GDF-15、ST-2、NT-proBNP在不同左室射血分数心力衰竭患者中的表达水平以及联合应用价值

汪润，曹高镇，林庆陕

随着我国老龄化进程的加快，心脑血管疾病已经成为严重威胁国民生命健康和国家公共卫生的严峻挑战[1]。心力衰竭（HF）属于心血管疾病的终末病症之一，可分为射血分数保留（HFpEF）和射血分数降低（HFrEF）两种类型，两者不仅左室射血分数不同，更重要的是发病机制及流行病学特征也不甚相同[2]。目前，临床上关于HFrEF的治疗相对较为成熟，β受体阻滞剂、醛固酮受体拮抗剂、血管紧张素转化酶抑制剂等均已被证明可以显著改善HFrEF患者的预后和生存率，但对于HFpEF患者尚未找到令人满意的治疗方案[3]。因此，积极探索HFpEF的发病机制以及敏感的预测指标成为心血管治疗领域的重要课题之一。生长转化因子15（GDF-15）是近几年新发现的心脏应激保护因子，可抑制缺血或缺血再灌注引起的心肌损伤[4]；肿瘤形成抑制素2（ST-2）属于白介素受体超家族成员之一，与N端脑钠肽前体（NT-proBNP）密切相关[5]。虽然很多研究已经证实GDF-15、ST-2、NT-proBNP都可单独作为HF的诊断分子，但针对不同射血分数的慢性HF患者的研究少之又少。基于上述理论分析，笔者希望通过本项研究探讨GDF-15、ST-2、NT-proBNP对不同射血分数HF患者的联合诊断和预后评估价值，为临床用药提供理论依据。现研究报告如下：

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2016年2月至2018年2月于香港大学深圳医院心内科确诊并接受治疗的HF患者267例为研究对象，其中男性154例，女性113例，年龄为37~86岁，平均年龄为（69.93±12.46）岁。纳入标准：①经心电图、超声心动图及实验室检查确诊为HF患者；②所有患者符合2016年由欧洲心脏病学分会颁布的《急慢性心力衰竭的诊断与治疗指南》关于慢性心力衰竭（CHF）的诊断标准[7]：出现阵发性呼吸困难、颈静脉怒张、静脉压升高等主要临床症状，夜间咳嗽、活动后呼吸困难、肺活量下降等次要临床症状，心率＞120 次/min；符合两项主要标准或一项主要标准及两项次要标准即可确诊为CHF；③HFpEF及HFrEF诊断结合《中国心力衰竭诊断和治疗指南（2014版）》[8]诊断标准进行诊断：具有典型的HF症状和体征，左室射血分数（LVEF）下降≤50%则诊断为HFrEF；LVEF正常或轻度降低（＞50%）则诊断为HFpEF；④所有患者符合NYHA心功能分级Ⅱ~Ⅳ级；⑤具有完整的临床资料；⑥由患者或家属签署知情同意书。排除标准：①不符合上述纳入标准的患者；②发病前合并低血压、心源性休克、脑卒中、原发性肺动脉高压、急性心肌梗死、病毒性心肌炎者；③合并多脏器功能障碍综合征者；④合并严重肝肾功能衰竭、恶性肿瘤、神经系统疾病、血液系统疾病、严重出血倾向者；⑤长期口服糖皮质激素、免疫抑制剂者；⑥临床资料不全者等。根据纽约心脏协会（NYHA）关于心功能分级标准[6]，Ⅱ级61例，Ⅲ级108例，Ⅳ级98例。根据入院时心脏超声检查结果，118例患者为HFpEF，149例患者为HFrEF。本项研究已获得我院伦理委员会的审查批准。

1.2 研究方法

1.2.1 样本采集 所有受试者经过夜禁食12 h后，次日清晨取坐位，取肘静脉血，加入枸橼酸钠抗凝，4℃ 3000 rpm离心10 min，分离血浆，于-80℃冰箱保存，采集血标本完毕后测量身高、体重及血压。将血液样本送至我院检验科集中进行检测。

1.2.2 血液生化指标 采用DXC800全自动生化分析仪（美国Beckman公司）上检测总胆固醇（TC）、三酰甘油（TG）、高密度脂蛋白（HDL-C）、低密度脂蛋白（LDL-C）、糖化血红蛋白（HbA1C）等。

1.2.3 血糖指标 采用葡萄糖氧化酶法测定空腹血糖（FPG）和餐后2 h血糖（2 hPG）。

1.2.4 GDF-15和ST-2 采用ELISA试剂盒，测定血浆中GDF-15和ST-2含量。按照试剂盒附带的说明书进行操作。ELISA试剂盒购自德国IBL公司。

1.2.5 NT-proBNP 采用电化学发光法测定血液标本中NT-proBNP水平，NT-proBNP试剂盒购自罗氏诊断产品（上海）有限公司，测量范围是0-35000 pg/ml。

1.2.6 心功能检查 采用AplioXU-770型心脏彩色多普勒超声（日本东芝）检查，检测患者LVEF、左心房内径（LAD）、左心室舒张末期内径（LVDd）、二尖瓣血流E峰和A峰流速比值（MVE/MVA）等。

1.3 统计学处理 采用SPSS 17.0统计学软件对数据进行处理。所有变量均进行正态检验，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验。计数资料采用例数（百分比）表示，组间比较采用χ2检验。采用Pearson相关性分析GDF-15、ST-2、NT-proBNP与LVEF的相关性。采用受试者工作特征（ROC）曲线确定GDF-15、ST-2、NT-proBNP联合检测在诊断HFpEF中的临床价值，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般临床资料比较 两组患者体重指数、入院时平均舒张压、糖尿病及吸烟史相比较，差异无统计学意义（P均＞0.05）；HFpEF组患者年龄和收缩压稍高于HFrEF组患者，且以女性患者居多；另外，HFpEF组患者以心功能Ⅱ级和Ⅲ级为主，而HFrEF组患者以心功能Ⅲ级和Ⅳ级为主，差异有统计学意义（P＜0.05）（表1）。

2.2 两组患者实验室生化指标比较 入院时，两组患者FPG、2 hPG、HbAlc、TC、TG、HDL-C、LDL-C水平相比，差异均无统计学意义（P均＞0.05）；HFpEF组患者外周血GDF-15、ST-2、NT-proBNP水平均低于HFrEF组患者，差异有统计学意义（P均＜0.05）（表2）。

表1 患者的一般临床资料分析

2.3 两组患者心功能比较 入院时，HFpEF组患者LVEF高于HFrEF组患者，而其他心功能指标，包括LAD、LVDd、MVE/MVA均低于HFrEF组患者，差异均有统计学意义（P均＜0.05）（表3）。

2.4 GDF-15、ST-2、NT-proBNP与LVEF的相关性 Pearson直线相关性分析显示GDF-15、ST-2、NT-proBNP与LVEF均呈负相关性（P＜0.05）。另外，GDF-15、ST-2、NT-proBNP彼此之间存在一定的正相关性（P＜0.05）（表4）。

2.5 多因素Logistic回归分析HFpEF的发生风险 以发生HFpEF作为因变量（HFpEF赋值为1，HFrEF赋值为0），将上述存在统计学意义的变量作为自变量，采用多因素Logistic回归模型分析HFPEF发生的危险因素，结果显示，年龄、性别、GDF-15、ST-2、NT-proBNP和LVEF是HFpEF发生的独立影响因素（P＜0.05）（表5）。

表2 两组患者实验室生化指标比较（±s）

表2 两组患者实验室生化指标比较（±s）

注：HFpEF：射血分数保留的心力衰竭；HFrEF：射血分数降低的心力衰竭；FPG：空腹血糖；2 hPG：2 h血糖；HbAlc：糖化血红蛋白；TC：总胆固醇；TG：三酰甘油；HDL-C：高密度脂蛋白胆固醇；LDL-C：低密度脂蛋白胆固醇；GDF-15：生长转化因子15；ST-2：肿瘤形成抑制素2；NT-proBNP：N末端脑利钠原

项目 HFpEF（n=118）HFrEF（n=149）t值 P值FPG（mmol/L） 6.95±1.14 6.73±1.26 1.4770.141 2 hPG（mmol/L） 9.04±1.39 8.75±1.51 1.6140.108 HbAlc（%） 6.95±0.56 6.81±0.64 1.8750.062 TC（mmol/L） 4.75±0.53 4.72±0.46 0.4950.621 TG（mmol/L） 1.60±0.24 1.55±0.21 1.8130.071 HDL-C（mmol/L） 2.44±0.53 2.33±0.46 1.8140.071 LDL-C（mmol/L） 3.18±0.36 3.22±0.42 0.8230.412 GDF-15（pg/ml） 0.22±0.16 0.48±0.17 12.7360.000 ST-2（pg/ml） 30.31±19.1247.46±21.536.7880.000 NT-proBNP（pg/ml） 2178.52±985.746385.39±1081.2632.8200.000

表3 两组患者心功能比较（±s）

表3 两组患者心功能比较（±s）

注：HFpEF：射血分数保留的心力衰竭；HFrEF：射血分数降低的心力衰竭；LVEF：左室射血分数；LAD：左心房内径；LVDd：左心室舒张末期内径；MVE/MVA：二尖瓣血流E峰和A峰流速比值

LVEF（%） 57.67±6.41 46.32±5.29 15.8490.000 LAD（mm） 39.83±7.52 44.76±6.78 5.6220.000 LVDd（mm） 46.33±4.24 63.51±4.65 31.1630.000 MVE/MVA 0.74±0.28 1.16±0.41 9.5080.000

表4 Pearson直线相关性分析

2.6 GDF-15、ST-2、NT-proBNP对HFpEF的诊断价值 经ROC曲线分析，GDF-15、ST-2、NT-proBNP联合诊断的ROC曲线下的面积以及敏感度和特异度明显高于单独诊断（χ2=11.355，P＜0.05）（表6，图1）。

表5 多因素Logistic回归分析

表6 ROC曲线分析GDF-15、ST-2、NT-proBNP对HFpEF的诊断价值

3 讨论

HF是心肌梗死、心肌炎等大多数心血管疾病的终末期表现，患者预后较差，尤其近几年，我国逐渐迈进老龄化社会，冠心病、糖尿病、高血压等作为心力衰竭的独立危险因素，其发病率逐年上升，大大增加了我国的医疗负担[9]。2014年，由中华医学会心血管分会颁布的《中国心力衰竭诊断和治疗指南》将HF患者分为HFpEF和HFrEF，指南建议，LVEF是HF分类最重要的指标之一，除此以外，尚需要考虑一些实验室指标，包括NT-proBNP、心肌肌钙蛋白以及炎性因子、纤维化因子、氧化应激因子、神经激素等[8]，但目前尚没有明确哪些指标可作为HFpEF患者的诊断标志物。HFpEF和HFrEF虽然都属于HF，但是因其发病机制、临床表现、预后均存在较大差异，尤其是HFpEF患者，早期缺乏典型的临床指证，心功能一般处于代偿和失代偿波动的阶段，大大增加了诊断困难，从而影响临床个体化治疗[10]。虽然国内外指南已明确规定NT-proBNP可作为HFpEF患者诊断的分子标志物[11]，但因其易受年龄、性别、体质量等因素的影响，且左心室肥厚、心律失常、心肌缺血、慢性阻塞性肺疾病等均可引起其水平升高，因此，若单独采用NT-proBNP作为HFpEF的诊断标志物，其敏感性和特异性均较低，仍然建议联合其他HF标志物以提高临床诊断效能。

HF的发生机制复杂且不明确，除了与心肌功能减退有关以外，还受炎症反应、神经内分泌失调等多因素的影响[12]。GDF-15属于转化生长因子β超家族成员之一，具有明显的心肌组织表达和功能特异性。在正常生理状态下，心肌细胞内GDF-15一般呈弱表达或阴性表达，但是机体一旦发生氧化应激反应、炎症反应或免疫反应等，GDF-15作为保护性细胞因子，在心肌组织内表达量迅速上调，发挥心肌保护作用[13]。ST-2属于白介素-1超家族成员，包括跨模型和可溶性ST-2。以往，大多数研究认为ST-2仅是炎症反应因子，参与免疫功能调控。但是近几年，有研究发现，IL-33是ST-2的特异性配体。并且，越来越多的研究证实，ST-2与IL-33结合后具有显著的心脏保护作用[14]。2013年，由ACCF/AHA指南中已经将ST-2作为NT-proBNP的辅助诊断分子[15]，但ST-2是否可作为HFpEF患者的敏感指标尚待研究。本研究中我们发现，与HFrEF患者相比，HFpEF组患者外周血GDF-15、ST-2、NT-proBNP水平明显下调，并且GDF-15、ST-2、NT-proBNP均与LVEF呈明显的负相关性。经多因素Logistic回归分析，GDF-15、ST-2、NT-proBNP都是HFpEF发生的独立危险因素，受年龄、性别、体质指数（BMI）等外界因素影响较小。提示：GDF-15、ST-2、NT-proBNP可作为HFpEF的潜在预测因子；经ROC曲线分析证实，以上三种因子的联合诊断效能明显高于单独诊断效能。

综上所述，本项研究提出了GDF-15/sST2/NT-proBNP联合诊断HFpEF的新思路。NT-proBNP一直是公认的的诊断HF的典型分子标志物，而ST-2、GDF-15均与NT-proBNP和LVEF密切相关，可作为NT-proBNP的辅助诊断分子，以提高HFpEF患者的诊断率，为预后提供重要的参考信息。