胱抑素C与心力衰竭相关性的研究进展

黄剑桥 谢兴宇

心力衰竭(HF)由心室充盈或射血结构或功能损害引起，临床表现可能为肺淤血、内脏淤血或外周性水肿等，是多数心血管疾病的终末阶段，常见于冠心病、高血压、扩张型心脏病、瓣膜性心脏病患者等[1]。据报道，我国现有HF患者约1 100万，随着人口老龄化的进展，未来HF的罹患率呈上升趋势[2]。HF的发生与心室重塑、氧化应激、炎症反应等机制密切相关。即使目前HF患者的治疗及管理有了较大改善，但HF患者的住院率和死亡率仍较高。HF的发病机制和临床表现较复杂，尤其合并多重症状时，不能简单快速确定HF的发生，因此需寻找有效的指标早期预测HF。血液生物标志物(如N末端脑利钠肽前体、肌钙蛋白I、肌钙蛋白T、可溶性肿瘤生成抑制因子2、半乳糖凝集素3)可以帮助检测HF的存在，确定其严重程度，评估未来事件的风险，并指导治疗[3]。既往研究表明，胱抑素C(CysC)与HF的发生、严重程度、发展及预后存在相关性[4]。本文对CysC的生物学功能及其与HF的相关性作一综述，为CysC的临床应用提供依据。

一、CysC的生物学功能

CysC是有核细胞以恒定速率产生的一种13.3 kDa的内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂，血液中的浓度不受体重或蛋白质摄入量的影响，通过抑制蛋白酶(组织蛋白酶B、L、K、S、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等)来协调组织蛋白酶的生物活性，参与蛋白水解过程。由于CysC分子量较小，易透过肾小球，几乎全部被肾小管重吸收，尿液中一般检测不到。但当患者肾脏处于病理状态时，肾小球清除率下降，CysC不易透过滤过膜，导致其在血液中的水平增高。既往普遍认为CysC与肾功能异常有关，但近期研究发现其与心血管事件和HF发生、发展相关[5]，且不受血清肌酐的影响[6-7]。方存明等[8]通过对155例血清肌酐水平正常的HF患者研究发现，CysC与HF的心功能分级相关，且是除肾功能以外的独立预测因子。黄志平等[9]的Meta分析纳入了3 756例患者，结果显示，HF组患者CysC水平高于无HF组及健康组，随着CysC水平升高，心功能分级也随之增高。国外一项以社区为基础的前瞻性研究纳入8 569例无HF患者，受试者根据心血管疾病病史分为低风险组和高风险组，通过测定不同病理生理结构域的生物标志物，提出了HF的发病率与CysC水平相关[10]。由此可以看出CysC与HF的发生存在一定关系。

二、CysC在HF中的作用

1.CysC与心室重塑：心室重塑是指心脏大小、形状和功能的一系列渐进性变化，这些变化由心肌损伤或室壁应力增加引起。其主要目的是为了保证有效的心功能，以保证人体血液的需求，但持续失代偿会导致心脏功能的损害加重，最终出现心功能不全甚至HF，这是HF发生的基本机制。研究表明，细胞外基质重塑和心肌重塑为心室重塑的病理过程。心肌细胞外基质是由胶原、弹性蛋白、纤粘蛋白、层粘蛋白及蛋白聚糖等组成，其中最主要的是胶原，而细胞外基质的重塑是通过胶原合成与降解来维持其稳态的过程。目前已发现的心肌胶原类型包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型。心室细胞外基质以Ⅰ型和Ⅲ型胶原为主，Ⅰ型胶原主要介导心室壁的硬度和脆性，而Ⅲ型胶原参与构成心室壁的弹性。在心室重塑过程中，Ⅰ型和Ⅲ型胶原比例失调，随之引起心肌胶原纤维降解增加，从而导致心肌弹性下降，心室腔扩大，心室壁变薄。而半胱氨酸蛋白酶表现出较强的胶原降解活性和纤维分解活性。CysC作为半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族的一员，能通过调节半胱氨酸蛋白酶的活性，影响心肌弹力纤维和胶原纤维的平衡，从而引起心室和血管壁重塑[11]。有研究报道，CysC不仅可以通过抑制胶原降解使胶原在心肌间质中积聚增多，还可以通过促进心肌成纤维细胞增殖促进心肌纤维化的发生发展[12]。但关于CysC如何促进心肌成纤维细胞增殖的研究较少，其机制暂不确定。有学者猜想CysC能通过糖基化的N末端激活一种促有丝分裂因子-成纤维细胞生长因子-2促进神经干细胞增殖[13]。不仅如此，国外也有文献报道当心肌纤维中CysC表达增加时，Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维表达增加，纤维母细胞数量增加，纤维化作为心室重塑的重要进程是导致心脏收缩功能及舒张功能障碍进而造成HF的重要原因[14]。CysC影响了心室重塑的进度，因此可作为早期预警HF发生的标志物。

2.CysC与氧化应激：氧化应激的定义是活性氧(ROS)自主产生(即过度)和活性氧降解能力之间的不平衡。研究表明，人类心肌病变基本上均与高水平的ROS有关，高水平的ROS会引起心脏组织的氧化还原应激[15]。相比之下，低水平稳定的ROS在心肌细胞的生理性信号转导细胞通路中起关键作用[16]。事实上，ROS是各种细胞新陈代谢的产物，包括线粒体电子传递或作为广泛的细胞内酶的产物。病理性氧化应激可能来自线粒体功能障碍、氧化还原代谢的中断，从而导致ROS生成通路的激活。在许多心血管疾病状态下，病理性氧化应激与细胞能量紊乱、有害蛋白及器官功能障碍有关[17]。李燕等[18]在HF兔模型中观察到，通过药物干预提升心肌的抗氧化能力，心功能可明显改善，且延缓HF的发生。有学者在大鼠模型中通过亚致死剂量过氧化氢(H2O2)处理大鼠心肌细胞和心肌成纤维细胞，采用质谱技术检测条件培养液中分泌的蛋白质因子，发现H2O2导致心肌细胞条件培养液中的CysC水平升高[19]。Medvedeva等[20]对190例既往有心肌梗死和慢性HF[纽约心脏病学会(NYHA)心功能分级Ⅱ～Ⅳ级，根据NYHA心功能功能分级将患者分为3组]患者进行26个月的随访研究，结果显示，CysC与血浆氧化应激呈相关性。尽管CysC和氧化应激之间有明确的联系，但其介导氧化应激的机制尚不明确。有研究表明，其可能从三个方面介导氧化应激：(1)在氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的血管平滑肌细胞(VSMC)凋亡中,细胞ROS生成量增加，而ROS参与细胞的凋亡过程，CysC可减少其产生，削弱ROS所致的细胞凋亡；(2)CysC在一定程度上可减少细胞线粒体损伤，从而起抗细胞凋亡的作用；(3)受ox-LDL诱导的VSMC凋亡中,线粒体损伤后,其膜的通透性改变,细胞凋亡启动因子从线粒体内释放,从而激活凋亡蛋白酶,加强caspase-3的蛋白水解活性,进一步促进细胞凋亡，CysC在一定程度上可有效地抑制caspase-3的活性,缓解ox-LDL诱导的细胞凋亡[21]。当HF发作时，ROS的产生与降解失衡，随着HF的加重，ROS的产生增多，CysC水平也随之升高。

3.CysC与炎症反应：HF的代偿机制较复杂，包括心脏本身、心脏以外的血容量改变及神经体液等多种机制。据报道，炎症反应也是HF的基本机制之一[22]。在许多情况下，炎症反应会对宿主组织造成损伤，导致器官功能障碍。炎症过程对心血管疾病的发生、发展和转归起至关重要的调节作用。全身炎症状态可致冠状动脉微血管内皮炎症的发生，降低邻近心肌细胞的一氧化氮(NO)生物利用度、环一磷酸鸟苷(cGMP)和蛋白激酶G(PKG)活性，致使心肌细胞肥大及僵硬度增高[22]。NO是由体内的L-精氨酸在NO合酶作用下生成的血管内皮依赖性舒张因子，其合成释放量下降时血管内皮细胞受损导致单核细胞向内皮迁移粘附，从而促进内皮素的释放[23]。在心脏上有丰富的内皮素受体，内皮素与组织中相应受体结合，激活第二信使cGMP，从而加重HF。

王锡惠等[24]的研究结果显示，在慢性HF合并房颤患者中，CysC的表达与内皮素存在相关性，但其具体机制尚未明确。国外一项关于两个社区老年人HF的队列研究发现，血清内皮素升高与左心室功能不全及HF风险增加相关[25]。另外HF发作时往往会出现低氧血症。在低氧血症时，心肌细胞释放促炎细胞因子和化学因子，促进炎症因子的释放。国外有文献报道，CysC通过增强中性粒细胞的吞噬作用和趋化作用，参与细胞迁移、炎症反应的过程，进而促进HF的发生[26]。炎症因子的早期作用是修复损伤的心肌，而持续或高水平表达可能损害心肌及心肌以外的组织。既往研究表明，在HF病情进展中白介素家族占重要地位[27]。有一种猜想为CysC可能是炎症细胞因子反应的一部分，当CysC激活启动炎症相关的级联因子，同时在作用过程中还可激活白细胞介素家族成分，产生多种活化细胞因子，从而加重HF[28]。

4.CysC与HF预后：随着对HF患者的研究，发现CysC水平与HF的住院率和病死率有关，且CysC可影响HF患者的预后。Chen等[29]收集了PubMed和Embase数据库中的10项前瞻性研究，纳入3 155例HF患者进行Meta分析，结果显示，与CysC低水平组比较，CysC高水平组患者死亡率和再住院率增加。湛勇等[30]纳入143例HF住院患者研究，通过12个月的随访发现心功能Ⅲ～Ⅳ级(NYHA分级)患者血清CysC水平明显升高，且血清CysC升高可预测患者1年内死亡率。施根灵等[31]通过对比研究发现，CysC的临界值为1.59 mg/L，当CysC增加时，HF患者不良预后风险增加，临床结局相对低水平CysC的HF患者明显较差。国外一项回顾性研究通过监测76例慢性HF患者再同步化治疗(CRT)术前和术后血清CysC水平发现，术后1个月后血清CysC水平开始明显下降[32]。张春晓等[33]通过对248例HF住院患者进行回顾性研究发现，随着心功能分级的增加，血清CysC水平也升高。因此，CysC与HF的病情进展及预后存在一定相关性。HF患者常伴有肾功能改变，其原因可能是由于心输出量减少，继而影响肾小球滤过率(GFR)，或神经激素活性增加[交感神经系统(SNS)、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)和精氨酸加压素(AVP)]。而持续的神经内分泌激素过度释放使血液中儿茶酚胺、内皮素、血管紧张素、精氨酸加压素等浓度增加。上述物质均具有缩血管作用，缩血管物质的持续刺激使肾脏缺血、缺氧，进一步加重肾损伤，从而导致肾小球滤过功能障碍，CysC不易滤过，而使其血清水平升高。尽管目前尚不完全明确CysC的表达机制，但根据现有的研究发现CysC可作为评价HF患者心血管事件风险及远期预后的重要指标之一[34]。

三、小结

CysC作为一种在生物体中广泛表达的半胱氨酸蛋白酶抑制剂，参与多种生理过程，在HF的发生、进展及预后发挥重要作用。此外，其还可以用于HF患者的危险分层，有助于在门诊基础上作出住院或治疗的决定，并有可能预测CRT患者术后的死亡风险和早期住院率。另外，CysC的检测方法简便、快速、稳定性高，作为生化系列常规指标，便于连续监测，适用范围广。CysC联合其他生物学指标有望成为HF患者早期诊断、治疗、病情进展及预后的临床标志物。