2型糖尿病心血管并发症早期诊断生物标志物的研究进展

汪慧卉，吴柱国，王 颖

(1.广东医科大学第二临床学院，广东 东莞 523000； 2.东莞市清溪医院心血管内科，广东 东莞 523660)

全球糖尿病患者逐年增多，据2015年国际糖尿病联盟数据显示，全球糖尿病患者已有4.15亿，其中2型糖尿病(type 2 diabetes，T2DM)占95%以上，预计到2030年，全球糖尿病患病人数将增至5.52亿[1]。糖尿病并发症严重威胁和影响患者的生命和生存质量，1/2以上糖尿病患者的死亡与糖尿病心血管并发症有关[2]。因此，应重视糖尿病及其相关心血管并发症的疾病管理和相关研究。

随着社会医疗保险制度的健全，人们饮食习惯也发生了改变，乡镇居民T2DM的发病率亦增高。基层医院糖尿病的就诊率逐年增加，但大部分基层医院因缺少相应医疗设备，导致糖尿病心血管并发症的确诊率较低。心力衰竭和外周动脉疾病是T2DM心血管并发症最常见的初始临床表现[3]。动脉粥样硬化是T2DM心血管并发症的病因，而炎症是动脉粥样硬化的核心发病机制。研究证实，血管内皮功能障碍和慢性炎症是心血管疾病的主要发病机制[3]。因此，对各类与炎症相关生物标志物和T2DM及其并发症关系的研究具有重要意义。无法行冠状动脉造影检查时，可对血液生物标志物进行检测，从而及早发现糖尿病心血管并发症的发生风险。近年来，一系列T2DM心血管并发症的生物标志物相继被发现，部分特异生物标志物可通过不同机制参与糖尿病并发症的发生发展，并可用于预测冠心病、心力衰竭的发生风险[4]。现对T2DM心血管并发症早期诊断生物标志物的研究进展予以综述。

1 血管内皮生长因子

1.1血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的生物学效应 VEGF是作用于内皮细胞的促血管生长因子，其特异性极强，可引起内皮细胞分裂、增殖和迁移，并可促进炎症细胞在血管壁的黏附以及动脉粥样硬化斑块内血管的形成；可增加血管通透性，导致血清蛋白渗漏、血管壁水肿和炎症细胞浸润。近年来，对抑制VEGF产生及其信号转导机制的研究已经阐明了VEGF调节血管生成的机制[2]。

1.2VEGF与T2DM心血管并发症 血管内皮功能紊乱与炎症反应是T2DM患者动脉内皮损伤和颈动脉中膜病变的重要病理改变。有研究表明，血清高水平VEGF对糖尿病大血管并发症的发生具有促进作用[3]。在正常生理条件下，VEGF的表达水平非常低，在代谢疾病和高糖毒性条件下，VEGF的表达增加，而动脉粥样斑块内VEGF的过度表达及其与其他细胞因子之间的异常作用是导致斑块性质改变的重要原因。此外，相关炎症细胞及缺血、缺氧可诱发各种组织细胞分泌VEGF增加，使VEGF引起血管通透性增加，炎症细胞和脂蛋白进入血管内皮，进一步促进动脉粥样斑块的生成，形成恶性循环[3]。有研究报道，VEGF水平可作为预测冠心病合并糖尿病患者病情发展的指标[3]。故可推测，血清VEGF水平升高可能是动脉粥样硬化发生发展的重要因素，也是心肌缺血性病变的敏感指标。VEGF可能成为糖尿病并发心血管病变的血清学标志物。

2 白细胞介素-6

2.1白细胞介素(interleukin，IL)6的生物学效应 IL-6是重要的炎症介质，也是急性期炎症反应的调节剂，由血管内皮细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、活化的白细胞和单核细胞多种细胞产生，可通过体液和细胞免疫影响炎症反应和宿主防御，是联系全身免疫反应和局部血管损伤的主要循环物质[4]。

2.2IL-6与T2DM心血管并发症 IL-6对CRP具有调节控制作用，通过刺激肝细胞促进C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)的合成。有证据表明，CRP是预测T2DM的危险因子[5]。IL-6水平与全因死亡率有关，有研究证实，冠心病患者心脏缺血和坏死区域的CRP等炎症细胞因子增加，且CRP增加与患者心肌梗死面积呈正相关，并可增加心脏破裂的可能，与许多前瞻性流行病学试验结果一致[4]。

此外，由于IL-6与多种脂肪细胞因子的生物学作用具有相关性，故肥胖和糖尿病患者的胰岛素循环水平降低和胰岛素抵抗与IL-6调节心肌内脂质积累的作用相关，导致肥胖和糖尿病患者发生心血管并发症的临床易感性增加[6]。另有研究发现，IL-6、高敏CRP、高敏感性心肌肌钙蛋白T和N端脑钠肽前体(N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP)是预测T2DM患者心力衰竭发生率的独立危险因子[7]。IL-6水平还与吸烟、糖尿病和血脂异常等明确的心血管危险因素以及多种影响炎症的标志物相关，与IL-6对介导炎症反应的关键作用一致[8-9]。由此可见，IL-6表达水平可能与T2DM心血管并发症相关。

动脉粥样硬化是T2DM心血管病变的病理基础。除脂质代谢紊乱外，动脉粥样硬化慢性低水平炎症反应也在血管内皮损伤和膜病变发生发展中起至关重要的作用。血清IL-6水平升高是慢性炎症反应的重要生物标志物，提示IL-6是老年T2DM发生心血管病变的重要危险因素，可能参与了T2DM患者心血管病变的发生和发展，但有关T2DM与IL-6 水平的变化却未见报道[5]。综上所述，IL-6与T2DM心血管并发症之间的因果关系尚未确定。

3 IL-10

3.1IL-10的生物学效应 IL-10是一种抗炎细胞因子，由辅助性T细胞2、B淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞产生，可发挥重要的免疫系统调节作用，导致细胞因子产生减少，组织因子表达减少，抑制基质金属蛋白酶，并促进淋巴细胞表型转换[10-11]。

3.2IL-10与T2DM心血管并发症 血清IL-10减少可能与T2DM患者心血管事件的发生呈正相关。有研究表明，巨噬细胞的抗原呈递细胞和树突状细胞的IL-10与调节血管内皮功能及白细胞的募集等炎症事件相关，此外，IL-10是人类动脉粥样硬化的潜在危险因素，是冠状动脉炎症相关病理生理过程的标志物，可抑制各种促炎细胞因子，如IL-18、IL-12、IL-6、IL-1和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等，从而抑制炎症反应[10]。

既往研究表明，与葡萄糖耐量正常的受试者相比，葡萄糖耐量受损或T2DM患者的IL-10水平较低，与体质指数呈负相关[12]。但另有研究表明，与健康对照组相比，T2DM患者的IL-10水平更高[11]。进一步对IL-10基因型的研究发现，晚期动脉粥样硬化斑块中IL-10信使RNA呈高表达[10]。不同基因型T2DM患者的IL-10水平存在差异，与CC基因型T2DM患者相比，TT基因型T2DM患者IL-10水平明显较高[11]。研究显示，T2DM心血管并发症和急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)并发症患者血清IL-10水平显著升高[10]。T2DM患者促炎细胞因子的增加可引起抗炎细胞因子的代偿性增加，以控制患者的亚临床炎症[11]。综上所述，T2DM心血管并发症患者血清IL-10水平升高可能是促炎介质升高和血管损伤的代偿性反应。

4 NT-proBNP

4.1脑钠肽(brain natriuretic peptide，BNP)和NT-proBNP 的生物学效应 BNP主要由心室心肌细胞合成和分泌。心肌细胞首先合成BNP原，称之为proBNP(BNP前体)。心肌细胞受到刺激后，proBNP在蛋白酶作用下可裂解为NT-proBNP和具有生物活性BNP，两者来源相同，并呈等摩尔分泌，释放进入血循环。NT-proBNP无活性，与BNP相比，其半衰期更长，更稳定，其浓度可反映短暂时间内新合成的而不是贮存的BNP释放，因此更能反映BNP通路的激活。

人体血浆中的BNP具有多种生物活性, 心室扩张或容量负荷过重可促使BNP的有效分泌，此外，AMI时梗死灶周围心肌细胞的BNP分泌水平也明显升高，其他影响BNP分泌的因素还包括原发性高血压、肾功能衰竭、心律失常、慢性阻塞性肺疾病和糖尿病[13]。BNP在调节循环水电解质的平衡中发挥关键作用。

4.2BNP、NT-proBNP与T2DM心血管并发症 目前，BNP与NT-proBNP主要用于筛查心脏疾病、评价左心室功能、识别呼吸困难的病因。NT-proBNP是心力衰竭的标志物，血浆NT-proBNP水平随心力衰竭程度加重而升高，并与动脉粥样硬化斑块的严重程度呈正相关，NT-proBNP足够稳定，目前临床多检测血浆NT-proBNP水平[13-14]。NT-proBNP不仅是预测心血管疾病风险的有效生物标志物，也可用于其他血管病变的风险预测。BNP水平与T2DM患者外周动脉疾病的患病率相关[15]。高敏感性心肌肌钙蛋白T、NT-proBNP和高敏CRP是T2DM合并多种高危因素患者肾功能恶化的独立危险因素，而肾功能恶化和水钠潴留可增加T2DM患者心血管疾病的患病风险[16]。可见，通过检测T2DM患者血浆NT-proBNP水平可预测T2DM患者发生心血管并发症的风险。NT-proBNP水平检测除具有确诊价值外，还有助于指导治疗及判断预后[17]。

5 TNF-α

5.1TNF-α的生物学效应 TNF-α是巨噬细胞、淋巴细胞和脂肪细胞等多种细胞产生的促炎细胞因子。TNF-α是最重要的促炎介质之一，主要由脂肪细胞和(或)外周组织产生，并可参与活性氧类的产生以及各种转录介导途径的激活，从而诱导组织特异性炎症[18]。有研究表明，TNF-α在自身免疫性疾病的发病机制中发挥核心作用[19]。

5.2TNF-α与T2DM心血管并发症 TNF-α与T2DM心血管并发症的发生相关。最近研究发现，与非糖尿病对照组相比，T2DM患者血浆TNF-α水平显著增高[11]。TNF-α主要参与T2DM发病机制和胰岛素抵抗的发展，高水平TNF-α通过丝氨酸磷酸化损害胰岛素信号传导，诱导脂肪细胞和外周组织的胰岛素抵抗，导致T2DM的发展，从而引发心血管疾病等相关并发症[18]。

实验证明，TNF-α升高与血糖控制较差有关，而其他标志物无此相关性[20]。临床试验表明，强化血糖控制可降低T2DM并发症的发生率和患者的病死率，早期控制血糖以及管理心血管危险因素对逆转与T2DM早期相关峰值炎症的潜在作用，并可降低生命后期心血管和微血管并发症的风险[21]。研究证实，老年T2DM患者的炎症生物标志物水平与心血管疾病预后相关，可见，TNF-α也与T2DM心血管并发症的发生发展以及预后相关[20]。通过阻断TNF-α及其信号传导抑制炎症反应，降低胰岛素抵抗的发生率，减缓T2DM相关并发症的发展，将可能成为治疗胰岛素抵抗和预防T2DM心血管并发症的有效策略[18]。

6 脂多糖结合蛋白

6.1脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide-binding protein，LBP)的生物学效应 LBP是肝脏合成的急性炎症反应物。最初发现，来自革兰阴性菌的脂多糖在触发血管细胞的免疫和炎症反应中起关键作用，导致动脉粥样硬化[22]。随后研究发现，循环中LBP通过结合蛋白介导(即以复合物LBP形式)炎症免疫应答的启动[23]。LBP的半衰期相对较长，血浆中LBP的水平是脂多糖诱导的先天免疫反应活化的替代标志物[22-24]。

6.2LBP与T2DM心血管并发症 LBP是急性期炎症反应物，其与T2DM心血管并发症的关系需依赖慢性炎症反应的机制阐明。已有研究表明，LBP与多种慢性炎症性疾病有关，LBP可能是慢性炎症的生物标志物[25]。亦有证据表明，循环LBP水平与肥胖、T2DM和心血管疾病有关，且血清LBP水平与T2DM患者的动脉硬化程度呈独立正相关[22]。此外，血清LBP水平可独立预测冠状动脉疾病以及患者的心血管因素死亡风险，与已确定的其他心血管危险因素和全身性炎症标志物无关。

血清LBP水平与颈动脉内膜中膜度呈正相关。血清LBP水平可能是动脉粥样硬化性心血管疾病的生物标志物，且先天免疫机制在人类动脉粥样硬化进展中具有潜在作用[22,26]。另有研究表明，动脉粥样硬化发病后9个月内的LBP循环浓度表现出适度的时间可靠性，表明这些生物标志物的单一测量可用于短期研究中的风险评估[25]。此外，脂多糖是革兰阴性细菌的细胞壁成分[25]，因此，阐明抗生素或益生菌降低血清脂多糖水平对降低2型糖尿病患者动脉硬度及其心血管疾病的发生风险的关系是未来研究的方向[22,27]。

7 人类软骨糖蛋白39

7.1人类软骨糖蛋白39(human cartilage glycoprotein 39，YKL-40)的生物学效应 YKL-40是一种新的炎症标志物，由多种细胞(如中性粒细胞、活化巨噬细胞和分化后的巨噬细胞、分化血管平滑肌细胞、内皮细胞、关节炎软骨细胞和癌细胞等)分泌，又称为几丁质酶-3样蛋白1[28]。YKL-40可参与肿瘤、关节疾病的发生，其生物学作用尚不完全清楚。进一步研究发现，肿瘤、关节疾病中YKL-40可参与血管生成、生长、增殖、分化和重塑过程[29-30]。

7.2YKL-40与T2DM并发症 血清和尿液YKL-40的表达水平与T2DM并发症相关，具有重要的临床意义。相关研究表明，尿液中YKL-40的作用有限，但血清YKL-40是糖尿病肾病早期蛋白尿的独立预测因素，可能成为早期预测糖尿病的非侵入性生物标志物[31]。Umapathy等[28]指出，血清YKL-40可能是早期诊断糖尿病肾病的潜在生物标志物。同时，糖尿病肾病早期阶段YKL-40的高诊断敏感性，表明YKL-40对糖尿病肾病患者的早期诊断具有预测性[30]。血清高水平YKL-40还可预测伴蛋白尿T2DM患者的全因死亡率[32]。

有研究表明，无确定心血管疾病以及无其他并发症T2DM患者的YKL-40水平与亚临床动脉粥样硬化以及患者的不良临床预后有关，且动脉硬化程度和内皮功能障碍与患者的不良预后呈独立相关[33]。另有研究显示，血清YKL-40水平可反映冠状动脉疾病合并糖尿病患者的冠状动脉病变程度，YKL-40作为新的炎症生物标志物，可作为血管生成、炎症、动脉粥样硬化和心血管事件的独立定量指标预测糖尿病合并心血管疾病的发生和发展[34-36]。在动脉粥样硬化早期，动脉斑块的血管平滑肌细胞和巨噬细胞的YKL-40呈高表达，提示YKL-40可能参与了动脉粥样硬化的发生和发展[34]。进一步研究发现，YKL-40与内皮功能障碍、动脉粥样硬化斑块的形成和斑块的不稳定性有关[34,37]。研究发现，冠状动脉疾病合并糖尿病患者的血清YKL-40水平显著高于单纯冠状动脉疾病患者，表明冠状动脉疾病合并糖尿病患者机体可能存在更强烈的炎症反应[38]。YKL-40由动脉粥样硬化病变中的巨噬细胞分泌，反映了动脉粥样硬化病变中可能存在巨噬细胞活化和基质降解，是斑块不稳定的标志，还可同时参与动脉斑块的破裂过程，因此，冠状动脉疾病患者血清YKL-40水平升高可预测其心血管死亡率[39-40]。目前，高YKL-40型冠状动脉疾病患者增多以及急性和慢性稳定性心血管疾病患者血清YKL-40水平升高均与心血管疾病和T2DM的发展过程中低度炎症的作用相关。YKL-40与胰岛素抗性相关，并可在动脉粥样硬化斑块中高度表达。因此，YKL-40可能是评价缺血性心脏病、T2DM心血管并发症患者疾病严重程度、预后和生存时间的新型生物标志物。血清YKL-40水平较高与冠状动脉疾病患者生存率的降低有关；与全因死亡率相比，YKL-40水平与心血管疾病患者死亡率的相关性更明显[41-43]。因此，血清YKL-40是稳定性冠状动脉疾病患者死亡的独立预测因子，并与心力衰竭患者的全因死亡率显著相关，不依赖于常见危险因素和炎症因子，可用于预测心血管疾病患者的预后[43-45]。

8 脂联素

8.1脂联素(adiponectin，APN)的生物学效应 APN是由脂肪组织分泌的一种脂肪因子，以三聚体、六聚体和高分子量多聚体等复合物形式存在于血清中，不同APN复合物激活不同的信号传导途径，发挥不同的特异性生物学功能[46]。APN的高分子量形式是更活跃的蛋白质形式，对改善胰岛素敏感性和预防糖尿病具有重要作用[47]。

8.2APN与T2DM心血管并发症 APN是胰岛素增敏剂，可通过激活AMP活化的蛋白激酶依赖性方式和非依赖性途径作用于肝脏，抑制葡萄糖产生；此外，APN还可通过激活AMP活化的蛋白激酶促进骨骼肌中脂肪酸氧化，以利于葡萄糖摄取。APN是糖尿病的预测因子，具有抗糖尿病作用，肥胖和胰岛素抵抗患者的APN循环水平降低[46]。

APN还可对心血管系统发挥内分泌和旁分泌作用。在细胞和分子水平上，APN对心血管系统具有抗炎、抗细胞凋亡、抗氧化和抗血管舒张作用，发挥保护作用，血清APN升高可减少心血管疾病的发生[48]。在心力衰竭等晚期心血管疾病情况下，人体脂肪组织中APN的表达及其循环水平显著增加，故APN能否作为心血管疾病生物标志物仍存在争议。最近的研究进一步阐明了心血管疾病中血清APN的直接和间接作用，为未来该领域的临床研究提供了新的视角[46,48]。此外，APN水平降低还可导致肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病心血管并发症的风险增加。

9 补体 C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白3

9.1补体 C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白(C1q/TNF-related protein，CTRP)3的生物学效应 CTRP-3是脂肪组织分泌的脂肪因子，属于CTRP家族成员，也称为cartonectin、cartducin和CORS-26，可参与许多慢性疾病的血管增殖性应答。有证据表明，脂肪因子特别是CTRP家族可作为糖尿病相关并发症的预后标志物，而CTRP特别是CTRP-3具有类似于APN的代谢作用。

9.2CTRP-3与T2DM心血管并发症 CTRP-3是抗炎脂肪因子，糖尿病患者血清CTRP-3水平降低，但尚不能确定是否可作为糖尿病并发症的预测因素。糖尿病视网膜病变是一种常见且严重的糖尿病并发症，Yan等[49]对糖尿病患者血清CTRPs水平和糖尿病视网膜病变关系的研究发现，血清CTRP-3是糖尿病视网膜病变的生物标志物，并可预测糖尿病视网膜病变的严重程度；此外，CTRP-3可以AMP活化的蛋白激酶依赖性方式抑制人视网膜微血管内皮细胞中高糖/高脂诱导的血管细胞黏附分子-1的表达，可见，CTRP-3可能是治疗糖尿病视网膜病变的新策略。

目前，对CTRP-3与糖尿病并发症关系的研究取得了重大进展，但糖尿病心血管并发症仍是世界范围内糖尿病患者死亡的主要原因。近年来，有关CTRP-3对AMI以及心力衰竭影响的研究较多。改善再灌注及相关药物(如β受体阻滞剂、肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂)可在一定程度上降低患者AMI后的死亡率，但AMI后患者心力衰竭的发病率和患病率均持续升高，故AMI后患者的死亡率仍较高。左心室重塑(心室扩张和间质纤维化增加)是心力衰竭的关键过程。因此迫切需要一种预防AMI后左心室重塑的新方法。Yi等[50]的实验证明，CTRP-3具有心肌保护作用，可抑制心肌纤维化，增强心肌细胞血管生成因子的表达，诱导血管生成。AMI后血清CTRP-3的表达显著降低，补充CTRP-3可减少心肌重塑，增强心肌收缩功能，恢复患者左心室功能，改善AMI患者的预后[50]。

糖尿病发病率的升高与心力衰竭相关。Fadaei等[51]的研究发现，冠状动脉疾病、单纯T2DM和T2DM合并冠状动脉疾病患者血清CTRP-3水平均降低。此外，CTRP-3对葡萄糖或脂类代谢具有调控作用，可降低血清葡萄糖水平，且不依赖于胰岛素，而是通过抑制糖异生来减少葡萄糖合成，从而起到降糖作用[52]。CTRP-3还可通过减轻炎症反应和改善胰岛素信号转导改善胰岛素抵抗，可见，CTRP-3是预防治疗胰岛素抵抗和T2DM的新的研究方向[53]。

糖尿病心血管病变与炎症息息相关，炎症可刺激血管平滑肌的运动和增殖，形成局部损伤，从而加速动脉粥样硬化的形成进程。T2DM患者血清CTRP-3可减少炎症因子(如肿瘤坏死因子和IL-6)的分泌，抑制核因子κB，促进拮抗性炎症介质脂多糖、Toll样受体4及其他炎症介质的结合，可部分抑制糖尿病的慢性炎症，延缓血管内皮损伤。CTRP-3还可减少血管平滑肌细胞和动脉粥样硬化斑块中的钙盐沉积，并通过减少血管平滑肌细胞的增殖延缓动脉粥样硬化的发展。研究表明，CTRP-3作为联系自然免疫与动脉粥样硬化的新的有机体，可在糖异生和炎症反应中起调节因子的作用，延缓动脉病变的发生[53]。CTRP-3与空腹血糖、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、三酰甘油水平以及年龄呈负相关，可能作为保护性代谢因子用于糖尿病心血管并发症发生率的预测和评价。

10 小 结

不同生物标志物可通过不同机制影响T2DM心血管并发症的发生发展。目前，对单个生物标志物与T2DM并发症相关性的研究较多，尚缺乏多个生物标志物预测T2DM心血管并发症的相关研究。T2DM心血管疾病的一级和二级预防治疗指南并未充分说明T2DM患者的风险特异性。某些生物标志物单独存在时并未显示出与T2DM心血管并发症发生风险的强关联性，但与其他标志物联合应用时的预测能力显著提高，并可显示与T2DM心血管并发症发生风险的关联性。

理想的生物标志物应具有稳定性好、灵敏度高、特异性强的特点，且血清生物标志物的持续稳定存在将有利于相关疾病的诊断，此外，易于获得、测量快速、采样窗口合理、成本效益高则有利于其广泛应用。因此，寻找诊断T2DM心血管并发症的最佳生物标志物组合并确定其检验方法、临界值及适用范围(可根据不同的个体进行个性化选择) 对预防心血管事件的发生具有重要意义。