慢性肺源性心脏病患者血清GSK-3β、β-cateninmRNA表达水平与病情严重程度及预后的关系

张鑫,程德均,王科程,杜怡颖,郝晋瑶

慢性肺源性心脏病(chronic pulmonary heart disease,CPHD)是一种常见的慢性呼吸系统疾病,由长期的慢性感染炎性渗出导致小气道血管重构,进而引起肺动脉阻力增加,形成肺心病,在代偿能力丧失后缓慢诱导右心室肥厚,最终导致心力衰竭[1]。据统计,CPHD与10%～30%心力衰竭住院病例有关,80%的慢性阻塞性肺疾病(COPD)会发展为CPHD[2-3]。CPHD失代偿期会导致电解质紊乱、消化道出血等多种并发症,增加死亡率。因此,尽早诊断、及时干预,有助于改善CPHD患者预后。糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)是一种组成型活性激酶,参与胚胎发育、细胞分化、转录和翻译等各种生物学活动[4-5]。GSK-3β异常表达与炎性疾病、糖尿病、帕金森综合征、心脏疾病等有关[6]。β-连环蛋白(β-catenin)属于连环蛋白家族,参与多种细胞增殖和分化,是经典Wnt信号转导的核心组成部分,而GSK-3β催化活性是该信号通路的关键[7]。Wnt/β-catenin信号通路与COPD、肺动脉高压、特发性肺纤维化等肺部及呼吸系统疾病相关[8-9]。GSK-3β、β-catenin与CPHD预后的关系尚未明确。本研究旨在明确血清GSK-3β、β-catenin信使RNA(mRNA)表达与CPHD预后的关系,为改善预后提供参考,报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2020年1月—2021年10月汉中市三二〇一医院收治的CPHD患者108例作为CPHD组,原发病均为COPD,男63例,女45例,年龄51～72(63.50±7.50)岁;以患者肺心功能变化分为失代偿亚组(肺心功能失代偿)40例、代偿亚组(肺心功能代偿)68例。收集同期医院体检健康者108例作为健康对照组,男60例,女48例,年龄52～74(64.92±7.05)岁。本研究经医院伦理委员会批准(2019LHS-9-2),受试者及家属均知情同意并签署知情同意书。

1.2 病例选择标准 (1)纳入标准:①患者均符合CPHD诊断标准[10];②临床资料完整;③无家族性遗传病;④既往无治疗史。(2)排除标准:①合并心肌梗死;②肺间质疾病或急性肺栓塞者;③支气管哮喘;④肝肾功能不全;⑤左心功能不全。

1.3 观测指标与方法

1.3.1 临床资料收集:收集CPHD患者体质量指数(BMI)、病程、吸烟史、糖尿病史、饮酒史、高血压史、冠心病史、动脉血二氧化碳分压(PaCO2)、动脉血氧分压(PaO2)、第1秒用力呼气量占预计值百分比(FEV1%)。

1.3.2 荧光定量PCR法检测血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平:采集CPHD患者入院后24 h内、健康者体检当日清晨空腹静脉血8 ml,离心留取血清,储存于-70℃环境中。取血清样本,RNA提取试剂盒(南京伟沃生物科技有限公司)从血清中提取总RNA,取RNA 2 μg按照逆转录试剂(南京伟沃生物科技有限公司)得到cDNA。根据PCR试剂盒(深圳盎然生物科技有限公司)配制成10 μl反应体系,以GAPDH为内参,在荧光定量PCR仪(型号QTOWER3G,无锡赛尔博生物科技有限公司)上进行PCR反应,2-ΔΔCt法用于计算GSK-3β、β-catenin mRNA水平。引物由广州源井生物科技有限公司设计合成,引物序列见表1。

表1 GSK-3β、β-catenin mRNA引物序列

1.3.3 预后评估:CPHD患者入院后均依据“慢性肺源性心脏病基层诊疗指南(2018年)”[10]中方案接受相关治疗,统计CPHD患者1年内预后,随访起始日期为收治患者当日,随访截止日期为收治患者当日1年后,统计生存情况并分为存活亚组85例、死亡亚组23例。

2 结 果

2.1 2组血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较 与健康对照组比较,CPHD组血清GSK-3β mRNA表达水平显著降低,β-catenin mRNA表达水平显著升高(P<0.01),见表2。

表2 健康对照组和CPHD组血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较

2.2 代偿亚组和失代偿亚组血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较 与代偿亚组比较,失代偿亚组血清GSK-3β mRNA表达水平显著降低,β-catenin mRNA表达水平显著升高(P<0.01),见表3。

表3 代偿亚组和失代偿亚组CPHD患者血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较

2.3 存活亚组和死亡亚组临床资料比较 2亚组性别、年龄、BMI、病程、糖尿病史、饮酒史、高血压史、冠心病史、FEV1%比较差异无统计学意义(P>0.05);与存活亚组比较,死亡亚组吸烟史比例、PaCO2显著升高,PaO2显著降低(P<0.05),见表4。

表4 存活亚组和死亡亚组CPHD患者临床资料比较

2.4 存活亚组与死亡亚组血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较 与存活亚组比较,死亡亚组血清GSK-3β mRNA表达水平显著降低,β-catenin mRNA表达水平显著升高(P<0.01),见表5。

表5 存活亚组与死亡亚组CPHD患者血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平比较

2.5 CPHD患者血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平的相关性分析 经Pearson法分析,CPHD患者血清GSK-3β mRNA与β-catenin mRNA表达水平呈负相关(r=-0.502,P<0.001)。

2.6 影响CPHD患者死亡的多因素分析 以CPHD患者是否死亡为因变量(死亡=1,生存=0),将吸烟史(是=1,否=0)、PaCO2(连续变量)、PaO2(连续变量)、GSK-3β mRNA(连续变量)、β-catenin mRNA(连续变量)作为自变量纳入多因素Cox回归分析,结果显示,GSK-3β mRNA高表达是CPHD患者死亡的保护因素,β-catenin mRNA高表达是CPHD患者死亡的危险因素(P<0.05),见表6。

表6 Cox回归分析CPHD患者死亡的影响因素

2.7 血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平对CPHD患者死亡的预测价值 绘制血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平对CPHD患者死亡预测价值的ROC曲线,并计算AUC,结果显示,血清GSK-3β、β-catenin mRNA及二者联合预测CPHD患者死亡的AUC分别为0.838、0.884、0.913,三者预测CPHD患者死亡的效能均较好(Z/P=0.857/0.391、1.660/0.096),见表7、图1。

图1 血清GSK-3β、β-catenin mRNA及二者联合预测CPHD患者死亡的ROC曲线

表7 血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达水平对CPHD患者死亡的预测价值

3 讨 论

CPHD是一种由肺功能下降或肺衰竭引起的心脏病,研究显示其病理机制主要涉及慢性缺氧状态、血管介质如一氧化氮和内皮抑素-1的分泌以及血小板衍生生长因子A和B的减少,引起血管平滑肌细胞松弛和损伤,最终导致肺动脉压升高[11]。常规治疗虽可有效改善临床症状,但病程没有明显缩短,复发率、病死率仍较高[12]。因而探究影响CPHD预后的分子标志物,对于预后预测、临床治疗有重要意义。

Wnt/β-catenin是一种涉及稳态自我更新、胚胎发育和多种疾病的细胞信号系统,GSK-3β是负调控因子,β-catenin是其正调控因子。当Wnt/β-catenin信号通路未被激活时,激活的GSK-3β能够磷酸化β-catenin,导致β-catenin水平减少[13-15]。相反,当Wnt/β-catenin途径被激活时,β-catenin从复合物中释放,并在细胞质中积累,并最终转移至细胞核,促进下游靶基因表达[16-17]。气道壁内的机械力(拉伸和压缩)可以激活细胞中的β-catenin信号,β-catenin的激活在涉及气道平滑肌细胞增殖、上皮间质转化、肌成纤维细胞分化和细胞外基质产生的气道重构中发挥调节作用[18]。然而,还未有关GSK-3β、β-catenin与CPHD的相关研究。本研究观察到CPHD患者血清GSK-3β mRNA表达水平较健康人降低,β-catenin mRNA表达水平较健康人升高,提示GSK-3β、β-catenin mRNA可能参与CPHD发生。相关性分析发现,CPHD患者血清GSK-3β mRNA与β-catenin mRNA呈负相关,提示GSK-3β mRNA和β-catenin mRNA可能存在相互作用,共同影响CPHD的发生。有研究表明,高氧诱导的新生儿肺损伤与Wnt/β-catenin信号转导的激活有关,Wnt/β-catenin信号转导的抑制可以减轻高氧诱导的肺动脉高压[19]。一项动物实验显示,与健康幼鼠比较,高氧致急性肺损伤幼鼠的肺组织GSK-3β表达减少[20]。结合文献及本研究结果推测GSK-3β、β-catenin mRNA可能通过影响气道重构,进而影响肺动脉压,导致CPHD的发生。Carlier等[21]证明了Wnt/β-catenin通路在COPD患者中被激活,β-catenin蛋白水平上调,并且与COPD严重程度相关。本研究发现,CPHD患者的失代偿亚组血清GSK-3β mRNA表达水平显著低于代偿亚组,β-catenin mRNA表达水平显著高于代偿亚组,提示血清GSK-3β、β-catenin mRNA异常表达与CPHD的病情严重程度相关,猜测低水平GSK-3β mRNA、高水平β-catenin mRNA可能通过调控下游靶基因表达,导致血管平滑肌细胞松弛和损伤,引起气道重塑,肺动脉压升高,从而加重CPHD患者病情。

进一步分析发现,与存活亚组比较,死亡亚组血清GSK-3β mRNA表达下调,β-catenin mRNA表达上调,说明血清GSK-3β、β-catenin mRNA表达异常可能参与了CPHD患者预后不良发生过程,二者可能通过增加肺动脉压,导致肺功能损害,从而加重病情,导致预后更差。Cox回归分析显示,GSK-3β mRNA低表达、β-catenin mRNA高表达是CPHD患者死亡的危险因素,表明GSK-3β mRNA水平越低、β-catenin mRNA水平越高,CPHD患者预后死亡风险越高。ROC曲线发现血清GSK-3β、β-catenin mRNA各自单独及二者联合均对CPHD患者预后有较好预测价值,提示检测血清GSK-3β、β-catenin mRNA水平变化可作为CPHD患者预后死亡的预测指标,有助于指导临床制定个体化方案,改善CPHD患者预后。

综上所述,CPHD患者血清GSK-3β mRNA呈异常低表达,β-catenin mRNA呈异常高表达,二者均与病情严重程度及预后相关,GSK-3β mRNA联合β-catenin mRNA预测CPHD患者预后的效能较佳,对患者预后的干预具有重要意义。然而,本研究中样本量有限,评估患者死亡的危险因素可能存在偏倚,GSK-3β、β-catenin mRNA调控CPHD的病理机制有待深入探究。

利益冲突：所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明

张鑫:设计研究方案,实施研究过程,论文撰写;程德均:提出研究思路,分析试验数据,论文审核;王科程、杜怡颖:实施研究过程,资料搜集整理,论文修改;郝晋瑶:进行统计学分析