扩张型心肌病的循环生物标志物研究进展

刘文虎，胡靖，汪朝晖

华中科技大学同济医学院附属协和医院心内科，武汉430022

扩张型心肌病是一种原因不明的心肌疾病，其特征是左心室或双心室扩张伴收缩功能障碍。尽管这些年已经取得了巨大的治疗进展，但扩张型心肌病仍是心力衰竭和心脏移植的重要原因，给家庭和社会带来沉重负担。因此扩张型心肌病的早期诊断、早期治疗、疾病监测和预后判断对于提高扩张型心肌病患者的生存率和生活质量具有重要意义[1]。然而，由于扩张型心肌病临床表现复杂多样，现有的监测手段在实际临床工作中往往不能很好地满足医师对患者病情管理的需求。因此，探索新的检测方法具有重要意义。循环生物标志物作为一种简单而实用的工具，可以提供关于扩张型心肌病的重要信息，具有广阔的发展前景[2]。目前扩张型心肌病潜在的生物标志物主要包括心脏特异性[B型钠尿肽(BNP)、N末端B型钠尿肽原(NT-proBNP)、心肌肌钙蛋白I(cTnI)和心肌肌钙蛋白T(cTnT)]或者其他器官[半乳糖凝集素-3(Gal-3)、生长分化因子-15(GDF-15)和生长刺激表达基因2蛋白(ST2)]分泌的蛋白质、非编码RNA(ncRNA)和心脏特异性的自身抗体。现就扩张型心肌病的循环生物标志物研究进展进行综述。

1 BNP和NT-proBNP

心脏应激导致心肌细胞分泌的心脏特异性BNP以及NT-proBNP，在欧洲心脏病学会(ESC)心力衰竭指南中被定义为心力衰竭的金标准诊断生物标志物。由于扩张型心肌病被归类为心脏扩张且左心室射血分数<45%的非缺血性心脏病，且心力衰竭是大多数心肌病患者常见的最后病程阶段，所以常规BNP和NT-proBNP检测适用于具有心力衰竭症状的扩张型心肌病患者[3]。然而，关于早期扩张型心肌病患者中BNP或NT-proBNP的有价值的研究数据很少。研究人员评估了NT-proBNP在Lamin A/C(LMNA)突变携带者(21例LMNA突变携带者和32例亲属)不良预后中的作用，结果表明LMNA突变携带者血清中NT-proBNP明显高于亲属(P=0.003)，而且升高的NT-proBNP水平(>150 pg/mL)有助于评估恶性心律失常的风险分层[4]。另一项包含622例扩张型心肌病患者的回顾性队列研究表明，血浆NT-proBNP可以独立预测扩张型心肌病的全因死亡率，与年龄、左心室直径、NYHA功能等级和左心室射血分数无关。具体来讲，在平均2.6年的随访中，与NT-pro-BNP<2 247 pmol/L的患者相比，NT-pro-BNP>2 247 pmol/L的患者的全因死亡率更高(Log-Rankχ2=35.588,P<0.001)[5]。另外，NT-proBNP在亚临床扩张型心肌病中的应用还得到了动物研究的支持。扩张型心肌病是犬最常见的心脏疾病之一，而NT-proBNP作为杜宾犬隐匿性扩张型心肌病的诊断生物标志物被广泛接受。其中的一项研究表明，患有扩张型心肌病的狗和在1.5年内发展为扩张型心肌病的狗的血浆NT-proBNP水平均高于正常组[6]。总之，BNP和NT-proBNP在检测亚临床扩张型心肌病方面具有重要价值，但目前迫切需要对不同患者进行纵向队列研究来证实这一点。

2 cTnI和cTnT

cTnI和cTnT是心肌肌肉收缩的调节蛋白，已作为心肌梗死和急性冠状动脉综合征的经典血浆生物标记物在临床中广泛应用[7]。此外，这两种肌钙蛋白还可以预测扩张型心肌病患者的不良预后。KAWAHARA等[8]首次探索了超敏肌钙蛋白T(hs-cTnT)在非缺血性扩张型心肌病患者中的预后价值，检测了85例非缺血性扩张型心肌病患者(随访过程中有20例心脏死亡)血清cTnT、hs-cTnT和BNP水平，并在长期随访期间发现，76例患者hs-cTnT升高(≥0.001 ng/mL)。另外，在这76例患者中，非幸存者的血清hs-cTnT水平显著高于幸存者。这表明血清中升高的hs-cTnT可能是一个有用的预后预测因子，独立于左心室射血分数或者BNP。因此，高浓度的血清hs-cTnT反映了持续的心肌损伤。另一项包含54例扩张型心肌病患者的小样本研究表明，高水平的血清hs-cTnT与心脏不良事件的发生密切相关。此外，血清hs-cTnT可能是预测左心室重构的生物标志物[9]。最近一项关于LMNA基因突变导致的心肌病的研究报道，在扩张型心肌病的临床症状出现之前，大约三分之二的LMNA基因突变的心肌病先证者和超过三分之一的先证者家属hs-cTnT水平升高(>14 ng/L)，而且hs-cTnT水平升高似乎是心肌病发展过程中最早出现的异常，这表明hs-cTnT可能是一个早期标志物，其水平的升高在这些携带者中提示危险信号[4]。因此，心肌损伤标志物cTnI和cTnT，在未来用于评估扩张型心肌病是值得期待的。

3 自身抗体

针对自身抗原的抗体，即所谓的自身抗体，是血浆生物标志物的另一个潜在来源。抗心脏自身抗体(AHA)，是针对心脏组织的自身抗体，在心肌炎常可以被检测到。在一项对169例扩张型心肌病的592例无症状一级或二级亲属进行调查的研究中发现，大约三分之一的亲属有AHA，部分超声心动图正常而AHA阳性的患者可能有进展为扩张型心肌病或临床前扩张型心肌病的风险，而这些潜在的发生风险单靠超声心动图是无法识别的。这表明在扩张型心肌病患者的健康亲属中，AHA是5年内疾病发展的独立预测因子[10]。这一发现导致ESC心肌和心包疾病工作组将AHA纳入扩张型心肌病亲属的诊断标准中。多项研究已经证实，扩张型心肌病患者的血浆中存在针对cTnI的特异性自身抗体，尽管有人提出慢性扩张型心肌病患者的生存期与针对cTnI的特异性自身抗体存在相关性的观点，但是这些抗体与疾病之间的关系仍不明确[11]。另外一些研究表明，抗线粒体腺嘌呤核苷异位酶(ANT)抗体、抗肾上腺素能β1受体抗体、抗胆碱脂能M2受体、抗肌球蛋白重链抗体、抗L-钙通道抗体具有致病作用，且在扩张型心肌病患者血液中升高[12]。然而现在就AHA在突变携带者亚临床疾病检测或扩张型心肌病诊断方面的潜力得出结论还为时过早，还需要进行额外的研究。

4 ncRNA

尽管80%的人类基因组被转录，但只有1%～3%的转录本被进一步翻译成蛋白质。绝大多数人类基因转录本是ncRNA,与相对数量保持稳定的蛋白质编码基因相反，ncRNA的数量随着生物体的复杂性不断增加[13]。ncRNA在人体内多种体液(包括血液)中广泛存在，血液的易得性和微创性使它们具有作为生物标志物的潜力。从临床角度来看，非编码转录本，特别是微小RNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)，具有绝佳的生化特性，可作为很好的生物标志物。具体而言，miRNA和lncRNA不容易降解，在生物样本中具有较长的半衰期，并且可以通过常规实验室技术测量。RNA可以通过实时定量逆转录聚合酶链反应以高灵敏度和特异性进行定量。而且与蛋白类生物标志物相比，ncRNA即使在少量时也可以被量化。此外，芯片技术和新二代测序技术的飞速发展使得研究者可以在单个实验中获得RNA的全局信息[14]。

已有多项外周血的组学研究表明，miRNA组可能作为炎症性心肌病和家族性心肌病非侵入性具有诊断功能的生物标志物，表明外周血miRNA至少可以作为辅助检查来帮忙寻找扩张型心肌病的病因[15-16]。其中，let-7f、miR-197、miR-223、miR-93、miR-379、miR-21和miR-30a-5p的差异表达使研究者能够区分炎症性心肌病患者和健康个体(P<0.05，特异性超过93%)[15]。考虑到单个miRNA的诊断能力可能太低，无法证明其转化为临床实践的合理性，基于miRNA的生物标志物的开发应更多地关注联合诊断。一个由6种miRNA(let-7a-5p、let-7g-5p、miR-16-2-3p、miR-210-3p、miR-215-5p和miR-629-5p)组成的面板被开发用来区分家族性和非家族性扩张型心肌病，该面板在区分方面优于最佳个体miRNA(miR-210-3p)[16]。另外，miRNA也可以预测扩张型心肌病的预后。一项针对小儿扩张型心肌病患者预后的研究表明，心室功能恢复和未恢复的儿童(需要心脏移植或移植前死亡的患者)之间的miRNA(miR-155、miR-639、miR-636和miR-646)表达存在差异，并且这些miRNA对小儿扩张型心肌病的预后具有重要价值[17]。另一项研究表明，循环miR-185可能是扩张型心肌病患者临床预后的新型生物标志物。在12个月的随访中发现，循环miR-185水平高的患者左心室收缩功能明显改善，而心血管病死率和心力衰竭再住院总入院率显著下降[18]。然而，关于lncRNA作为扩张型心肌病生物标志物的研究很少。一项共纳入266例对照者和818例患者的研究发现，lncRNA ENST00000507296和ENST00000532365能够作为扩张型心肌病相关心力衰竭的诊断生物标志物。另外，较高水平的循环lncRNA ENST00000507296提示扩张型心肌病患者发生心血管不良事件的风险较高[19]。总之，ncRNA具有作为生物标志物的优良特性。相信随着生物技术的快速发展，ncRNA将作为扩张型心肌病的循环生物标志物在临床上得到应用。

5 ST2

可溶性ST2(sST2)是一种白介素家族的成员，用于评估心力衰竭或急性冠状动脉综合征患者的心脏重塑和组织纤维化。在2017年修订的ACC/AHA指南中，ST2被给予Ⅱa类推荐，用于心力衰竭患者的风险评估[20]。一项关于sST2对扩张型心肌病患者(包含262例扩张型心肌病患者)的预后价值研究表明，sST2可独立预测全因死亡率和心脏病死率。另外，亚组分析显示sST2在特发性和炎症性扩张型心肌病中具有较好的预测性，但在家族性扩张型心肌病中基本没有预测性[21]。还有研究纳入了107例临床情况稳定的扩张型心肌病患者，在平均4.8年的随访期中观察到，患有慢性代偿期心力衰竭的扩张型心肌病患者的ST2水平升高与死亡或心脏移植风险的增加有关[22]。最近在小儿扩张型心肌病中也证实了血清sST2水平与心脏不良事件的相关性。该研究测量了94例小儿扩张型心肌病患者的BNP和sST2水平，发现与单独使用BNP相比，sST2在识别高危扩张型心肌病方面更有优势[23]。因此，sST2目前被认为是扩张型心肌病患者预后和风险评估的重要生物标志物，被纳入2017年美国心脏病学会更新的心力衰竭指南[24]。

6 Gal-3

Gal-3是一种β-半乳糖苷结合蛋白，属于凝集素家族，具有多效调节活性并参与多种生物学过程，如炎症、组织纤维化和血管生成[25]。这种蛋白质在心脏中释放，可导致心脏成纤维细胞的激活，从而促进心脏的纤维化过程。众所周知，心肌纤维化在扩张型心肌病的发生发展中发挥重要作用。此外，心肌纤维化可通过折返机制，增加持续性室性心动过速或心室颤动的风险，这提示心脏纤维化可能与扩张型心肌病的室性心律失常有关[26]。一项前瞻性队列研究描述了扩张型心肌病患者的循环Gal-3水平与心肌纤维化之间的关系，研究表明，与循环Gal-3水平低(<中位数)的扩张型心肌病患者相比，Gal-3水平高的患者的CRP、cTnI、BNP更高(P<0.05)，而左室射血分数更低(P=0.006)。另外，Gal-3水平高的患者经钆对比剂延迟强化(LGE)技术发现心脏纤维化更重(P=0.010)。[27]。鉴于单用心室LGE预测扩张型心肌病患者预后的局限性，一项中国的前瞻性研究评估心脏磁共振成像联合Gal-3水平对扩张型心肌病患者的预后价值，通过LGE状态和Gal-3水平的组合预测扩张型心肌病主要心脏不良事件(心源性死亡、心室颤动和室性心动过速、加重的心力衰竭)的Kaplan-Meier生存分析表明，LGE阳性+高Gal-3组更可能发生主要心脏不良事件(P=0.004)。这表明心脏磁共振成像联合Gal-3水平可能为扩张型心肌病患者预后提供更准确的预测价值[28]。但当前的研究样本数量较小，需要进一步研究评估Gal-3在扩张型心肌病中的诊断或者预后价值。

7 生长分化因子-15(GDF-15)

GDF-15，也称为血清巨噬细胞抑制性细胞因子-1，是一种属于转化生长因子β(TGF-β)超家族的蛋白质，是一种应激反应性细胞因子，在调节炎症、纤维化和凋亡等过程中发挥作用[29]。一项包含52例扩张型心肌病患者的小型前瞻性研究显示，GDF-15与扩张型心肌病心律失常的风险分层有关。另外GDF-15在预测扩张型心肌病致死性心律失常事件方面要优于sST2，因此，有人建议在左心室射血分数的基础上补充GDF-15来提供额外信息，以便更好地识别有心律失常死亡风险的患者[30]。LOK等[31]评估了扩张型心肌病患者在左心室辅助装置支持期间的循环GDF-15水平，观察到终末期扩张型心肌病的循环GDF-15水平显著升高，GDF-15水平与心肌纤维化程度有关，并在左心室辅助装置卸载后的1个月内迅速下降至接近正常水平。然而，作者检测到心脏中GDF-15的RNA和蛋白质表达很低，这表明心脏不是这些患者循环GDF-15升高的主要来源。因此，扩张型心肌病循环高水平的GDF-15可能主要由心外器官产生，这与最近的动物研究[32]一致。最近NAIR等[33]评估GDF-15在扩张型心肌病心脏重构中的作用，发现GDF-15与心脏纤维化和重塑的标志物(如sST2和MMP)相关，并且与心脏功能的结构和功能参数相关。这些研究表明GDF-15可能是扩张型心肌病的一种新型生物标志物，但是距离临床应用还需要更多的临床证据。

8 无细胞DNA(cfDNA)

cfDNA是高度片段化的双链DNA，在正常生理条件下可在体液(血浆/血清、尿液、脑脊液等)存在。血液中的cfDNA可能有两个主要来源，即活细胞凋亡、坏死产生和cfDNA的主动释放(由囊泡运输、外泌体、造血细胞释放DNA片段等)。循环cfDNA已被成功地作为生物标志物用于多个领域，如癌症的发展、产前诊断、肾脏疾病、风湿性疾病和心脏病等。在心脏病方面，cfDNA被认为是高血压和心肌损伤的生物标志物[34]。一项研究发现，未甲基化的Refilin A(FAM101A)基因可以特异性追踪到源自心肌细胞死亡的cfDNA，为测量缺血期间的细胞凋亡提供了一个新思路[35]。升高的无细胞线粒体DNA水平与严重的急性心力衰竭患者的高病死率有关，表明cfDNA是一种有用的生物标志物，可用来评估急性心力衰竭风险分层[36]。此外，已有证据表明cfDNA可作为评估心脏移植后损伤的生物标志物。虽然目前还没有cfDNA在扩张型心肌病中的研究，但是心力衰竭和心脏移植都与扩张型心肌病密切相关，这表明cfDNA可能在扩张型心肌病中具有重要价值[37]。作为一种相对较新的生物标志物，cfDNA在医疗实践中显示出巨大的前景，但半衰期短，特异性和敏感性较差等原因导致其在临床应用中受到限制。

9 其他

脂质组学是使用高分辨率质谱对健康和疾病个体中的细胞、组织、器官或生物流体脂质组的变化进行鉴定和定量。特定生物体的脂质组与疾病的表现有关，因为它反映的可能是疾病的代谢变化。因此，脂质组学的相关分子变化可以作为疾病筛查或早期诊断的潜在标志物。另外生物流体，包括血液、尿液、脑脊液等，由于它们易于收集和患者的不适感很小，故经常用于基础或临床研究。利用外周血的脂质组学分析提供扩张型心肌病发生的代谢变化的信息，这是一个有价值的研究方向。一项研究对正常个体和因LMNA突变而患有扩张型心肌病的患者的血清进行了脂质组学分析，结果发现因LMNA突变而患有扩张型心肌病的患者血清中奇数链甘油三酯减少，但奇数链甘油三酯的减少与LMNA突变无关，可能与左心室舒张末期室壁厚度增加有关[38]。因此，奇数链甘油三酯可以被视为扩张型心肌病风险标志物，而其他血清中的脂质类物质与扩张型心肌病之间的关系还有待进一步研究。另外，CRP、hs-CRP、中性粒细胞/淋巴细胞比率、心脏型脂肪酸结合蛋白、肌球蛋白结合蛋白-C等也可以作为生物标志物在扩张型心肌病的风险分层中发挥一定的作用，但都有待继续研究[2]。

综上所述，循环生物标志物在扩张型心肌病的评估中是一种非常有前景的工具，但是这些标志物距离应用于临床仍需要大量研究去验证。扩张型心肌病循环生物标志物的发现将有助于更好地认识扩张型心肌病的病理生理机制，并从中找到有助于扩张型心肌病早期诊断、疗效监测、药物研发的潜在靶点，为扩张型心肌病的预防与治疗开辟新的视野和方法。