射血分数保留性心力衰竭相关生物标志物概述

刘宏斌

既往对心力衰竭的研究将左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）在45% ～50%之间的心力衰竭描述为舒张性心力衰竭。 随着研究的深入发现， 不仅有些心力衰竭患者没有LVEF 明显下降的表现， 而且在一些LVEF ＜35%的收缩性心力衰竭患者中也同样存在心脏舒张功能的损伤。“舒张性”一词已然不适用于描述心力衰竭的分类，“2016 欧洲心脏病学会 （ESC） 心力衰竭指南”将LVEF ≥50%的心力衰竭描述为射血分数保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）［1］。 HFpEF 在心力衰竭总数中约占50%，其预后并不比射血分数下降的心力衰竭 （heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）更好。 随着社会老龄化的加剧，HFpEF 将对公共卫生健康造成严重影响，因此对HFpEF 的早期诊断和及时评估其预后显得尤为重要。 最新的“2019 欧洲心脏病学会心力衰竭协会（ESC-HFA）共识”推荐将HFA-PEFF 诊断评分用于HFpEF 的诊断中，但现有的诊断标准和检查手段仍不能便捷的对HFpEF 做出快速准确的判断，有时仍需进行有创的血流动力学检查和/或有创/无创的运动负荷试验以明确诊断［2］。 越来越多的研究发现一些生物标志物在HFpEF 中有着不同于其他类型心力衰竭的表达差异，对HFpEF 有重要的诊断和预后价值。 近年来，一系列新型生物标志物为临床医生在HFpEF 的病理生理机制、诊断、预后等方面提供了重要信息，本文将对HFpEF 相关生物标志物进行综述。

1 HFpEF 的病理生理机制

HFpEF 是一种与年龄和心外合并症（包括高血压、肥胖症、糖尿病、慢性肾病、贫血、睡眠呼吸暂停和心房颤动）相关的具有高度异质性的临床综合征［3］。这些共病会导致全身性促炎状态，使微血管内皮功能受损。 氧化应激、微血管数量减少和胶原过度沉积可导致心肌细胞肥大和心脏间质纤维化。 上述HFpEF 时潜在的机制最终引起左室舒张末期压力升高、左房高压；肺血管病变、右心室功能障碍和容量负荷增加等血流动力学的异常进而出现呼吸困难和运动耐力下降等临床表现［4］。

基于HFpEF 患者临床特征的聚类分析结果提示：HFpEF 的高度异质性可能代表了多组不同的病理生理过程［5］。 换言之，不同病因导致的HFpEF 表现出了不同的临床特征以及高度可变的潜在心脏结构和功能的异常。

循环中一些生物标志物水平的高低在HFpEF病理生理机制中有着重要意义，临床上或可通过对这些生物标志物进行检测以帮助对HFpEF 进行早期诊断和预后评估。

2 HFpEF 相关生物标志物

HFpEF 症状的非特异性使其难以被及时、准确的识别，进而导致患者预后的降低和医疗成本的增加。 生物标志物检测以其低成本、低风险和快速周转的特点，为及时确定或排除HFpEF 诊断、判断预后和患者管理提供了一种新的思路。

2.1 心肌牵张标志物 利钠肽（Natriuretic peptides，NPs） 是受心肌牵张影响而分泌的激素，有广泛的生物学效应，通过增加环鸟苷单磷酸以对抗心肌纤维化和肥厚，促进利尿和利钠、扩张血管、抑制交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统。

2.1.1 脑钠肽（Brain natriuretic peptide，BNP）和N-末端脑钠肽前体 （N-terminal proBNP，NT-proBNP）左室舒张末期压力和室壁压力增加是影响BNP/NT-proBNP 生成的重要诱因，储存在心房肌细胞分泌颗粒中的proBNP 释放后以1∶1 的比例分解为有生物活性的C 末端片段BNP（含32 个氨基酸）和无活性的N 末端片段NT-proBNP （含76 个氨基酸），血液中NT-proBNP 的半衰期比BNP 长， 室温条件下在血浆和血清中都能稳定检测。 2007 年，美国临床化学协会提倡将其作为评价心力衰竭的生物标志物。

BNP/NT-proBNP 在心力衰竭诊断中的价值已经得到公认。 “2019ESC-HFA 共识”中推荐的HFAPEFF 诊断评分将NT-proBNP ＞220pg/ml 或BNP ＞80pg/ml 作为非房颤时诊断HFpEF 的主要生物标志物标准［2］。 由于NT-proBNP 水平升高并不是心力衰竭的特异性表现，肥胖、慢性肾脏疾病、心房颤动和肺动脉高压等HFpEF 常见共患病也会导致NPs 水平的改变从而限制其诊断敏感性。 另一方面，无论是否处于心力衰竭的急性期，NPs 均有较高的阴性预测值［1］。 因此，指南中推荐使用NT-proBNP 来排除心力衰竭，而不单独用来进行确诊，并且在合并房颤时推荐采用不同的阈值。

在预测HFpEF 患者预后方面， 虽然HFpEF 患者NT-proBNP 水平较HFrEF 低， 但其对两组患者死亡风险的预测价值近似［6］。 不仅是NT-proBNP 水平的绝对值， 住院HFpEF 患者出院时NT-proBNP的下降比例也可作为出院后死亡率的独立预测指标，6 个月全因死亡率与出院时NT-proBNP 降低百分比呈负相关。 HFpEF 的NT-proBNP 低，但预后与HFrEF 近似， 该现象或与HFpEF 共病负担更多有关，使得临床医生也须注意处理非心血管疾病以改善HFpEF 预后， 且不建议将NPs 水平视为预后的替代指标［6］。

2.1.2 中区心房钠尿肽前体 （Mid-regional proatrial natriuretic peptide，MR-proANP） 较之BNP/NT-proBNP，心房钠尿肽（ANP）测定的可重复性较差，并不是心力衰竭标志物的更优选择，检测技术的进步使得血液中MR-proANP 浓度可以被测定。MR-proANP 缺乏受体结合和蛋白质相互作用，具备更强的稳定性和更长的半衰期，在临床实践中可能比ANP 及其前体或其他片段更具价值。指南中推荐使用MR-proANP ＜120 pmol/L 作为排除心力衰竭的阈值［1］。

Cui 等［7］研 究 发 现HFpEF 和HFrEF 两 组 的 血浆MR-proANP 水平均高于非心力衰竭组，但两组间差异无统计学意义（P＞0.05）。 使用MR-proANP诊断HFpEF 的曲线下面积明显大于NT-proBNP（0.844vs.0.518，P＜0.001），因此，MR-proANP作为HFpEF 的诊断指标可能优于NT-proBNP。HFpEF 与左室主动舒张功能异常和左室壁僵硬增加有关，调节ANP 分泌的左房容积和左房压力是左室舒张功能障碍的直接指标，心房结构和功能的改变也可能在HFpEF 的发病机制中起主要作用，以上可能是使得MR-proANP 对HFpEF 更灵敏的原因［4］。 此外，HFpEF 患者之间MR-proANP 水平与NYHA 分级呈正相关，NT-proBNP 则不存在这种现象，提示MR-proANP 可能成为评估HFpEF 严重程度的指标［7］。

虽然MR-proANP 水平在HFpEF 和HFrEF 间并无统计学差异， 但仅在HFpEF 组中MR-proANP与心力衰竭住院或死亡的复合终点独立相关［8］。

2.2 心肌损伤标志物 肌钙蛋白（Troponins，Tn）是反应心肌损伤的生物标志物，“2017 年ACCF/AHA心力衰竭管理指南”将其作为评估急性失代偿心力衰竭预后的I 类推荐。研究表明HFpEF 患者高敏肌钙蛋白T（TnT）水平明显高于对照组，但与HFrEF无显著差异。 基线时高敏肌钙蛋白I（TnI）的水平可以预测高危高血压患者的新发心力衰竭， 与NTproBNP 联合可提高预测能力，但均无法区分新发心力衰竭是否为HFpEF［9］。 急性失代偿HFpEF 患者Tn 升高与住院死亡率高、住院时间长、出院率低相关， 入院时TnI 升高可独立预测30 d 死亡率、30 d再入院率和1 年死亡率升高。在慢性HFpEF 患者的前瞻性队列研究中，基线时TnI、TnT 升高与1 年全因死亡率和新发心力衰竭住院增加的复合终点独立相关，且相关性强于HFrEF［10］。

2.3 心肌纤维化和基质重构标志物

2.3.1 可溶性生长刺激表达基因2 蛋白（soluble growth stimulation expressed gene 2，sST-2） 和半乳糖凝集素-3（Galectin-3，Gal-3） HFpEF 患者心内膜活检结果提示其心肌纤维化程度增加。 sST-2 和Gal-3 可反映心肌纤维化，“2017 年ACCF/AHA 心力衰竭管理指南” 将sST-2 和Gal-3 列为评价慢性心力衰竭预后的IIb 类推荐。

ST-2 存在跨模型和可溶性循环型（sST-2）两种异构体，前者与IL-33 结合抑制T 细胞介导的炎症反应，抑制心肌细胞肥厚和纤维化。sST-2 竞争抑制了跨模型ST-2，加速心脏重构。

PARAMOUNT 研究发现sST-2 水平与反映HFpEF 患者左室舒张功能障碍的超声指标相关［11］。sST-2 与超声心动图二尖瓣脉冲多普勒血流与二尖瓣组织多普勒成像衍生指标 （E/E'）（R= 0.11，P=0.09）和左房容积（LAV）（R=0.25，P＜0.001）呈正相关， 但目前仍缺乏更多的临床证据来佐证sST-2是反映舒张功能障碍的可靠指标。 此外，基线时升高的sST2 与1 ～1.5 年的死亡率和1.5 年的复发心力衰竭住院率的增加显著相关， 但急性失代偿HFpEF 患者出院时sST-2 水平与6 个月全因死亡或复发心力衰竭再入院的复合终点无相关性，基线时sST2 水平与HFpEF 患者的5 年远期预后也无显著相关［12］。

Gal-3 是巨噬细胞分泌的β-半乳糖苷酶结合蛋白家族的成员，参与细胞的粘附、激活、趋化和凋亡。Gal-3 结合并激活成纤维细胞，使胶原纤维在细胞外基质中沉积，导致进行性的心脏纤维化。

Rabkin 等［13］Meta 分析的结果提示HFpEF 患者Gal-3 水平较对照组显著升高，但HFpEF 和HFrEF组间并无差异，且升高的程度与更严重的舒张功能障碍相关。慢性HFpEF 患者Gal-3 水平的升高还与运动功能和生活质量的下降有关。 研究证实Gal-3可以独立预测HFpEF 患者的预后，Gal-3 的加入不仅可以提高NT-proBNP 的预测能力，还能提升原有风险分层模型的效能［14］。

2.3.2 基质金属蛋白酶 （Matrix metalloproteinases，MMPs）和组织金属蛋白酶抑制剂（Tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）、 Ⅲ型前胶原氨基末端前肽（Procollagen type Ⅲamino-terminal propeptide，PⅢNP） MMPs 和TIMPs 在胶原合成过程中相互作用，共同参与维持细胞外基质的稳态，二者数量和比例的改变以及胶原合成中间产物PⅢNP 的变化都可反映HFpEF 患者纤维化的程度。Zile 等［15］研究发现HFpEF 患者与对照组的血清MMPs（MMP-2、-7、-9）、TIMPs （TIMP-1、-2、-4）、PⅢNP 和CITP 水平有显著差异， 由升高的MMP-2、TIMP-4、PⅢNP和降低的MMP-8 组成的多生物标志物联合模型预测HFpEF 的效能优于包括NT-proBNP 在内的任何单一标志物模型。

2.4 转录组学生物标志物 病理状态时基因表达谱及其调控因子发生改变，为探究疾病发生发展的机制提供了新的思路。 近年来，针对HFpEF 转录组学的研究日益受到重视。几项研究揭示了HFpEF 患者基因表达谱的变化。

Das等［16］首 次 对HFpEF患者进行转录组学的研究，发现在射血分数保留的前临床心力衰竭患者组和非心力衰竭对照组之间冠状动脉搭桥手术围术期心肌组织中与心肌收缩、氧化磷酸化、细胞重构、基质纤维化相关的基因下调。 Hahn 等［17］近期用更多样本量证实了HFpEF、HFrEF 和健康对照组右心室间隔处心肌组织之间存在基因表达的显著差异，并根据差异表达的基因对HFpEF 患者进行聚类分析，发现了3 个在基因表达和临床特征上存在一定异质性的亚组，从基因表达的角度解释了HFpEF患者间的异质性。

受制于心肌组织难以取材以及外周血细胞的转录组测序缺乏组织表达的特异性，目前对于转录组学生物标志物的研究更多的聚焦在易于取材和检测的循环miRNA 上。研究证实了microRNA 区分心力衰竭和非心力衰竭以及区分HFrEF 和HFpEF亚组的能力， 无论是多microRNA 模型或是将microRNA 模型与NT-proBNP 联合， 均可提高单一microRNA 的诊断效能［18-19］。 但仅有极少数microRNA 在不同实验中重复得到证实，每个microRNA 具体在HFpEF 时参与调控的通路仍需更多的研究加以证实。

近年来， 外泌体microRNA 失调被证实在心力衰竭的发生发展中起到重要作用。 外泌体microRNA 有较高的稳定性和组织来源特异性，因此外泌体microRNA 的改变能更好的反应疾病的病理生理过程， 加之其便于取材和测量，有望成为HFpEF 新的生物标志物［20］。

3 总结与展望

HFpEF 作为一种具有高度异质性的临床综合征，目前仍无被广泛认可的特异性生物标志物。 虽然多种能够反映HFpEF 病理生理过程的外周血成分被认为具有成为生物标志物的潜力，却只有少数被用于临床实践且仍无法取代传统的利钠肽类标志物。 新型生物标志物要想从基础研究过渡到临床应用，仍需更多高质量的临床研究以揭示其最大的临床价值，进而为临床医生在HFpEF 的预测、诊断、预后评估和患者管理等方面提供更多可靠信息。