参与了急性心力衰竭的发生、发展过程，不难理解，Galectin-3对急性心力衰竭的诊断、预后评估以及治疗方案的选择具有重要作用。McCullough 等[23]发现无论临床症状、体征以及实验室检查结果如何，Galectin-3血浆浓度>25.9ng/ml能够预测患者有更快的心衰进展，导致住院以及死亡。Yu L等[15]在对小鼠心室重构模型实验研究中发现，通过药物抑制Galectin-3的表达水平，可降低心肌纤维化，改善心室重构，从而延缓心力衰竭的进展。醛固酮可促进Galectin-3的表达。醛固酮受体拮抗剂(MRAs)如依普利酮、螺内酯等可调节Galectin-3的表达，从而在抑制心肌梗死后心室重构的进程发挥重要作用[24]。Koukoui等[25]研究了427例慢性心衰患者(通过超声心动图和BNP水平评估)，分为MRAs治疗组与非MRAs治疗组，并测量患者血浆Galectin-3水平，随访3年以死亡率作为终点，发现MRAs治疗并不会改变Galectin-3的评价预后的效果，但研究观察到MRAs的治疗效果与Galectin-3水平并无明显相互作用，但目前此类实验较少，有进一步研究可能。

5.小结

现有的研究表明，Galectin-3在急性心力衰竭的发生与进展中发挥重要作用，但作为急性心力衰竭的生物学标志物，诊断急性心衰的作用似不如NT-pro BNP高，但能够预测心衰患者不良预后及危险分层。由于心肌纤维化是不可逆的，因此Galectin-3的水平可以作为心力衰竭患者病情是否进展的指标，对于初入急诊的急性心力衰竭患者可测定其Galectin-3水平，并联合NT-proBNP或超声心动图作为监测基础，形成具体量化标准，从而对不同危险分层的患者采用不同治疗手段。

近年来，Galectin-3抑制剂抑制Galectin-3的分泌，从而延缓心室重构的进展，延长心衰患者的生存周期，也已成为新的研究热点，初步显现出具有重要意义。

参考文献

1 Ponikowski P,Voors AA,Anker SD,et al.2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure:The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC).Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC[J].Eur J Heart Fail,2016,18(8):891-975.DOI:10.1002/ejhf.592.

2 Mallick A,Januzzi JL.Biomarkers in acute heart failure[J].Rev Esp Cardiol (Engl Ed),2015,68(6):514-525.

3 French B,Wang L,Ky B,et al.Prognostic Value of Galectin-3 for Adverse Outcomes in Chronic Heart Failure[J].J Card Fail,2016,22(4):256-262.DOI:10.1016/j.cardfail.2015.10.022.

4 Mueller T,Leitner I,Egger M,et al.Association of the biomarkers soluble ST2,galectin-3 and growth-differentiation factor-15 with heart failure and other non-cardiac diseases[J].Clin Chim Acta,2015,445:155-160.DOI:10.1016/j.cca.2015.03.033.

5 Mueller T,Dieplinger B.Soluble ST2 and Galectin-3:What We Know and Don't Know Analytically[J].EJIFCC,2016,27(3):224-237.

6 Yancy CW,Jessup M,Bozkurt B,et al.2013 ACCF/AHA guideline for the management of heart failure:a report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines.J Am Coll Cardiol.2013.62(16):e147-239.

7 Takenaka Y,Fukumori T,Raz A.Galectin-3 and metastasis[J].Glycoconj J,2002,19(7-9):543-549.DOI:10.1023/B:GLYC.0000014084.01324.15.

8 Henderson NC,Sethi T.The regulation of inflammation by galectin-3[J].Immunol Rev,2009,230(1):160-171.DOI:10.1111/j.1600-065X.2009.00794.x.

9 Dumic J,Dabelic S,Fl?gel M.Galectin-3:an open-ended story[J].Biochim Biophys Acta,2006,1760(4):616-635.DOI:10.1016/j.bbagen.2005.12.020.

10 de Boer RA,Voors AA,Muntendam P,et al.Galectin-3:a novel mediator of heart failure development and progression[J].Eur J Heart Fail,2009,11(9):811-817.DOI:10.1093/eurjhf/hfp097.

11 van den Br?le F,Califice S,Castronovo V.Expression of galectins in cancer:a critical review[J].Glycoconj J,2002,19(7-9):537-542.DOI:10.1023/B:GLYC.0000014083.48508.6a.

12 Mishra BB,Li Q,Steichen AL,et al.Galectin-3 functions as an alarmin:pathogenic role for sepsis development in murine respiratory tularemia[J].PLoS ONE,2013,8(3):e59616.DOI:10.1371/journal.pone.0059616.

13 Gandhi PU,Testani JM,Ahmad T.The Current and Potential Clinical Relevance of Heart Failure Biomarkers[J].Curr Heart Fail Rep,2015,12(5):318-327.DOI:10.1007/s11897-015-0268-2.

14 Sanchez-Mas J,Lax A,Asensio-Lopez MC,et al.Galectin-3 expression in cardiac remodeling after myocardial infarction[J].Int J Cardiol,2014,172(1):e98-e101.DOI:10.1016/j.ijcard.2013.12.129.

15 Yu L,Ruifrok WP,Meissner M,et al.Genetic and pharmacological inhibition of galectin-3 prevents cardiac remodeling by interfering with myocardial fibrogenesis[J].Circ Heart Fail,2013,6(1):107-117.DOI:10.1161/CIRCHEARTFAILURE.112.971168.

16 Sharma UC,Pokharel S,van Brakel TJ,et al.Galectin-3 marks activated macrophages in failure-prone hypertrophied hearts and contributes to cardiac dysfunction[J].Circulation,2004,110(19):3121-3128.DOI:10.1161/01.CIR.0000147181.65298.4D.

17 Pauschinger M,Knopf D,Petschauer S,et al.Dilated cardiomyopathy is associated with significant changes in collagen type I/III ratio[J].Circulation,1999,99(21):2750-2756.

18 Weir RA,Petrie CJ,Murphy CA,et al.Galectin-3 and cardiac function in survivors of acute myocardial infarction[J].Circ Heart Fail,2013,6(3):492-498.DOI:10.1161/CIRCHEARTFAILURE.112.000146.

19 Polat V,Bozcali E,Uygun T,et al.Diagnostic significance of serum galectin-3 levels in heart failure with preserved ejection fraction[J].Acta Cardiol,2016,71(2):191-197.DOI:10.2143/AC.71.2.3141849.

20 Beltrami M,Ruocco G,Dastidar AG,et al.Additional value of Galectin-3 to BNP in acute heart failure patients with preserved ejection fraction[J].Clin Chim Acta,2016,457:99-105.DOI:10.1016/j.cca.2016.04.007.

21 van Kimmenade RR,Januzzi JL Jr,Ellinor PT,et al.Utility of amino-terminal pro-brain natriuretic peptide,galectin-3,and apelin for the evaluation of patients with acute heart failure[J].J Am Coll Cardiol,2006,48(6):1217-1224.DOI:10.1016/j.jacc.2006.03.061.

22 Meijers WC,Januzzi JL,deFilippi C,et al.Elevated plasma galectin-3 is associated with near-term rehospitalization in heart failure:a pooled analysis of 3 clinical trials[J].Am Heart J,2014,167(6):853-860.DOI:10.1016/j.ahj.2014.02.011.

23 McCullough PA,Olobatoke A,Vanhecke TE.Galectin-3:a novel blood test for the evaluation and management of patients with heart failure[J].Rev Cardiovasc Med,2011,12(4):200-210.

24 Lax A,Sanchez-Mas J,Asensio-Lopez MC,et al.Mineralocorticoid receptor antagonists modulate galectin-3 and interleukin-33/ST2 signaling in left ventricular systolic dysfunction after acute myocardial infarction[J].JACC Heart Fail,2015,3(1):50-58.DOI:10.1016/j.jchf.2014.07.015.

25 Koukoui F,Desmoulin F,Galinier M,et al.The Prognostic Value of Plasma Galectin-3 in Chronic Heart Failure Patients Is Maintained when Treated with Mineralocorticoid Receptor Antagonists[J].Plos one,2015,10(3):e0119160.DOI:10.1371/journal.pone.0119160.