基于神经酰胺的评分在冠心病风险评估中的应用

邵祺睿 钱豫强 汪涛 韩江莉

(北京大学第三医院心内科,北京 100191)

心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的发病率和死亡率仍呈现逐年升高态势,其中冠心病(coronary heart disease,CHD)是主要的致死性疾病之一,因此对CHD患者进行风险评估,以预防致命性或非致命性心肌梗死尤为重要。神经酰胺(ceramide,Cer)作为鞘脂家族中具有重要生物活性的一员,因其在多种疾病尤其是CVD中的“枢纽”作用,成为近年来基础医学与临床医学研究的焦点。现有临床研究显示,Cer及基于血浆Cer数据设计的量表,作为CHD及心血管事件的早期预测因子,显示出了优秀的预测价值。这一价值在目前欧美的临床研究中已被证实,Cer评分表预测CHD死亡风险已成为CVD预防关注的热点之一。以下就近年来基于Cer的评分在CHD患者的心血管事件及死亡风险评估中的应用进行综述。

1 Cer

1.1 Cer介绍

Cer是一类中性鞘脂,天然形成的Cer由C16～C26脂肪酸和鞘氨醇结合而成的多种分子组成[1],不同种类的Cer常用碳链的长度和双键的数目表示(碳链长度：双键数目)。Cer是鞘脂代谢的“枢纽”,位于鞘脂合成和降解代谢的中心(如图1),是神经酰胺磷酸、鞘磷脂、神经酰胺磷酸乙醇胺和整个鞘脂家族的前体。葡萄糖和棕榈酸酯都能触发Cer的从头生物合成[2-3]。内脏脂肪组织是Cer合成的主要来源之一。Cer通常由3种途径在体内合成,有研究结果显示其中鞘磷脂酶途径参与动脉粥样硬化的发生[4-5]。

注:SPT,丝氨酸棕榈酰转移酶;KDS,3-酮基二氢鞘氨醇还原酶;CDase,神经酰胺酶;CerS,神经酰胺合成酶;DES,二氢神经酰胺脱氢酶;C1PP,神经酰胺-1-磷酸;CK,神经酰胺激酶;GCase,葡萄糖神经酰胺酶;GCS,葡萄糖神经酰胺合成酶;SMase,鞘磷脂酶;SMS,鞘磷脂合成酶;SPPase,磷酸鞘氨醇磷酸酶;SK,鞘氨醇激酶;S1P,鞘氨醇-1-磷酸。

Cer是生物膜磷脂中的主要成分,其除了在细胞膜上发挥结构作用外,更是一种胞内游离脂肪酸丰度的信号,其作用机制主要包括:(1)通过启动反应,使细胞在生理或营养应激期情况下应对脂质负担;(2)作为第二信使参与细胞生长抑制和凋亡过程,有大量研究结果提示其作为一种重要的生物效应分子,作为应激反应者/协调者,参与细胞对各种应激刺激(如细胞因子、缺血再灌注、辐射、各种毒素和化学治疗药物)的反应;(3)参与调节细胞反应,包括生长阻滞、衰老、凋亡以及自噬[5]。

1.2 Cer与CHD及心血管事件

Cer在组织中的堆积,与许多新陈代谢过程的损伤有关[5]。在健康组织中,游离脂肪酸通过β氧化代谢产生ATP,而多余的游离脂肪酸与甘油结合,产生惰性甘油三酯,安全地储存在细胞内的脂滴中[5]。这些途径饱和时,具有生物活性的有害脂质则会开始积累。在非脂肪器官中,如血管壁和心脏,过多的脂质沉积会促进CVD的发展(见图2)。通过这种方式积累的脂类代谢物中,鞘脂类(如Cer)对血管和心脏的损害尤其严重。研究[2,5-6]发现高Cer血浓度与动脉粥样硬化斑块形成以及与多种疾病均相关。Cer含量升高时,可通过多种途径作用如促进胰岛素抵抗、氧化应激和炎症[5],促进动脉粥样硬化的发生和发展。基础研究[6]显示,抑制Cer生物合成过程或增加其降解,可改善代谢紊乱,包括胰岛素抵抗、动脉粥样硬化和脂肪肝。抑制Cer从头合成可缓解脂质诱导的动脉粥样硬化过程,进而有效地减缓动脉粥样硬化的进展[4]。

临床队列研究[5,7-8]表明,血清Cer水平是CHD的强预测因子。血清Cer水平可预测动脉粥样硬化斑块的不稳定性和CHD的不良结局,包括死亡[5]。目前的代谢组学平台可鉴定出4种不同的相关Cer,包括Cer(d18：1/16：0)、Cer(d18：1/22：0)、Cer(d18：1/24：0)和Cer(d18：1/24：1)[8]。4种Cer分别标记为C16：0、C22：0、C24：0和C24：1,其中C24：0的相对浓度最高,而C16：0的相对浓度最低[6,9-10]。Wang等[6]纳入980例受试者,其中包括230例CHD病例和750例健康个体,检测Cer血浆浓度并进行随访,发现以上4种Cer血浆浓度均与CVD风险呈正相关,并且在进行性别、饮食等多变量调整后略有增强。

2 基于Cer的临床心血管风险评分量表

Kaasenbrood等[11]研究发现,CHD患者10年内心血管事件复发风险预测结果存在显著差异。这表明将所有患者按相似风险进行评估可能并不准确,在个体层面事件风险可能会有很大差异,因而对患者进行更为精准的风险评估将会有更大的临床收益。研究发现,Cer作为心血管事件特异生物标志物的一种,将其作为主要考量因素构建风险评估量表能有效预测心血管事件和死亡的风险。以下简述基于Cer相关评分的研究现状。

2.1 CERT1评分表

2016年,Laaksonen等[12]通过基于欧洲3个队列研究发现了与CVD高度相关的Cer,其纳入了BECAC队列中稳定性CHD患者1 580例、SPUM-ACS队列研究中急性冠脉综合征(acute coronary syndrome,ACS)患者1 637例、Corogene研究中稳定性CHD患者160例。通过对SPUM-ACS队列进行研究,发现Cer与心血管死亡率之间的关系,即Cer水平,特别是不同Cer的比值,与心血管死亡率有显著相关性。对Corogene研究中160例稳定性CHD患者,测定血浆中Cer(d18：1/16：0)、Cer(d18：1/22：0)、Cer(d18：1/24：0)和Cer(d18：1/24：1)及多种脂质生物标志物和C反应蛋白水平,发现高Cer与心血管死亡率的相关性独立于其他脂质标志物和C反应蛋白。在ACS患者中,将Cer(d18：1/16：0)/Cer(d18：1/24：0)结合GRACE评分和单一GRACE评分比较,Cer比率将交叉验证的C统计量从0.73(0.70～0.77)增加到0.82(0.79～0.85),净重新分类指数为0.17(95%CI0.07～0.27),这一结果证明了Cer在CHD及心血管事件预测的有效性。

基于上述队列研究结果,为评估CHD患者死亡风险,Laaksonen等[12]构建了Cer风险评分表CERT1:选取3种Cer浓度及3种Cer比值作为评分变量,根据四分位数将评分确定在0～12,Cer浓度(或比值)处于四分位数Q4及以上定为2分,Q3为1分,Q2和Q1为0分;根据评分可将患者分为4个死亡风险类别(低-中-中高-高),分别对应于评分范围0～2、3～6、7～9和10～12分。

将此评分表应用于选取的3组队列中,发现在稳定性CHD和ACS患者中,高危者心血管死亡风险是低危者的4.2倍和6.0倍[13],因此CERT1有助于改善需更积极治疗的高危患者的识别,有良好的临床指导意义。后续随访发现,对接受或未接受他汀类药物治疗的患者,Cer都有预测价值(未接受他汀类药物治疗患者预测效果更好),而基于低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)的传统危险分层对接受了他汀类药物治疗的人群并未显示出显著预测价值,这一点与以往研究发现低密度脂蛋白相关参数与心血管风险之间缺乏可识别的关系相一致[14-16]。在有效性方面,当受试者根据传统LDL-C水平进行分类,并以与Cer风险评分分类相同的比例分为4类时,未观察到高危患者的组间差异以及LDL-C水平的升高。这提示Cer可能可独立于LDL-C水平对CHD患者死亡风险进行预测。

2.2 CERT2评分表

Hilvo等[17]在CERT1评分表研究基础上继续进行了探索。由于磷脂也与CHD风险相关,并在以往研究中显示出良好的预测价值[13,18],该团队进一步探究了纳入磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)水平是否可在CERT1评分表基础上提高预测能力。该团队使用WECAC队列研究数据(n=3 789),通过液相色谱-质谱分析Cer和磷脂,并依据结果选取了相关性最好的12种磷脂。利用4种已建立的Cer分子、Cer比率参数(CERT1)以及研究确定的12种磷脂,其显著预测了WECAC研究中的心血管事件(心血管死亡和心血管复合事件终点)。通过计算这些分子水平的所有可能比率,并从这些比率和单个脂质分子水平参数中,以逐步方式选择4个变量纳入风险评分,最后选取1种Cer/Cer比值、2种Cer/PC比值和1种PC水平作为评分变量制定了CERT2评分表。通过评分变量的总体四分位数将分数确定在0～12分,其中处于Q4定为3分,Q2和Q1分别为2分和1分,Q1为0分,并根据分数将个体分为4个风险类别(低-中-中高-高),分别对应于评分范围0～3、4～6、7～8和9～12分。研究数据表明,心血管死亡和心血管复合事件(心血管死亡、心肌梗死和卒中)的风险随着评分和风险组的增加而系统地增加。

与CERT1相同,CERT2评分在心血管死亡事件上也有很强的预测价值。在WECAC队列、LIPID队列及KAROLA队列试验研究中应用均表现出众,且CERT2有着更高的HR。对于心血管死亡,在CERT2最低和最高风险组之间的不同队列中观察到3.5～5.4倍的风险增加,对于心血管事件差异则不明显。同时,CERT2同样不易受干扰,对接受他汀类药物治疗人群的心血管事件也能展现出良好的预测价值。CERT1和CERT2在心血管事件、心血管死亡率和总死亡率的关联预测方面都是有力的预测因子,但后续Leiherer等[19]的研究发现,对于外周动脉疾病患者的心血管死亡事件风险,只有CERT2展现出显著的预测价值。

Hilvo团队[17]还发现,在WECAC队列的患者中,在心血管死亡事件方面,CERT2评分与性别和年龄相结合的C统计值为0.76。在心血管复合事件方面,当结合性别和年龄参数时,CERT2评分(C统计值为0.65)与SMART评分(C统计值为0.64)预测心血管事件5年风险、TIMI评分(C统计值为0.64)预测心血管事件3年风险相当。加入CERT2作为评分要素提高了C统计值,并且还显示出分类和连续净重分类指数的显著增加。纳入CERT2有助于改善现有的风险评估模型。

2.3 CERT2-TnT评分表

Hilvo等[17]发现,在WECAC研究中,CERT2和高敏肌钙蛋白T(high-sensitive troponin T,hs-TnT)的预测性能均优于其他纳入研究的生物标志物。于是其设计了一个额外评分表——CERT2-TnT,即在CERT2基础上加入一项hs-TnT变量,将评分确定为0～15分。在KAROLA队列试验中,CERT2-TnT评分的HR高于CERT2或hs-TnT单独评估。对于心血管死亡事件,在CERT2的低危组和高危组之间的不同队列中,观察到3.5～5.4倍的风险增加;而对于CERT2-TnT评分,在比较低危和高危组时,观察到风险增加了10倍以上[17]。

对于合并有糖尿病的患者,风险预测有一定的挑战性。在应用中发现,对此类患者唯一有显著预测价值的仅为CERT2和CERT2-TnT。CVD的另一个二级预防生物标志物——N末端脑钠肽前体在这个过程也显示出预测性能[18],CERT2联合N末端脑钠肽前体也能起到更佳的预测作用。

CERT1、CERT2和CERT2-TnT相关评分标准见表1和表2[17]。

表1 CERT1、CERT2和CERT2-TnT风险分组[17]单位:分

表2 CERT1、CERT2和CERT2-TnT量表[17]单位:分

2.4 SIC评分表

Poss等[20]引入了一种确定血清Cer与CHD之间关联的新方法,其选取来自家族性CHD患者(n=462)和基于健康人群(n=212)的血清样本,通过靶向脂质组学进行对照研究,以探究血清鞘脂与CHD之间的关联。观察到与对照组相比,纳入测量的32种鞘脂中,有30种在患有CHD的受试者中显著升高。因此他们制定了一种新的鞘脂风险评分,称为SIC评分,主要包括鞘氨醇,Cer(d18：1/24：0)、Cer(d18：1/18：0)、Cer(d18：1/18：0)/Cer(d18：1/22：0),以及鞘磷脂(d18：1/24：0)、鞘磷脂(d18：0/24：1)/鞘磷脂(d18：1/18：0)。他们将SIC、CERT1和标准临床标志物(甘油三酯、LDL-C等)对CHD患者分类的能力进行比较,将这些与临床因素(年龄、性别、体重指数、糖尿病、高血压等)结合(见表3),并对它们的特异性和灵敏性做了ROC曲线分析,发现SIC评分比传统的临床CVD生物标志物更有效,甚至得到了比CERT1更高的C统计量(0.79 vs 0.67)[20]。进一步计算连续净重分类指数和综合判别指数,也得到上述结果。然而,尽管Poss等[20]提出的SIC进一步说明了鞘脂类分子在心血管事件方面的优秀表现,但与CERT评分表相比,他们并未将SIC中的考量因素量化,未与风险分层相对应。这些发现需在大规模队列研究中进一步验证。

表3 变量相互作用的P值[20]

3 Cer评分较传统评分的优势

基于胆固醇水平的风险预测始于1958—1983年,Keys等[21]收集了来自7个国家的16组成年人的饮食、身体状况以及死亡率等数据,得出了饮食中脂肪与心脏病发病率正相关的结论,随后是Framingham研究[22]的早期报告。如今,总胆固醇(total cholesterol,TC)已成为人类流行病学和临床医学中危险因素评估的标准。2019年欧洲心脏病学会/欧洲动脉粥样硬化学会(ESC/EAS)血脂异常管理指南[23]在10年心血管风险预测方面推荐使用SCORE评分表。这一评分表纳入年龄、性别、当前吸烟状况、收缩压、TC水平等参数,可用于预测欧洲人群中(致命性)心血管事件的风险。虽然目前SCORE评分在欧美最常用,但其也存在一些限制[24]:主要由于它仅包含胆固醇一种标志物,而且临床研究[15]显示,胆固醇水平并不能反映患者的心血管风险,MIRACL试验[15]数据表明,TC和LDL-C不能预测高危患者未来的心血管事件。

有研究[19]证实,CERT1和CERT2在心血管死亡事件预测上优于SCORE评分。将CERT2与SCORE评分联合考虑时,以ESC/EAS的SCORE的权重为1,CERT2的权重为1.5,生成ESC-CERT2评分表,较CERT2和SCORE单独均有更强的预测价值。

4 小结与展望

随着质谱技术的发展和临床应用,Cer水平检测有望在临床中普及。Cer或可成为CVD的生物学标志物,干预Cer或可降低CVD和心血管事件的发生。目前国外临床研究显示,Cer评分表对于CHD患者的心血管事件和心血管死亡风险均有优于传统风险评分的价值,死亡风险的评估效果尤为突出。基于Cer的评分在中国人群是否也存在这样的优势尚待进一步研究证实。随着多种可供评估Cer的技术发展与投入使用,未来可将已有的量表以中国人群为对象进行分析并建立模型;也可基于中国人群的实际数据,对已有的量表进行调整或发掘数据设计新的量表,以适应中国的临床实际。同时,Cer作为各类CVD,尤其是动脉粥样硬化进展机制中的重要枢纽,其作为治疗靶点的潜力也亟待发掘。此外,Cer水平在各类CVD的发生发展过程中的差异及其变化规律这一领域,仍存在不少空白,未来可以Cer为切入点,作为疾病进一步分型或分期的依据,以顺应精准诊疗、个体化诊疗的大趋势。