生物标志物评估老年慢性肾脏病患者心功能的研究进展

马洪珍，张 涛

(南京医科大学第一附属医院 老年肾科，江苏 南京 210029)

慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)是世界范围内重要的公共卫生问题之一，其发病率随着年龄的增长而增加，严重影响老年人群的健康[1]。早期监测老年 CKD 患者的心功能有助于尽早发现心血管损伤，以便采取干预措施, 延长患者生命。目前常用的心功能评估方法中，运动耐量试验简便易行，但部分患者因心功能或运动能力欠佳无法配合完成。超声心动图直观性强，重复性好，但技术要求高，设备操作复杂，具有一定的局限性。而生物标志物有效规避了上述缺点，可作为评估心功能安全可靠的替代方法[2]。但是，在CKD患者中，一些经典的生物标志物，如B型脑钠肽(brain natriuretic peptide，BNP)和N-末端B型脑钠肽前体(N-terminal proto-brain natriuretic peptide，NT-proBNP)等，其血浆浓度受到年龄、肾功能等因素的干扰，需要适当地校正诊断临界值，使其临床应用存在一定的限制。对于新的生物标志物，如可溶性生长刺激表达基因2蛋白(soluble growth stimulation expressed gene 2, sST2)等，应用前景广阔，但其具体作用机制需要更大规模的多中心研究加以确认。生物标记物单独、联合或与其他诊断方式结合应用是评估、监测和治疗疾病的重要方法，是当前临床研究中的热点[3]。

全世界CKD患病率约为8%～16%，是导致患者死亡的主要原因之一[4]。由于人口增长和老龄化，以及糖尿病和高血压患者数量的增加，预计未来CKD的患病率会进一步升高[5]。心血管疾病(cardiovascular disease, CVD)是CKD患者的主要并发症之一，超过一半的CKD患者在未进展至终末期肾病(end-stage renal disease, ESRD)前已死于CVD[6]。

肾脏和心脏以一种复杂的双向方式相互影响，目前还不清楚一个器官是否是另一个器官功能障碍的主要驱动因素，或者心肾是否都受到相似损伤的影响[7]。在CKD患者中，尿素氮、肌酐和炎症、氧化应激、内皮功能障碍等产生的毒素在体内积聚，诱发心脏毒性，导致肾素-血管紧张素系统异常激活，出现血液高凝、容量超载、血压升高、贫血和营养不良等症状。这些变化影响CKD患者的心功能，引起心脏舒缩功能障碍，最终导致心力衰竭(heart failure, HF)， HF又会影响肾脏灌注，导致肾功能加速恶化，从而形成恶性循环。CKD并发CVD后, 引起一系列病理生理改变，使心脏相关的生物标志物水平升高，因此，在老年CKD患者中可通过生物标志物的检测来早期评估CKD患者的心功能。

3.1传统生物标志物 BNP和NT-proBNP在临床评估患者心功能的应用中有着重要价值。心肌细胞分泌B 型利钠肽原(pro-B-type natriuretic peptide，proBNP)增多可反映室壁张力升高和容量过载[8]，proBNP在循环中水解为含有32个氨基酸的BNP和含有76个氨基酸的NT-proBNP。BNP具有生物学活性，而NT-proBNP没有生物学活性，两者以1∶1的比例释放，但NT-proBNP的水平高于BNP，因为BNP的半衰期为15～20 min，而NT-proBNP的半衰期为60～120 min。BNP的生物学活性包括利尿、利钠、抑制肾素-血管紧张素系统、抑制全身和肾脏的交感神经活动等。BNP通过利钠肽C受体的蛋白水解作用、中性内肽酶的酶水解作用和肾小球滤过作用进行代谢，而NT-proBNP则只能由肾脏直接滤过排出。

由于NT-proBNP更稳定，半衰期更长，当单独使用时，NT-proBNP的准确性远高于BNP及其他生物标志物。大量研究表明， BNP、NT-proBNP的表达水平随纽约心功能分级的增加逐渐升高[9-10]。一项针对老年人群的研究发现，NT-proBNP升高25%的人患HF的风险增加2倍，而NT-proBNP降低25%的人患HF的风险降低40%[11]。

后续研究发现，在CKD早期，未罹患CVD时，血浆中BNP水平就开始升高，多项试验证实了肾功能受损会导致BNP水平的增高[12]。因此，关于CKD合并HF时BNP和NT-proBNP的诊断临界值存在争议，一般认为BNP和NT-proBNP分别大于100 pg/ml和125 pg/ml是异常的，但考虑到肾功能的影响，目前不同患者群体的最佳截断值还不清楚。一项横断面研究共招募了190名受试者，其中95名有收缩性心力衰竭(systolic heart failure, SHF)，95名无SHF，受试者平均年龄(58±15)岁，研究结果表明， 对于估算的肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)<60 ml/(min·1.73 m2)的患者，诊断SHF的最佳BNP和NT-proBNP截断值分别为300 pg/ml和4 502 pg/ml[13]。该研究还对肾功能进行分层分析，评估不同肾功能分期SHF患者的BNP 和 NT-proBNP 临界值水平，建议CKD 3-5期患者的BNP最佳临界值分别为146 pg/ml、309.4 pg/ml和491 pg/ml；

CKD 3-5期患者的NT-proBNP最佳临界值分别为1 505.8 pg/ml、7 767.5 pg/ml和11 215.2 pg/ml。另外，此研究还发现，与BNP相比，NT-proBNP与肾功能的相关性更密切，比BNP具有更好的诊断准确性[13]。

欧洲心脏病学会心力衰竭协会对利钠肽使用浓度的实用指南指出，为了保持最佳的诊断性能，当eGFR<60 ml/(min·1.73 m2)时，检测HF的BNP浓度可能需要提高。由于肾功能障碍和年龄之间的强相关性，一旦使用年龄调整诊断界值，NT-proBNP没有必要进行额外的调整[14]。此外，指南推荐NT-proBNP (450/900/1 800 pg/ml )作为年龄(<50/50～75/>75岁)依赖的临界值，但NT-proBNP浓度<300 pg/ml为HF提供了非常高的阴性预测价值，这与年龄无关[15]。因此，为了更科学地应用脑钠肽来评价老年CKD患者的心功能，需要综合考虑年龄和肾功能水平，经过校正重新评定。

3.2新型生物标志物 NT-proBNP等生物标志物已经被广泛研究、验证并在临床中使用，其他更新颖但尚未得到充分研究的标志物，如半乳糖凝集素-3(galectin-3，Gal-3)、sST2和生长分化因子-15(growth differentiation factor-15, GDF-15)等，也已经成为CVD诊断和预后判断的重要指标[16]。

3.2.1sST2 生长刺激表达基因2蛋白(growth stimulation expressed gene 2, ST2)属于1型白细胞介素受体家族的成员，以膜结合性和可溶性两种亚型存在。膜结合性ST2具有抗肥厚、抗纤维化和抗凋亡作用。sST2则在循环中存在，作为诱饵受体，隔离白介素-33(interleukin-33，IL-33)并阻止其与膜结合性ST2结合，从而抑制膜结合性ST2/IL-33信号通路的有益作用。sST2的表达和释放可促进细胞凋亡、纤维化、心肌肥大、心肌重塑，导致心功能障碍。

目前已经证实心功能不全患者sST2水平与心功能损伤严重程度呈正相关。此外，与常见的心脏生物标志物不同，sST2独立于eGFR和年龄[17]，在CKD患者中的诊断价值同样较高。汤丰宁等[18]研究表明sST2、IL-33受肾功能影响较小，相较于NT-proBNP，使用sST2、IL-33评价慢性肾功能衰竭患者的心功能可能更有价值。Mirna等[19]分析了219份CKD患者的血浆样本，入组患者平均年龄(63±9)岁，研究结果发现，sST2的诊断性能受肾功能下降的影响最小，提示在CKD和CKD伴发CVD患者的管理中具有可行性。

sST2作为最具发展前景的HF生物标志物之一，值得在临床实践中进一步研究和广泛应用。

3.2.2GDF-15 GDF-15是转化生长因子β细胞因子超家族的成员，在心肌细胞修复中发挥作用，以应对组织炎症、氧化应激和损伤，并具有抗凋亡和抗增生作用。GDF-15浓度通常在肾功能不全、癌症、糖尿病和CVD患者中升高[20]。研究表明，在HF时，GDF-15浓度与纽约心功能分级呈正相关。在对2 101例CKD患者(平均年龄57.7岁)进行的大规模横断面研究发现，GDF-15与异常的左心室结构[较高的左心室质量指数(left ventricular mass index，LVMI)和左心室舒张末期容积(left ventricular enddiastolic volume，LVEDV)]和早期左心室收缩功能障碍[左心室收缩末期容积(left ventricular endsystolic volume，LVESV)]相关，即使在校正了混杂因素后也是如此[21]，这证明GDF-15可用于评估CKD患者的心功能。Benes等[20]对174名HF患者进行有创血流动力学检查发现，右心房压、平均肺动脉压和肺毛细血管楔压与BNP和GDF-15均相关，并进一步强调在CKD合并SHF中，GDF-15与不良结局的相关性比BNP更强。Tummalapalli等[22]研究显示，GDF-15可用于评估和预测CKD患者的早期HF状态。

3.2.3Gal-3 Gal-3是一种具有广泛细胞功能的蛋白，为250个氨基酸组成的β-半乳糖结合凝集素。它是一种在上皮细胞、内皮细胞和巨噬细胞中普遍表达的蛋白[23]。在分子水平上，Gal-3与糖蛋白交联，促进细胞-细胞和细胞-基质的相互作用，导致纤维化和细胞外基质硬化[24]，引起心脏成纤维细胞增殖和胶原沉积, 最终导致心肌肥厚、心室重塑和心功能障碍。有研究指出，与对照组比较，CKD组与CKD-HF组的NT-proBNP与Gal-3水平均明显升高，且Gal-3水平升高更显著[25]。这表明Gal-3的变化可以更加显著地反映CKD患者心脏功能的变化。

3.2.4高敏肌钙蛋白T(high-sensitivity cardiac troponin T，hs-cTnT) 肌钙蛋白I(cardiac troponin I，cTnI)和肌钙蛋白T(cardiac troponin T，cTnT)都是心脏损伤的生物标志物，可以用标准测定法和高灵敏度测定法测定，标准测定法检测水平比高灵敏度测定法高约10倍。肌钙蛋白升高并不一定表明冠状动脉粥样硬化引起的急性缺血，也可能是由于肾脏清除率降低或慢性心肌损伤引起的。其机制是多因素的，包括血流动力学改变引起的心肌应变、炎症、内皮功能障碍和心内膜下缺血。一项基于社区老年患者的队列研究发现，hs-cTnT循环浓度的升高与左心室结构的改变(更大的质量、体积、壁厚和同心度)和更差的舒张功能(e′、E/e′比值和左心房容积)独立相关[26]。一项横断面研究显示，较高的cTnT与降低的eGFR和左心室肥厚相关联[27]。然而，心肌肌钙蛋白的参考上限最初来源于非CKD的患者，这些生物标志物在无症状CKD和ESRD患者中升高了80%[28]。89例无症状CKD 3-5期患者中，95%分位hs-cTnT为139 ng/L，是普通人群的10倍，且水平随CKD分期升高[29]。

3.2.5其他新型生物标志物 除上述标志物外，还有许多其他HF生物标志物, 如中性粒细胞明胶酯酶(neutrophil gelatinase-associated lipocalin, NGAL)可促进心肌纤维化和心室重构, 血浆NGAL升高可以预测无心血管事件史的CKD患者未来的心血管事件[30]。肾损伤分子-1 (kidney injury molecule-1, KIM-1) 与之类似，在特征明确的成年CKD患者中，尿KIM-1与尿肌酐比值与HF事件、动脉粥样硬化心血管事件和全因死亡率独立相关[31]。最近研究证实，胱抑素C (cystatin C, CysC)除了提供准确的肾功能评估外，过量的CysC还能通过骨桥蛋白和基质金属蛋白酶抑制剂-1的积累促进心肌纤维化，导致心房扩张，心室肥厚，心脏舒张功能障碍[32]。一项针对不同心功能状况尿毒症患者的研究提示，纽约心功能分级越高，患者血清CysC水平越高[33]。有研究表明，尿酸能导致内皮功能障碍、周围血管收缩增强和运动能力受损，而慢性肾功能不全患者血尿酸水平越高，心功能越差[34]。中段心房利钠肽前体(mid-regional proatrial natriuretic peptide, MR-proANP)是一种新的心肌伸展生物标志物，在CKD合并HF的诊断和预后评估中发挥着重要作用，MR-proANP不受肥胖和贫血的影响，但与炎症、肾功能、心房纤颤等有关，但具体作用机制有待进一步研究[35]。

脑钠肽使用广泛、成本低、易于测量，是目前最理想的生物标志物；
而sST2等部分新型生物标志物虽然受肾功能影响较小，但准确度低于NT-proBNP，费用相对昂贵，且在临床实践中并未广泛展开。因此，到目前为止，大多数评估心功能的生物标志物组合策略依赖于在利钠肽基础上添加一个或多个其他生物标记，选择新的生物指标辅助BNP评估心功能是有意义的。

以往研究表明， GDF-15联合NT-proBNP诊断HF的性能优于单独使用NT-proBNP[36]。Gergei等[37]在路德维希港风险与心血管健康(LURIC)研究中发现，纳入的439例射血分数保留的HF(其中CKD患者69例)患者年龄明显偏大，并且合并高血压、糖尿病等并发症较多，研究显示，NT-proBNP与肾小球滤过率 (glomerular filtration rate, GFR)下降呈指数负相关，而大内皮素-1仅呈中度线性增加，提示该生物标志物与NT-proBNP联合可能对肾功能不全患者的心功能准确评估有额外的贡献。红细胞分布宽度(red cell distribution width，RDW)是一个统计参数，定义为红细胞大小除以平均血细胞体积的标准差，既往研究证实，RDW与纽约心功能分级呈正相关，而与eGFR呈显著负相关，且随着CKD分期的增加而升高，RDW与NT-proBNP结合后对“心肾综合征”有较大的临床诊断价值[38]。Plawecki等[39]的研究表明，NT-proBNP、hs-cTnT和sST2联合临床变量有助于更好地分层分析死亡风险和心血管事件。胡俊恒等[40]采用回顾性分析，将65例平均年龄为 (60.85±10.23)岁的尿毒症患者进行分组，检测血清肌酸激酶同工酶、BNP、肌酐水平，三者均与左心室射血分数呈明显负相关，进一步分析显示，血清肌酸激酶同工酶、BNP、肌酐三者联合诊断价值明显高于各指标单独诊断，且具有较高的敏感度和特异度。此外，有研究报道脑钠肽与CysC联合也有助于提高诊断的准确性[41]。

老年CKD患者往往分期较高，多属于中晚期，超声心动图心肌做功指数(Tei指数)与NT-proBNP联合使用可早期反映CKD患者心功能。也有学者通过运用NT-proBNP与肌酐、CysC的比值，进而校正肾功能，使其成为独立评估心功能的指标[42]。对于ESRD患者，常伴有体液超负荷及心功能不全、血清脑钠肽水平升高，生物电阻抗可用于评估肾脏病患者的容量负荷，联合二者可以更好地评估尿毒症患者的容量及心功能变化。

老年CKD群体多合并各种类型的基础疾病，高龄使得CKD患者抵抗力差，耐受性低，病死率更高，需尽早发现，早期诊疗。加之肾功能不全患者心脏结构和功能的不良变化，早期可能不会出现临床症状，这对临床医生及时发现心功能障碍提出了挑战。心脏生物标志物揭示了心脏和肾脏损伤的机制，并能成为疾病监测和针对性的干预靶点，减缓CKD的进展。但大多数临床试验只是根据肾功能和心功能进行了分期，并未对年龄进行分层，且不同的研究使用的估算方法不同，导致得出的GFR值有偏差。此外，既往研究仅仅指出联合两种或多种生物标志物可提高CKD患者心功能评估的准确性，缺乏具体定量关系，也未给出相应的参考数值，缺乏实操性。如何准确地根据年龄及肾功能来校正各指标，减轻年龄增长与肾功能降低对心功能判断的干扰作用，未来需要进一步的研究。