ST2和半乳糖凝集素3: 准备迎接黄金时代

1. 简 介

心衰（HF）是一种主要的公共健康问题，在世界范围内影响超过2500万患者。超过20%的40岁左右的中年人面临在有生之年发展为心衰的风险，心衰是西方世界导致发病和死亡的主要原因。尽管心衰疗法已经进行了相当大的改进，但是5年发病率仍是相当的高，超过了50%，实在令人难以接受。我们可以预计，由于老龄化的发展，HF的发病率将会以惊人的速率继续上升。

因此，需要对导致HF的病理生理学机制进行更加深入的了解。反映这些机制的生物标志物可能有助于风险分层，还有助于为个体患者建立治疗策略。生物标志物能对心衰的诊断提供辅助或用于对患者的风险分层以及指导治疗。因此，大量的生物标志物进入了心衰诊治的舞台。大量关于生物标志物的文章被参考，形成了“生物标志物海啸”，但是大部分的生物标志物作为有疗效的推论仍处于研究中，现阶段，这些生物标志物在疾病管理中的作用仍然不明。

现有作为金标且已经被作为HF指南引用的生物标志物是B型利钠肽（BNP或其稳定的前体，NT-proBNP）；这个生物标志物已经在疾病的诊断、预后和疾病管理中体现了其自身的价值。在高容量负荷的急性失代偿性心衰患者中，心脏壁在承受应激时会导致BNP水平的大幅升高，这取决于负荷，因此在摆脱负荷后水平下降。但是BNP也有缺点，它容易受到患者的发病期间 “负荷状态”的影响，还受肾功能和肥胖的影响。

正如2013年美国心脏病学会/美国心脏协会指南关于心衰管理的内容，半乳糖凝集素3和ST2都是新型生物标志物，它们不仅能预测HF患者的住院和死亡情况，与利钠肽相比还能提供额外的预后价值。

ST2和半乳糖凝集素3：基础生物学和功能

致瘤性抑制2（ST2）也被称之为Il-1-RL1，是类Toll/IL-1受体超家族成员。作为该家族成员，ST2包括一个共同的胞内区，即Toll/白介素1受体区。ST2的基因位于2q12染色体，并在各物种间是保守的。目前已知存在4种ST2的形式：sST2、ST2L、ST2V和ST2LV。可溶性ST2和横跨膜ST2被列为HF研究对象。sST2缺乏跨膜区和细胞间质区，包括一条9氨基酸羧端序列。当机械应力增加例如舒张时，ST2可以被心肌细胞和心肌成纤维细胞上调。ST2的配体基是IL-33（另一个白介素1家族的成员）。与IL-33结合时，ST2L对Th依赖炎症反应产生抑制作用。可溶性ST2也能结合到IL-33，猜测sST2是IL-33的欺骗受体（图1A）。目前普遍认为心脏受到过度应力时，IL-33信号通路是通过ST2L产生保护心脏效果的。本文中，我们将使用ST2，不管其是指sST2或ST2L。

半乳糖凝集素3由单一基因LGALS3编码，位于染色体14上。它由2个域：非典型N端和一个C端碳水化物合物识别域（CRD）组成。单核细胞分化为巨噬细胞期间，半乳糖凝集素3被释放并参与急性炎症反应期间许多过程，这些急性炎症反应包括中性粒细胞活化和粘附、单核细胞趋化、中性粒细胞凋亡的调理作用以及肥大细胞的活化作用。半乳糖凝集素已经被鉴别为心脏（和其他器官）纤维化发展的起因。半乳糖凝集素3在HF中的潜在作用见图1B。

现有的风险因素如纽约心脏协会（NYHA）功能分类、药物应用、常规实验室参考和左心室射血分数（LVEF），不能完全解释慢性HF患者的死亡风险，不能估计个体的预后。ST2和半乳糖凝集素3都反映组织损伤、独立的心脏载荷条件。同样，它们能对目前使用的生物标志物形成补充。我们因此讨论叙述这些新型的与慢性、急性和HF事件相关的生物标志物的文章。

图1. A，B. ST2和半乳糖凝集素3在心衰中的病理过程

A. 胞外环境中的sST2会结合游离IL-33，因此有效降低ST2L能结合到的IL-33的浓度，降低IL-33的生物效果。

B. 纤维原细胞向肌成纤维细胞过渡期和半乳糖凝集素3参与导致收缩和舒张功能紊乱

2. 慢性心衰

2.1. ST2

可以通过3种不同的试验可靠地测量ST2。这3种试验是MBL试验、R&D试验和Presage试验。最后一种试验是经过FDA批准且获得CE标识的试验，其他2种方法是研究用试验。这3种方法不能直接比较，在解析结果时说明使用了哪种方法非常重要。Dieplinger等人报告了仅使用Presage ST2试验的研究数据，符合检验医学质量规范的要求。

我们只能讨论已经发表的研究的一部分，发表的研究非常多。我们参考优秀的综述，这些文章总结了所有的关于ST2的可用证据。目前，我们缺乏有助于编辑证据集的meta分析。我们讨论了一些最令人感兴趣的文章。Pascual-Figal等人发表了第一篇关于ST2和慢性HF的报告。他们证明ST2能够预测非卧床轻度—中度HF和收缩功能障碍患者（N=99）的心脏性猝死。超过70%的心脏性猝死发生在ST2和NT-proBNP都升高的患者人群中，而在这两个标志物水平都较低的患者人群中，心脏性猝死的概率仅为4%。

Daniels等人报告了较大的HF患者人群，参考的超声心动图（N=588）、心率、利尿剂使用情况、估计肌酐清除率、是否存在右心室运动功能减退和二尖瓣E波速等因素与ST2水平独立相关。除了相关性分析以外，他们还观察到经过多参数调整的ST2水平能显著预测1年后的全因死亡率。

在2011年的一项更大的研究中，Ky等人报告了1141名慢性HF患者。佩恩心衰研究（PHFS）的研究者断定ST2与HF严重性密切相关。循环ST2水平升高患者的死亡风险和心脏移植风险显著升高。在评估个体患者的风险时，与现有的生物标志物NT-proBNP相比，ST2的效果一样好。

Barcelona的研究对ST2与肾功能之间的关系进行了研究。该研究包括891名患者，证明了ST2的预后价值不受肾功能的影响。这一发现表明希望使用ST2作为肾功能不全—HF常见共病患者更好的标志物，而且ST2是不良结局最好的预测指标。

Felker等人在运动训练对照试验结局研究（HF-ACTION）中研究了非卧床患者的功能能力和长期临床结局。该研究测量了一个子集910名患者的ST2，即使在进行了综合协变量调整之后，ST2也与心血管死亡和HF入院有关。将ST2与NT-proBNP相结合能实现最大的预测价值（图2A）。但是，此研究内在模型中纳入ST2不能导致显著的再分级。

另一个大型研究是包含1449名患者的罗苏伐他汀多国对照心衰研究，该研究证明ST2和特殊病因的结局之间存在关联。和主要终点接近（心血管死亡、非致命心梗和中风的综合体），作者还研究了ST2和恶化HF之间的关系。是加上ST2与主要终点有关，但是在模型中纳入NT-proBNP和CRP进行完全调整之后，ST2与主要终点不再相关。但是由于HF恶化、HF恶化导致的住院、任何CV原因导致的住院的原因，纳入这些因素进行完全调整后，ST2仍然与死亡相关。后者表明ST2除了在死亡风险分层中的价值外，还与HF疾病进程的判定有关。

Gruson等人通过近4年的长期随访，研究了137名LVEF下降的HF患者，得到的结论是ST2预测长期CV死亡事件的效果甚至比NT-proBNP还要好。

2.2. 半乳糖凝集素3

一些商购试验可以测量半乳糖凝集素3血清或血浆水平。使用BG Medicine试验和R&D试验可以人工测量半乳糖凝集素。但是测量半乳糖凝集素3的自动化试验也已经出现，包括ARCHITECT试验、Vidas试验和Alere试验。可以在自动化平台上测量半乳糖凝集素3意味着实现了快速、简单和可靠的半乳糖凝集素3测量。目前，已经使用BGM试验测量了大部分发表的数据，但是ARCHITECT和VIDAS试验使用相同的抗体，针对BGM试验进行了校准，使得文献中报告的数字产生了可比性。

我们只能讨论已经发表的研究的子集，发表的研究非常多。我们参考优秀的综述，这些文章总结了所有的关于半乳糖凝集素3的可用证据。而且最近的meta分析有助于编辑证据集。我们讨论了一些最令人感兴趣的文章。

Lin等人通过对106名CHF患者的观察，观测到了半乳糖凝集素3和心脏细胞外基质（ECM）转化标志物之间的相关性。在经过年龄、性别、吸烟状况和NYHA分级的调整之后，这些相关性仍然显著。

首次在232名患有心脏收缩功能障碍的慢性心衰和严重心衰患者中分析了半乳糖凝集素3的预后重要性。Lok等人还在为期9年的后续研究中对这些患者进行了研究。在对一些既定风险因素进行调整之后，发现半乳糖凝集素3是长期全因死亡率（图2B）的独立预后标志物。和这个研究相近，他们通过连续超声心动图观测到半乳糖凝集素3和左心室重构之间存在独立的相关性。后者的发现强化了半乳糖凝集素3参与心脏重构的假设。HF-ACTION的研究者不仅测量了ST2，还在895名患者的亚人群中测量了半乳糖凝集素3。半乳糖凝集素3基线水平与该研究的主要结局、全因死亡率和再次入院之间存在关联。NT-proBNP和半乳糖凝集素3水平都升高患者的全因死亡或再次入院的风险要高2倍。仅仅在为综合终点、心血管死亡或心血管入院调整NT-proBNP之后，半乳糖凝集素3才会失去其预测价值。在相同研究最近执行的分析中，将因心衰和心脏性猝死（SCD）导致死亡的死亡率进行了区分，结果显示在临床因素和NT-proBNP预测心衰导致的死亡事件时，半乳糖凝集素3没有增加预测价值，但是在预测SCD时，半乳糖凝集素3增加了预测价值。这个人群的半乳糖凝集素3基线水平很低可能是导致上述状况的原因。

图2. A，B. 慢性心衰中sST2和半乳糖凝集素3结合NT-proBNP

A. 和低NT-proBNP和低ST2参考组相比，基于NT-proBNP和ST2分组的全因死亡风险比。P值相对于参考组发生变化。

B. 半乳糖凝集素3/NT-proBNP亚组的死亡率。

在CORONA试验中，在经过中值为33个月的随访后，半乳糖凝集素3能单独预测由心血管死亡、非致命心梗和中风组成的综合终点，但是在经过NT-proBNP调整之后，这一预测效果不再具备统计显著性。额外的分析显示看起来似乎有点儿矛盾，具有低半乳糖凝集素3水平的患者可能因他汀类疗法受益。但是在Val-HeFT试验（该试验设计用于评估慢性心脏收缩HF患者的缬沙坦疗效）中，即使在模型中调整了eGFR和NT-proBNP，半乳糖凝集素3仍与死亡和HF入院有关。另一个包含133名CHF患者的小型研究也得到了类似结果。与ST2相比，半乳糖凝集素3受肾功能的影响更大。半乳糖凝集素3在预测肾功能不全方面更强。

在876名非卧床患者中对ST2和半乳糖凝集素3进行了头对头（head-to-head）比较，半乳糖凝集素3与升高的全因死亡风险有关，但是ST2仅仅与心血管死亡有关。在纳入到（广泛）基础模型中时，半乳糖凝集素3不能显著改进死亡预测的性能。作者讨论了该研究中半乳糖凝集素3缺乏预后价值可能是因为与进行性疾病相比，半乳糖凝集素3在早期疾病的预测中提供的预后信息更强。

最后，Chen等人的meta分析在包含8419名患者，随访期为1—8.7年的9个研究中，探讨了半乳糖凝集素3和全因死亡的关系。在经过现有既定风险因素包括年龄、肌酐（或eGFR）和BNP（或NT-proBNP）的修正后，半乳糖凝集素3对慢性HF死亡具有独立的预测价值。

3. 急性心衰

急性心衰（AHF）是西方世界超过65岁人群入院的主要原因和死亡的首要原因。呼吸困难是急诊AHF患者最常见的症状。通常会在急诊室内对AHF患者进行首次评估，评估通常包括易于获得的临床参数如病史、用药史、胸部X光片和实验室评估。目前，生物标志物评估包括BNP或NT-proBNP和高敏肌钙蛋白评估。虽然有这么多的参数进行评估，但是回顾性研究的报告称近一半的HF入院是不必要的，强调了在HF患者评估方面还有很大的改进空间。入院是AHF患者得到诊断的关键时刻，据估计患者出院后1年死亡风险高达30%，再入院率超过50%。

3.1. ST2

急诊室呼吸困难PRO-BNP研究是首个对疑似或确定AHF患者进行ST2测量的研究。593名因急性呼吸困难进入急诊室的患者参与了该研究并测量了ST2。AHF患者的ST2水平显著高于那些非HF呼吸困难患者，那些具有最高ST2十分位数的患者更有可能诊断出HF。NT-proBNP正确诊断AHF的灵敏度显著优于ST2。ST2水平能预测HF和非HF患者的1年死亡率，这是ST2比NT-proBNP有价值的地方（图3A）。Shah等人执行PRIDE研究的子研究（包含139名受试者），ST2浓度与较高的LV收缩末期内径和容量、较低的LV射血分数、较低的右心室面积改变分数（FAC）、较大的右心室收缩压和运动功能减退有关。他们还证明ST2能预测4年的死亡，独立于其他传统临床、生化和超声心动图风险标志物。

Friões等人将AHF患者分为HFpEF和HFrEF患者，并报告了NT-proBNP能预测这2组患者的6个月全因死亡或再入院。有意思的是，他们的报告称ST2是HFrEF患者有意义的预后标志物，而不是HFpEF患者有意义的预后标志物。但是，一项综合分析对来自马萨诸塞州波士顿、澳大利亚林茨和西班牙穆尔西亚的3个人群共447名AHF患者进行了分析，他们发现不考虑LVEF，ST2具有同样强大的预后价值。该数据显示确诊HF和判断HF进程有不同的方法，生物标志物有助于区分这些表型。

3.2. 半乳糖凝集素3

相对于ST2，van Kimenade等人在PRIDE研究中发现半乳糖凝集素3在心衰前期有更好的应用。他们证明与NT-proBNP相比，半乳糖凝集素3是更好的60天死亡率预后预测指标，将二者结合起来预测的效果更好（图3B）。包括592名AHF出院患者的心衰建议和咨询结局评估协调研究（COACH）的比较性观测结果支持了这一发现。COACH研究中，半乳糖凝集素3对HFpEF患者的预测价值尤其强大，优于对HFrEF患者的预测价值。这一发现得到了包括超声心动图数据的PRIDE子研究的支持，这一子研究显示半乳糖凝集素3和心脏舒张超声心动图参数之间存在关联。半乳糖凝集素3显著与舒张功能如E/E’之间存在关联。另一个大型HFpEF人群包含419名因AHF入院的患者，证明半乳糖凝集素3在HFpEF患者中具有同样的预测价值。半乳糖凝集素3作为不良结果（死亡和HF入院）独立的预测因素，将半乳糖凝集素3纳入基础模型提高了C统计并生成了显著的再分层指数。半乳糖凝集素3对HFpEF的价值很有前景，目前，HFpEF诊断和治疗非常困难，需要进一步了解HFpEF的可能发生的机制。

图3. A，B. 急性心衰中sST2和半乳糖凝集素3结合NT-proBNP

A. 急性心衰患者中根据NT-proBNP和ST2浓度得到的1年死亡率（n=208）。

B. 急性心衰中半乳糖凝集素3和NT-proBNP水平升高与较高的心衰复发和死亡率有关。

Meijers等人的研究进一步显示了半乳糖凝集素3的预测价值在短期结果预测中尤其有用。在3个AHF研究（PRIDE、COACH、和马里兰研究（UMD-H23258））共902名AHF患者的综合分析中，升高的半乳糖凝集素3与30天、60天、90天和120天的近期入院密切相关。在这项研究中，半乳糖凝集素3显示出非常高的数值和非常高的统计再分类指数。

另一项侧重于短期结局、包含603名在急诊室出现急性呼吸困难的患者的大型研究显示半乳糖凝集素3是90天结局的强大预测因素。但是在多变量模型中半乳糖凝集素3丧失了预测价值。

最终，当大部分的研究报告鉴别出高风险患者时，Meijers等人对生物标志物预测AHF患者低风险的可行性进行了评估。在所有生物标志物中，对多个变量包括NT-proBNP进行调整后，半乳糖凝集素3是唯一的能预测全因死亡和/或HF再入院低风险的生物标志物。

4. 心衰事件

尽管在心衰治疗中取得了显著的进步，但是心衰的发病率和患病率仍在上升。由于人群老龄化程度增加、改善急性心衰的护理能提高患者的存活率、普遍存在的心血管风险因素如肥胖和糖尿病等因素，这一趋势预计将继续升高。生物标志物能鉴别受试者的HF事件风险。

4.1. ST2

已经检查了4个社区人群的基线ST2浓度，这4个人群分别是FINRISK97人群、Framingham心脏研究人群、达拉斯心脏研究人群和心血管健康研究人群。

Hughes等人在大型芬兰一般人群研究（N=8444）中研究了ST2的预测价值。在这一健康个体人群中，在标准心血管终点风险标志物如MACE、CV和中风的基础上，ST2增加了些许预测信息。一般健康参与者人群在全因死亡率预测方面能获得边际收益。在调整过Framingham风险因素或除了现有心脏标志物NT-proBNP和/或eGFR之外，就单独的标志物而言，ST2不能改善心衰的预测。

与此相反，在对Framingham研究的3248名参与者进行了近11年的随访后，sST2余心衰事件和全因死亡有关。与那些具有最低ST2四分位数的受试者相比，具有最高sST2四分位数的受试者的心衰事件风险要增加2.5倍。

达拉斯研究的3294名参与者（中值随访时间8年）也测量了ST2（使用仅供研究用的低灵敏度方法）。在这个分析中，但部分的受试者不能测量sST2。与从其他人群得到的数据相反，ST2浓度与最传统的心血管风险因素无关。由于达拉斯心脏研究使用的试验与其他研究使用的试验大相径庭，所以难以与其他研究比较。

最近，心血管健康研究的3915名非HF参与者测量了ST2浓度。在中值为15年的随访期内，在调整过的多变量分析中，基线ST2浓度能预测发生的心血管事件。尤其是，与sST2五分相位最低的参与者相比，sST2五分相位较高的参与者心衰和心血管死亡的风险较高。

4.2. 半乳糖凝集素3

研究检查了6个社区人群的半乳糖凝集素3浓度的基线水平，这6个人群是Framingham心脏研究人群、医师健康研究（案例对照）人群、PREVEND研究人群、FINRISK97一般国民人群、Rancho Bernardo研究人群和心血管健康研究人群。

Framingham（后续）研究中，测量了3353名参与者的半乳糖凝集素3水平，这些患者在平均11年的随访期内接受了观察。在经过多个变量调整后，半乳糖凝集素3是HF风险的显著预测因素。这个观察结果得到了作为案例对照组（462个案例和462个对照）的医师健康研究的确认。在经过临床变量调整后，半乳糖凝集素3和新出现的HF之间存在显著的相关性。

在巢式病例对照设计中，包括近900名受试者的医师健康研究确认了Framingham研究的发现。在调整过BMI、糖尿病、AF、高血压、CRP、吸烟和饮酒等多个参数后，无论先前是否有CHD病史，半乳糖凝集素3和新出现的HF之间存在显著的相关性。

在PREVEND（血管和终末期肾病预防）研究中，在中值为13年的随访期中，8569名受试者接受了随访。与存在低CV风险的受试者相比，半乳糖凝集素3是存在高CV风险受试者的新出现HF的预测因素。

FINRISK1997人群是更早进行半乳糖凝集素3用途评估的一般人群。在这个人群中观测到在调整过性别后，半乳糖凝集素3水平对未来心血管事件存在预测价值。但是对再分类指数的改进效果一般。

在年龄较大的人群中（平均年龄70岁），Rancho Bernardo研究得到了基线半乳糖凝集素3水平单独与全因和CVD死亡相关。研究对这个老年受试者人群参与研究前的CVD情况一无所知。将半乳糖凝集素3纳入模型后显著改进了再分类指数。

心血管健康研究测量和ST2和半乳糖凝集素3，这两种生物标志物观测到可比较的结果，与五分相位最低的受试者相比，半乳糖凝集素3五分相位较高的受试者发生心衰和心血管死亡的风险较大。

5. 治疗指导

进行性HF治疗期间，连续进行ST2采样似乎是未来结局强大的预后指标。尤其是调整过的β阻断剂剂量可能与ST2水平的变化有关。在PROTECT的事后比较分析中，观测到β阻断剂疗法在整个研究人群中发挥了非常有益的效果。使用低剂量β阻断剂但ST2水平较高的患者发生心血管事件的风险最高。在现今普遍提高β阻断剂滴定水平是标准临床护理的一部分，这产生了一个问题就是我们需不需要进行生物标志物引导治疗。

和与β阻断剂的相关性类似，这两种生物标志物与盐皮质激素受体拮抗剂（MRA）的相关性也已经出现。最近的试验数据显示MI后的MRA治疗严重降低了半乳糖凝集素3和ST2在心肌中的表达并改善了LVEF。醛固酮可能在半乳糖凝集素3的纤维化之前发挥媒介的作用。但是没有观测到半乳糖凝集素3和MRA治疗之间相互作用的临床研究证据。因此，我们未来是否应该使用生物标志物指导疗法仍然不确定。

6. 靶向治疗

解开这两种生物标志物的病理生理学机制具有重大的意义。正如实验性研究已经证明的那样，半乳糖凝集素3抑制剂如合成碳水化合物，弱化了心脏重构过程，减少了不同心脏应激导致的纤维化形成。这些抑制剂改善了功能参数如左心室缩短分数（FS）。半乳糖凝集素3可以作为HF 患者的新型可修正风险因素，因此监测抗半乳糖凝集素3治疗前后的半乳糖凝集素3水平会很有意思。目前ST2没有这样的数据。

7. 结论——准备迎接黄金时代？

我们已经对慢性心衰、急性心衰和心衰事件中ST2和半乳糖凝集素3的潜在价值进行了综述。在NP的基础上，ST2和半乳糖凝集素3都对几乎所有慢性和急性HF患者显示出预后价值。

如现有数据显示，在与NT-proBNP结合时，sST2和半乳糖凝集素3进行结局预测更加准确。这些一致的发现为在慢性心衰算法中使用sST2和半乳糖凝集素3铺平了道路。结合多个生物标志物的策略可能最终对未来HF疗法的指导有益。

这同样适用于AHF患者，但是在这种情况下连续测量sST2和半乳糖凝集素3能进一步加深对患者管理的理解，例如在出院后以及疾病“慢性”状态后的3—6个月。

进行风险评估时，对额外预后试验的需求并不紧迫。目前预测HF患者预后的模型已经非常准确，增加更多的因素对模型的改进效果一般。我们不需要生物标志物告诉我们进行用药（用药是循证疗法的一部分），也不需要生物标志物告诉我们在全部HF患者中开始滴定并加大滴定量。

因此，最具挑战性的任务是设计包含基于生物标志物的治疗算法的前瞻性研究计划，筹集资金并开始实施。这样的研究能提供关于在长期运行中订购（昂贵的）生物标志物的实效性和经济性的确切的数据。这样的研究应该测试生物标志物特定疗法或靶向疗法而不是作为日常护理一部分的用药方法。只有这样，HF管理才能日趋个体化，才能使用更多的生物标志物。学会用最有效的方法将生物标志物用于评估和患者风险分层应该是未来几年的目标。测试包括ST2或半乳糖凝集素3的算法应该是迈向个体化医疗的第一步。

（参考文献略）

（摘自The Journal of the International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine，

版权归其所有，仅供内部参考）

编译：张凯

审校：崔雷