生物标志物在监测化疗相关心脏损伤中的研究进展

高然、花秀猛、宋江平、王金辉、明超综述，赵光强审校

根据流行病学研究，预计从2007 年到2030 年，全球癌症负担将增加一倍[1]。近30 年来，癌症死亡率大幅下降[2-4]。随着患者生存时间延长，化疗导致的器官损害尤其心脏毒性损伤俨然成为影响癌症患者远期预后的重要因素之一[5]。抗癌治疗导致的心脏损伤具有特异性且程度不同，包括血管痉挛、高血压、心肌缺血及心律失常（例如QTc 间期延长）[5]。用于监测心脏毒性的方法较多，包括血液检查、超声心动图、心脏磁共振成像以及心内膜心肌活检[5-6]。现行血液检查多以心肌损伤共同指标判断心脏毒性，特异度不高；超声心动图评估具有滞后性；磁共振成像价格高昂且应用范围局限；心内膜心肌活检存在假阴性可能，且风险较大。为了寻找可早期、特异识别化疗心脏毒性的可靠诊断方法，人们开始致力于研究以血液检查为基础的生物标志物。

1 化疗导致的心脏毒性

20 世纪70 年代，蒽环类化疗药相关的有症状心力衰竭首次被描述[7]。此后，人们发现包括DNA合成抑制剂及烷化剂、抗微管剂和蛋白酶抑制剂等都具有心脏毒性[8]。引起心脏毒性的最常见的化疗药物是蒽环类药物，其导致的心脏毒性常表现为左心室功能不全和心律失常[9]，一些其他化疗药物还可导致冠状动脉痉挛、缺血性心肌病、心律失常等[10]。2016 年欧洲心脏病学会发布的癌症治疗心血管毒性立场文件，将抗癌相关心脏损伤定义为化疗前后左心室射血分数（LVEF）下降超过10%至低于正常值[10]。化疗导致心脏毒性的机制众说纷纭，如氧化应激、拓扑异构酶2β 的抑制、细胞自噬、心肌质量丢失[5,11]。目前较为公认的是氧化应激和拓扑异构酶2β 的抑制引起DNA 损伤及双链断裂，最终导致心肌细胞凋亡[11]。

2 化疗导致心脏毒性的生物学标志物

近年来人们开始以血液检查为基础，探索癌症治疗相关心脏毒性的生物学标志物。我们结合文献报道，将常见的化疗相关心脏损伤的生物标志物总结如表1。

表1 常见化疗相关心脏损伤的候选生物标志物

2.1 肌钙蛋白

肌钙蛋白是心肌细胞的调节蛋白，心肌损伤时释放入血，是检测任何原因导致心脏坏死的金标准[5,12-14]。研究表明，肌钙蛋白检测心脏毒性时效性远胜以超声心动图检测LVEF 下降的情况[15-16]。在接受高剂量蒽环类药物治疗的患者中，心肌肌钙蛋白（cTn）I 一过性升高可预测LVEF 的下降及其程度[15]。肌钙蛋白持续升高1 个月的患者较一过性升高者更易发生心脏不良事件，而未升高者3 年随访发生心脏不良事件的概率仅为1%[16]。高敏肌钙蛋白与普通肌钙蛋白相比，可以更早发现心脏损伤，研究发现心脏毒性发生的风险与蒽环类药物化疗后高敏肌钙蛋白I（hs-TnI）绝对值改变相关[17]。然而，肌钙蛋白对心脏毒性诊断特异性不高，尤其当患者有潜在或已知心脏疾病的情况下无法特异性识别心脏毒性，其在非蒽环类药物化疗中的作用亦未证实。

2.2 利钠肽（NP）

NP 升高与高钠血症、循环中容量或压力负荷过高相关，可用于成人及儿童癌症患者化疗引起的左心室功能障碍的监测[18]。NP 主要包括心房利钠肽（ANP）、B 型利钠肽（BNP）、C 型利钠肽（CNP）和尿舒张肽。其中，BNP 和N 末端B 型利钠肽原（NT-proBNP）常被用于心脏毒性的检测[8，19]。一些时效性研究表明，BNP 水平可在化疗开始即出现升高，并在3～7 d 达峰值，2 周内回到基线水平[8]。NT-proBNP 可在化疗开始24 h 内即出现升高，但这一时间窗存在争议，Broeyer 等[20]在33 例接受阿霉素化疗的癌症患者中发现，NT-proBNP 在每次化疗开始24 h 内升高，并于下次化疗开始前回到基线水平。Ekstein 等[21]在23 例应用蒽环类药物化疗的儿童患者中发现，NT-proBNP 仅在首次应用阿霉素化疗时显著升高，后续化疗不会再次升高。然而，NP作为心脏毒性生物标志物也具有一定的局限性，在临床前心力衰竭或已存在临床心力衰竭的患者的抗癌治疗过程中，NP 无法有效分辨化疗导致心脏损伤和原有心脏疾病加重。

2.3 C 反应蛋白（CRP）

近年来人们发现，CRP 是反映心血管疾病强有力的预示因子与危险因子[22]。研究发现，CRP 可用于监测心脏毒性，Ky 等[17]通过对78 例乳腺癌患者进行随访，发现包括CRP 在内的几种生物学标志物均在化疗后第二次随访时升高（P＜0.05）。高敏C 反应蛋白（hs-CRP）灵敏度更高，hs-CRP 水平升高也与LVEF 下降以及心脏舒张功能障碍有关[8]，但其在心脏毒性预测方面的作用仍存在争议[18]。尽管CRP 可作为生物标志物之一预测心脏毒性，但其更常用于评估急性炎症，诊断心脏毒性的特异性较差。

2.4 髓过氧化物酶（MPO）

MPO 由中性粒细胞产生，可以导致氧自由基的产生和脂质过氧化，进而促进冠状动脉粥样硬化[18]。研究者通过监测化疗患者化疗前后MPO、cTnI、CRP、NT-proBNP、生长分化因子15、胎盘生长因子、可溶性FMS 样酪氨酸激酶受体-1、半乳凝集素-3 水平，发现MPO 升高与化疗后心脏毒性风险存在相关性，但其应用于临床仍需进一步验证[8, 17]。

2.5 心型脂肪酸结合蛋白（H-FABP）

H-FABP 是一种在心肌细胞质中含量丰富的小分子可溶性蛋白质，可将脂肪酸从细胞膜转运到线粒体，参与脂肪酸代谢，为心肌收缩提供能量。有研究纳入了40 例接受6 周期化疗的非霍奇金淋巴瘤患者，发现第一周期化疗后24 h 即可出现H-FABP升高，研究者认为H-FABP 可用于预测阿霉素诱发的心脏毒性[23]。H-FABP 监测心脏毒性的临床应用价值仍需要更多研究的证实。

2.6 糖原磷酸化酶同工酶（GPBB）

糖原磷酸化酶是糖原代谢的关键酶，可为心肌收缩提供能量，分为三种亚型，其中GPBB 在心肌细胞中占主导地位[24]。Horacek 等[25]对接受蒽环类药物化疗的24 例白血病患者进行血液监测，发现在首次化疗后GPBB 升高（超过7.3 μg/L）阳性率达29.2%，末次化疗结束时阳性率20.8%，化疗结束后6 个月则为33%，研究者还将GPBB 与H-FABP、cTnT 等进行比较后发现，GPBB 对于心脏毒性检测的敏感度更优。

2.7 基于组学技术的新型生物标志物

2.7.1 基于转录组学的心脏毒性生物学标志物

基于转录组学在心脏毒性方面的研究近年取得了一些新的进展。Stuhlmiller 等[26]通过三种蛋白激酶抑制剂建立了小鼠心脏毒性的动物模型，进行RNA 测序转录组学分析及质谱分析后发现，埃罗替尼之所以不引起心脏毒性是因其上调了心肌保护性信号转导及转录3 通路活化因子。

非编码RNA 在基因表达调控及维持内稳态上起着不可或缺的作用。近年来也有学者认为，微小RNA（miR）可用于预测化疗相关心脏毒性。有研究显示，接受蒽环类药物治疗的大鼠心肌组织及血浆中miR-34a-5p 水平发生改变， miR-34a-5p 靶向调控Sirt1 促进心肌细胞凋亡，激活miR-34a-5p/Sirt1/p66shc 通路会促进阿霉素诱导的心脏毒性[27]。Yin 等[28]发现，miR-320a 可以通过血管内皮细胞生长因子（VEGF）信号通路介导化疗相关心脏毒性。miR-532-3p 通过激活细胞凋亡受体干扰线粒体分裂从而介导蒽环类药物相关心脏毒性[29]。此外，近年来通过长链非编码RNA（lncRNA）预测心脏损伤成为一个新的热点，许多lncRNA 在心脏中可作为miR 分子海绵并调控缺血-再灌注损伤，有些lncRNA 也可以作为表观遗传调控因子[30]。研究发现，化疗可能导致lncRNA 的丰度及分布发生改变，将lncRNA 作为心脏毒性生物标志物的研究目前仍处于探索阶段。

2.7.2 基于蛋白质组学的心脏毒性生物标志物

随着液相色谱-质谱（LC-MS）的迅速发展，基于蛋白质组学进行的心脏毒性生物标志物的研究也进入了人们的视线。Beer 等[31]收集3 例阿霉素、曲妥珠单抗化疗后出现心脏损伤的患者及4 例匹配患者的血液进行LC-MS 分析，发现接受阿霉素及曲妥珠单抗化疗的患者化疗前免疫球蛋白E 水平与化疗心脏损伤发生风险呈负相关。

2.7.3 基于代谢组学的心脏毒性生物标志物

代谢组学可通过定性、定量研究化疗过程中代谢物的变化，筛选和鉴别新型心脏毒性生物标志物。Finkelman 等[32]纳入170 例蒽环类化疗的乳腺癌患者，以超声心动图评估LVEF，其中32 例出现心脏毒性表现，研究者监测血液精氨酸-一氧化氮循环中代谢物的变化发现，化疗后2 个月不对称二甲基精氨酸及单甲基精氨酸的风险比分别为3.33（95%CI：1.12～9.96）和2.70（95%CI：1.35～5.41）。Li等[33]建立化疗心脏毒性大鼠模型，根据质谱分析得到9 个潜在差异代谢物，结合肝毒性和肾毒性的代谢组学结果进行验证和优化，发现L-肉碱、19-羟脱氧皮质甾酮、溶血磷脂酰胆碱（14:0）、溶血磷脂酰胆碱（20:2）的特异度最强。

3 总结

寻找化疗相关心脏损伤的早期诊断和筛选方法是改善患者生存率的有效途径之一。在过去十几年里，随着新的研究方法不断出现，人们在化疗相关心脏损伤的生物标志物方面的研究取得了不错的成果。生物标志物作为一种极有前景的早期、实时诊断工具，将逐步规范地应用于临床。这一目标的达成有赖于未来更多更大的前瞻性、多中心的研究结果支持。