心力衰竭生物标志物的研究进展
心力衰竭（简称心衰）是指任何心脏结构或功能异常导致心脏充盈或射血能力受损的一组复杂临床综合征，是各种心脏疾病的终末期表现。心衰的发病率仍在增加，导致死亡率和住院率增加，医疗负担较重。早期、精确诊断有助于改善预后，因此需要便宜、可靠和快速的测定手段。生物标志物能够对心衰的病理生理机制提供有意义的诠释，有助于诊断、预后、治疗以及治疗药物的研发[1,2]。
本文将现临床上广泛应用以及近年研究认为极具应用前景的心衰生物标志物进行综述。
心肌牵张/纤维化相关的标志物
1.1 B型利钠肽（BNP）及N末端B型利钠肽前体（NT-proBNP）
利钠肽具有较强的血管扩张和促进钠排出、调节水盐平衡的作用。BNP主要在左心室内以108个氨基酸前体形式合成，正常健康人BNP分泌水平较低，约为10pg/ml。在室壁张力增加时，前B型利钠肽原合成增加，随后被分解为B型利钠肽前体（pro-BNP），进入血液后裂解为具有生理活性的BNP（含有32个氨基酸，体内半衰期20分钟）和无生物活性但是更稳定的NT-proBNP。二者用于临床已有15年，在心衰诊断、危险分层方面具有重要价值并已获得公认，ESC[1]、ACCF/AHA[2]和我国心衰指南[3]均将BNP及NT-proBNP作为诊断心衰的生物学标志物（Ⅰ级推荐，A类证据）。BNP大于100pg/ml诊断左室射血分数减低或者保留心衰的敏感性达90%，特异性76%。NT-proBNP半衰期较长（70分钟），心衰时升高幅度大而更有利于临床应用，根据年龄划分的NT-proBNP（50岁以下>450pg/ml，50-75岁>900pg/ml，75岁以上>1800pg/ml）也能够准确诊断以上两种心衰[4]。
BNP和NT-proBNP存在一些局限性，如肥胖会降低BNP分泌并加速其降解，故此类患者体内BNP水平较低，因此在极度肥胖患者中BNP的界值为>54pg/ml[5]。25%的BNP和NT-proBNP由肾脏排泄，肾功能不全时其浓度增加。一些其他心脏疾病如房性心律失常、其他结构性心脏病等往往也伴有一定程度的BNP升高。如患者接受重组BNP药物治疗，可导致血液中BNP水平升高。某些晚期心衰患者以及部分左室射血分数保留的心衰患者BNP水平可能正常。BNP是一种具有生物活性的蛋白质，其体外稳定时间仅1小时，而作为无生物活性的NT-proBNP，其半衰期为60-120分钟，在血液中的分泌和存在具有积累作用，且其在体外稳定时间长达24小时，相比BNP检测的稳定性和灵敏度更高，且不受重组BNP药物的影响，便于临床医生准确发现早期和轻度心力衰竭。
1.2 生长分化因子15（GDF-15）
GDF-15是转化生长因子-β（TGF-β）细胞因子超家族中的一员，在室壁张力增加、缺氧和再灌注等应激情况下，其表达增加[7]。Kempf等人的研究表明心衰患者的GDF-15水平升高（>1200ng/L），与临床症状和NT-proBNP密切相关，并与2年的死亡率相关，独立于NT-proBNP、肾功能、贫血和高尿酸血症[8]。Khan等人证实GDF-15是急性心梗患者死亡和心衰的强预测因子，其水平与Killip分级及NT-proBNP相关，与NT-proBNP联合更能够识别出风险最高的患者[9]。Baessler等人的研究显示在病态肥胖、左室射血分数正常而临床有心衰症状的患者中，GDF-15显著升高并与超声心动图的左室舒张和灌注指标相关，优于NT-proBNP，故在此类患者中联合检测GDF-15和NT-proBNP有助于诊断[10]。同样也有研究显示GDF-15（>1.16ng/mL）对于诊断射血分数正常心衰的价值与NT-proBNP相似，两者联合则诊断准确度更高[11]。
1.3 生长刺激表达基因2蛋白（ST2）
ST2为是白介素I受体家族的成员，在免疫和炎症反应中起到关键作用，有可溶性（sST2）和膜结合型（ST2L）2种形式，与左室张力、纤维化和重塑密切相关。研究发现IL-33与ST2L结合后，具有抗纤维化、抗凋亡和抗重构作用，而高浓度的sST2通过竞争作用阻碍ST2L与IL-33结合，从而减弱了IL-33/ST2L信号通路的心脏保护作用。近年来大量研究发现与NT-proBNP分泌机制相似，在生物机械应力的诱导下心室心肌细胞中ST2基因表达增加，sST2蛋白分泌增多，与心衰密切相关，可以独立或者协同NT-proBNP判断心衰患者的预后[12]。
在过去的数年中，诸多研究显示sST2成为心衰患者死亡和预后不良的强预测指标。Rehman等人的研究显示急性失代偿性心衰患者的sST2水平升高，是死亡的独立预后因素，无论是射血分数减低或者保留的患者；而sST2与BNP均升高的患者死亡率最高，在低sST2的患者中，BNP不能预测死亡[13]。HF-ACTION研究显示在慢性心衰患者中，在NT-proBNP基础上加入sST2和半乳糖凝集素-3，能够更好的预测4年死亡风险等级[14]。Kim等人对急性心衰合并严重肾功能不全患者的研究显示，sST2水平不受肾功能影响，而严重肾功能不全患者的BNP显著升高，sST2是此类心衰患者出院后3个月内死亡或者再次入院的独立预测指标，提示在合并肾功能不全的急性心衰患者中，sST2的预测价值可能优于BNP[15]。北京阜外医院牵头的多中心临床研究显示，sST2与NT-proBNP联合应用，可以显著提高对心衰患者预后的评估[16]。此外sST2也推荐用于指导心衰患者的治疗，sST2水平升高（>35ng/mL）的患者能够从大剂量β受体阻滞剂治疗中获益[17]。在治疗过程中如果sST2下降＞50％，则患者的生存率明显提高，下降在25％-49％之间生存率居中，而若下降<25％，被称为无反应，此时患者的生存率最低。
sST2是一种反映组织纤维化的标志物，其水平显著升高主要反映全身组织尤其心肌的纤维过程加剧，因此，sST2水平持续升高反映了心肌的纤维化和心肌重构的持续进展，反映了心衰病理过程的加剧，此时正是需要强化应用可以阻遏和延缓心肌重构尤其抑制纤维化药物关键的时机。血清sST2可以用于心衰的诊断和预后评估，可作为NT-proBNP的重要补充手段，提高心力衰竭诊断的全面性和准确性，指导临床治疗决策。2014年中国心衰指南推荐：反映心肌纤维化的可溶性ST2等指标在慢性心衰的危险分层可能提供额外信息（Ⅱa，B），在急性心衰的危险分层中也可以提供额外信息（Ⅱb，A）[3]。
1.4 半乳糖凝集素-3（Galectin-3，Gal-3）
Gal-3是β-半乳糖苷结合凝集素的一员，主要来源于巨噬细胞，在心肌纤维化和重构的发生发展和调节中有重要作用，通过诱导纤维母细胞增殖和胶原沉积，从而导致心脏功能异常。往往在心衰发生前就有Gal-3的表达。Van Kimmenade等人在急性心衰患者中测定Gal-3，结果表明心衰患者的Gal-3显著升高，是60天死亡或心衰复发的最强、独立预测因子，与NT-proBNP联合后预测价值高于各自单独的价值[18]。De Boer等人的研究同样发现Gal-3与NT-proBNP联合预测价值更强，而对于预测射血分数保留心衰患者的死亡和心衰再住院事件上，Gal-3更优[19]。Grandin等人在急性冠脉综合征（ACS）患者中测定Gal-3，结果显示水平升高者发生心衰的风险增加，并呈等级相关[20]。另外，Gal-3与心肌纤维化、心室重构和细胞增殖直接相关，可能也是未来预防和治疗心衰的新靶点。FDA于2010年批准了Gal-3在临床上用于诊断和评估心衰患者的近期预后，我国心衰指南也已将其作为评估心衰预后的生物学标志物（Ⅱa，B）[3]。
神经激素分泌机制相关的标志物
3.1 肾上腺髓质素前体中段（MR-proADM）
肾上腺髓质素（ADM）是一种具有扩张血管和利尿作用的多肽，作用与BNP相似，主要存在于心脏、肾上腺髓质、肺脏和肾脏中并由它们合成。其水平与心衰严重程度相关，并具有预测功能。但是ADM半衰期短（22min），临床测定受技术的限制而较少采用。而循环中ADM的85%为MR-proADM和其前体pre-proADM，室温下72h保持稳定，因此MR-proADM是更为实用的测定指标。
Adlbrecht等人[21]和Von Haehling等人[22]的研究均显示MR-proADM能够预测慢性心衰患者的死亡风险。在急性呼吸困难的患者中，MR-proANP升高（≥120pmol/l）诊断急性心衰的准确率不差于BNP，对于BNP中等程度升高（100-500pg/ml）和肥胖的患者，MR-proADM联合BNP可以提高心衰诊断的准确率，多因素COX回归分析显示MR-proADM而非BNP及NT-proBNP是这些患者90天死亡和再发心衰的独立预测因子[23]。同样，在非ST段抬高心肌梗死患者中，入院时和出院时的MR-proADM均有显著升高并与长期（760天）复合终点（死亡、住院、再梗和心衰）显著相关，特别是入院时MR-proADM与30天的早期死亡相关，与NT-proBNP和GRACE危险评分相比，是唯一的独立预测指标。因此可以考虑将入院时MR-proADM 水平加入NSTAMI 患者的危险评分中[24]。MR-proADM与其他指标联合使用，可能更有助于心衰的诊断和预后判断。
3.2 精氨酸加压素（AVP）及和肽素（CP）
AVP是下丘脑产生的一种具有抗利尿作用的多肽，主要维持体内水的潴留，其释放受心房牵张受体的调控，慢性心衰时，该受体敏感性下降，导致AVP的释放不能受到相应的抑制而升高。由于AVP的不稳定和半衰较短，其临床检测受到限制。CP是AVP原肽分子C末端的一个片段，在体内以等摩尔方式同AVP一起释放，在血中长期保持稳定，不需要特殊处理即可快速测定，因而可作为AVP的替代标志物[25]。有诸多研究显示CP可以用于心衰的预测。Stoiser等人对268例NYHA III-IV级的心衰出院患者随访2年，BNP和CP水平均为死亡
和再住院的显著预测因子，即使患者有肾功能不全；在预测死亡方面，CP略强于BNP[26]。Neuhold等人的研究显示对NYHA I级至IV级、射血分数减低的心衰患者随访24个月，CP是II-III级心衰患者死亡的单一预测因子，在NYHA IV级患者中，CP对预测也有补充价值，并优于BNP和NT-proBNP[27]。在AMI后发生心衰患者的研究中，Voors等人发现CP水平升高2倍的患者，33个月时的死亡风险增加1.83倍，预测价值高于BNP和NT-proBNP[28]。
炎症标记物
心衰时炎症和感染会导致脏器功能衰竭甚至死亡，因此其水平也与心衰预后相关。C反应蛋白（CRP）是经典的非特异性炎症标记物，有研究显示在慢性心衰（左室射血分数<50%）患者中，高敏CRP水平升高并且是不良事件的独立预测指标[29]，而在急性心梗患者中，CRP也能够在传统的危险因素基础上进一步提供预后的信息[30]。白介素-6是具有多种活性的细胞因子，与心肌肥厚、心室重构和心肌细胞凋亡相关。Tsutamoto等人研究显示严重心衰患者的IL-6水平升高并且是死亡的独立预测因子，IL-6与BNP同样具有预后价值，后者略优于前者[31]。降钙素原（PCT）用于测定全身炎症反应的程度，与心房利钠前体中段（MR-proANP）联合可以用于急性呼吸困难患者的判断[32]，PCT>0.1ng/mL而MR-proANP>350pmol/L提示有肺炎合并急性心衰，PCT<0.1ng/mL而MR-proANP<100pmol/L提示既无肺炎也无急性心衰。PCT可以准确预测肺炎，对于心衰患者的抗生素治疗和预后至关重要。
心肾损伤的生物标记物
肾损伤是心衰患者的重要危险因素，与其预后密切相关。肾脏标记物包括肾小球和肾小管两方面。中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（NGAL）是一个由中性粒细胞和某些上皮细胞如肾小管所表达的微量蛋白。缺血性或肾毒性肾损伤时，NGAL由肾脏大量表达，并被快速释放到尿液和血浆，因此可以用于快速检测肾脏损伤。N-乙酰基-β-D氨基葡萄糖苷酶（NAG）是近端肾小管生成的溶酶体酶，在尿液中被检测到即反映近端肾小管损伤。肾脏损伤分子1（KIM-1）是肾脏受损时表达在近端肾小管的一种糖蛋白。GISSI-HF研究测定慢性心衰患者尿中的NGAL、NAG和KIM-1水平，三者均有显著升高，而且均与全因死亡和心衰住院的复合终点独立相关，即使在eGFR正常的心衰患者也是如此[33]。
总结：
在这里，借用美国著名心脏病专家Braunwald的建议进行总结：单纯任何一个指标都不能满足作为理想心衰生物学标志物的所有要求。今后的发展方向是建立生物学标志物的联合检测体系并进行前瞻性随访，识别出能够独立预测转归的标志物，同时将生物标志物应用于疗效检测和靶向治疗。
参考文献：
1.YancyCW, Jessup M, Bozkurt B, et al. 2013ACCF/AHA guideline for the management of heart failure: executive summary: a report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on practice guidelines. Circulation, 2013, 128（16）:1810-52.
2.McMurray JJ, Adamopoulos, Anker SD, et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2012: The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Acute and Chronic Heart Failure 2012 of the European Society of Cardiology. Eur Heart J, 2012, 33（14）: 1787-1847.
3.中华医学会心血管病分会,《中华心血管病杂志》编辑委员会。中国心力衰竭诊断和治疗指南2014. 中华心血管病杂志, 2014, 42（2）: 98-121.
4.Rishnaswamy P, Lubien E, Clopton P et al. Utility of B-natriuretic peptide levels inidentifying patients with left ventricular systolic or diastolic dysfunction. Am J Med, 2001, 111, 274-9.
5. Daniels LB, Clopton P, Bhalla V, et al. How obesity affects the cut-points for B-type natriuretic peptide in the diagnosis of acute heart failure. Results from the breathing not properly multinational study. Am Heart J, 2006, 151（5）: 999-1005.
6.Weinberg EO, ShimpoM, Hurwitz S, et al. Identification of serum soluble ST2 receptor as a novel heart failure biomarker. Circulation, 2003, 107（5）:721-6.
7. Kempf T, Eden M, Strelau J, et al. The transforming growth factor-beta superfamily member growth-differentiation factor-15 protects the heart from ischemia/reperfusion injury. Circ Res, 2006, 98（3）: 351-60.
8.Kempf T, Von Haehling S, Peter T, et al. Prognostic utility of growth differentiation factor-15 in patients with chronic heart failure. J Am Coll Cardiol, 2007, 50:1054-60 .
9.Khan SQ, Ng K, Dhillon O, et al. Growth differentiation factor-15 as a prognostic marker in patients with acute myocardial infarction. Eur Heart J,2009, 30（9）:1057-65.
10. Baessler A, Strack C, Rousseva E, et al. Growth-differentiation factor-15 improves reclassification for the diagnosis of heart failure with normal ejection fraction in morbid obesity . Eur J Heart Fail, 2012, 14（11）: 1240-8.
11. Stahrenberg R, Edelmann F, Mende M, et al. The novel biomarker growth differentiation factor 15 in heart failure with normal ejection fraction. Eur J Heart Fail, 2010, 12（12）: 1309-16.
12. Ky B, French B, McCloskey K, et al. High-sensitivity ST2 for prediction of adverse outcomes in chronic heart failure. Circ Heart Fail, 2011,4（2）:180-7.
13. Rehman SU1, Mueller T, Januzzi JL Jr. Characteristics of the novel interleukin family biomarker ST2 in patients with acute heart failure. J Am Coll Cardiol, 2008, 52（18）:1458-65.
14. Ahmad T, Fiuzat M, Neely B, et al. Biomarkers of myocardial stress and fibrosis as predictors of mode of death in patients with chronic heart failure. JACC Heart Fail, 2014, 2（3）:260-8.
15. Kim MS, Jeong TD, Han SB, et al. Role of Soluble ST2 as a Prognostic Marker in Patients with Acute Heart Failure and Renal Insufficiency . J Korean Med Sci, 2015, 30（5）: 569-75.
16. Zhang R, Zhang Y, Zhang J, et al. The prognostic value of plasma soluble ST2 in hospitalized Chinese patients with heart failure. PLoS One, 2014, 9（10）: e110976
17. Gaggin HK, Motiwala S, Bhardwaj A, et al. .Soluble concentrations of the interleukin receptor family member ST2 and beta-blocker therapy in chronic heart failure. Circ Heart Fail, 2013, 6（6）:1206-13.
18. Van Kimmenade RR, Januzzi JL Jr, Ellinor PT, et al. Utility of amino-terminol pro-brain natriuretic peptide, galectin-3, and apelin forthe evaluation of patients with acute heart failure. J Am Coll Cardiol, 2006, 48: 1217-24.
19. De Boer RA, Voors AA, Muntendam P, et al. Galectin-3: a novel mediator of heart failure development and progression . Eur J Heart Fail, 2009, 11（9）: 811-7.
20. Grandin EW, Jarolim P, Murphy SA, et al. Galectin-3 and the development of heart failure after acute coronary syndrome: pilot experience from PROVE IT-TIMI 22 . Clinical Chemistry, 2012, 58（1）: 267-73.
21. Adlbrecht C, Hulsmann M, Strunk G et al. Prognostic value of plasma midregional pro-adrenomedullin and C-terminal-proendothelin- 1 in chronic heart failure outpatients. Eur. J. Heart Fail,2009, 11（4）: 361-6.
22. Von Haehling S, Filippatos GS, Papassotiriou J et al. Mid-regional pro-adrenomedullin as a novel predictor of mortality in patients with chronic heart failure. Eur J Heart Fail,2010,12（5）: 484-91.
23. Maisel A, Mueller C, Nowak R, et al. Mid-region pro-hormone markers for diagnosis and prognosis in acute dyspnea: results from the BACH （Biomarkers in Acute Heart Failure） trial . J Am Coll Cardiol,2010, 55（19）: 2062-76.
24. Dhillon O, Khan S, Narayan H et al. Prognostic value of mid-regional proadrenomedullin levels taken on admission and discharge in non-ST elevation myocardial infarction: The LAMP II Study. J Am Coll Cardiol, 2010, 56:125-33.
25. Morgenthaler NG, Struck J, Alonso C,et al. Assay for the measurement of copeptin, a stable peptide derived from the precursor of vasopressin. Clin Chem. 2006, 52（1）: 112-9.
26. Stoiser B, Mo¨rtl D, Hu¨lsmann M et al. Copeptin, a fragment of the vasopressin precursor, as a novel predictor of outcome in heart failure. Eur J Clin Invest, 2006, 36: 771-8..
27. Neuhold S, Huelsmann M, Strunk G, et al. Comparison of copeptin, B-type natriuretic peptide, and amino-terminal pro-Btype natriuretic peptide in patients with chronic heart failure: Prediction of death at different stages of the disease. J Am Coll Cardiol, 2008, 52（4）: 266-72.
28. Voors AA, von Haehling S, Anker SD et al. C-terminal provasopressin （copeptin） is a strong prognostic marker in patients with heart failure after an acute myocardial infarction: Results from the OPTIMAAL study. Eur Heart J,2009, 30:1187-94.
29. Yin WH, Chen JW, Jen HL, et al. Independent prognostic value of elevated high-sensitivity C-reactive protein in chronic heart failure. Am Heart J,2004, 147（5）: 931-8.
30. Suleiman M, Khatib R, Agmon Y, et al. Early inflammation and risk of long-term development of heart failure and mortality in survivors of acute myocardial infarction predictive role of C-reactive protein. J Am Coll Cardiol, 2006, 47（5）: 962-8 .
31. Maeda K, Tsutamoto T, Wada A, et al. High levels of plasma brain natriuretic peptide and interleukin-6 after optimized treatment for heart failure are independent risk factors for morbidity and mortality in patients with congestive heart failure. J Am Coll Cardiol, 2000, 36（5）:1587-93.
32. Maisel A, Neath SX, Landsberg J, et al. Use of procalcitonin for the diagnosis of pneumonia in patients presenting with a chief complaint of dyspnoea: results from the BACH （Biomarkers in Acute Heart Failure） trial. Eur J Heart Fail, 2012, 14（3）:278-86.
33. Damman K, Masson S, Hillege HL, et al. Clinical outcome of renal tubular damage in chronic heart failure. Eur Heart J, 2011, 32（21）: 2705-12.
