第二节 生物标志物在心血管疾病诊断中的应用
心血管疾病分子生物学的研究范围十分广泛，其中一些反映心肌损伤、心血管炎症及心脏功能的心脏生物标志物已广泛应用于急性或慢性心衰、急性冠脉综合征、动脉粥样硬化、高血压等疾病的筛查、诊断、治疗和预后评估中。最新研究发现的潜在新型生物标志物，与常用的心脏标志物相补充，可提高诊断的准确性，提供更多的预后信息。
一、心脏生物标志物
心脏生物标志物（cardiac biomarkers）是指在循环血液中可测出的生物化学物质，能够敏感、特异地反映心肌损伤状态及其严重程度，可以用作心肌损伤的筛查、诊断、判断预后和随访治疗效果的标志。心脏生物标志物在正常情况下，主要或仅存在于心肌，当心脏或心血管出现异常情况时由心肌大量释放。理想的心脏生物标志物应具备高度心肌特异性、高度的灵敏性、理想的检测时间窗等特点，且诊断价值需经过临床证实。
目前临床及实验中所用到的生物标志物主要分为以下几类：①反映心肌损伤：包括心肌酶谱（肌红蛋白、肌酸激酶同工酶）、心肌肌钙蛋白、缺铁修饰白蛋白、和肽素等，多用于早期排查或及时诊断急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）；②反映心脏的功能状态：常用的标志物包括B型尿钠肽（b-type natriuretic peptide，BNP）及N端前脑钠肽（N-terminal pro b-type natriuretic peptide，NT-proBNP），是临床诊断心衰的可靠指标；③反映心血管炎症（表2-1）：此类标志物种类较多，常用的如C反应蛋白、白细胞介素、细胞间/血管细胞黏附分子、P/E-选择素、血浆纤维蛋白原等，可用于心血管疾病发生风险的评估，有助于判断心血管疾病的严重程度及预后。随着研究的不断深入，一些新的心脏生物标志物相继被发现，如微小RNA（micro RNA，miRNA），心脏型脂肪酸结合蛋白、生长分化因子-15等，将它们与传统的心血管标志物结合使用可提高对心血管疾病诊断的准确性。
二、心脏生物标志物在心血管常见病中的临床应用
心力衰竭（heart failure）是各类心血管疾病的严重阶段，是个复杂、连锁、动态的发展过程，与心脏超负荷或损伤有关，神经激素、促炎性细胞因子、氧化应激以及心肌细胞损伤等在心衰发生过程中也扮演着重要角色。在这个过程中，多种生物标志物可用于早期诊断、治疗和预后评估（表2-2）。
BNP和NT-proBNP均是因心室细胞受刺激后产生的利钠、利尿活性物质，由B型利钠肽原前体（Pro-BNP）等分子裂解生成。NT-proBNP受年龄影响较大，半衰期相对较长，代谢途径较BNP少，浓度较稳定，含量相对较高（比BNP约高16～20倍），检测也相对较容易，是较理想的预测指标。两者的测量以Ⅰ类推荐被纳入《2013ACC/AHA心衰管理指南》。
其对诊断的价值：对于急性呼吸困难的患者，当BNP<100pg/ml或NT-proBNP水平<400ng/L时可排除心力衰竭；而BNP>400pg/ml或NT-proBNP>450ng/L（<50岁），NT-proBNP>900ng/L（50～75岁），NT-proBNP>1500ng/L（>75岁）时，心力衰竭的可能性很大。NT-proBNP水平还具有重要的预后价值。在新发急慢性心力衰竭病情恶化的患者中，NT-proBNP水平均会显著上升，其幅度与心力衰竭的严重程度平行；病情缓解或有效治疗后回降，NT-proBNP水平越高，患者预后就越差。此外，在心力衰竭的危险分层中，有心力衰竭临床表现的患者中，NT-proBNP水平显著增高者属高危人群。
心肌肌钙蛋白T（cardiac troponin T，cTnT）是目前诊断心肌损伤和心肌坏死时特异度最强、敏感度较高的生物标志物。高敏肌钙蛋白T（high-sensitive cTnT，hscTnT）检测较传统cTn的检测方法具有灵敏度更高、精密度更高、检测下限更低、参考区间更小等优点，在心力衰竭中有较好的应用前景。相关研究结果显示，hs-cTnT水平检测有助于早期鉴别心衰患者的病因——如缺血性心肌病、糖尿病性心肌病及扩张性心肌病患者的hscTnT水平均明显高于高血压性心脏病患者，扩张性心肌病患者的hs-cTnT水平明显高于缺血性心肌病和糖尿病性心肌病患者。另有研究表明，hs-cTnT水平的高低与心衰患者的心功能分级、再入院率等有关，因此可用以评估患者病情的严重程度和预后。对于慢性心力衰竭患者，联合检测hs-cTnT和NT-proBNP比单一检测其中一项更有助于判断心力衰患者的预后。
同线蛋白2（recombinant syntenin 2，ST2）是白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）受体的超家族成员之一。血浆中ST2水平与年龄、是否曾患心力衰竭等无关，可不依赖于其他指标提示预后。因此其作为Ⅱb类推荐被纳入《ACC/AHA心衰管理指南》。
半乳糖凝集素-3（galectin-3）是β-半乳糖苷结合凝集素（betagalactoside binding lectin）家族中的一员，其在成纤维细胞和巨噬细胞等多种细胞类型中被发现，与纤维化和炎症相关，在心衰的心肌重塑过程起作用。galectin-3对于急性心力衰竭具有预后判断的价值，因此其作为Ⅱb类推荐被纳入《ACC/AHA心衰管理指南》。
动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）的生物标志物和心血管病风险显著相关，血浆生物标志物水平的高低能够反映AS的严重程度和危险性，可以用来作为评价AS严重程度以及评估心血管疾病预后的指标，可以为干预AS病理过程（脂质浸润、炎症反应等环节）提供新的干预靶点和方法，从而更加有效地预防AS，降低心肌梗死、脑梗死的发病率和病死率。
AS的“潴留反应”学说提出，血液循环中含载脂蛋白B的脂蛋白潴留动脉内皮下是启动AS的关键环节。检测血清中载脂蛋白B的水平可反映VLDL、IDL、LDL的总体水平，其水平升高即可提示存在AS风险，比检测LDL-C水平更敏感，是重要的AS危险预测因子。
脂蛋白相关磷脂酶A2（lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2）由单核细胞、巨噬细胞、T细胞等合成和分泌，与脂蛋白结合并由脂蛋白转运，可水解ox-LDL（Oxidized LDL）侧链，释放出游离的氧化脂肪酸和溶血磷脂，促进AS形成。血浆Lp-PLA2水平升高与AS及心血管疾病发生风险增加显著相关，甚至可以将Lp-PLA2作为健康人群首发冠心病的独立预测因子，美国FDA批准其用于预测冠心病和缺血性卒中风险。
C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）通过激活补体、调节巨噬细胞对氧化低密度脂蛋白的摄取及诱导黏附分子表达等机制参与AS形成全过程，其血浆水平的升高提示AS风险存在。大量流行病学资料表明，血清或血浆中CRP水平升高和AS密切相关，是AS独立的预测因子。
白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）可促进巨噬细胞表面LDL受体合成及巨噬细胞对LDL的摄取，加速脂质沉积；还可以参与机体炎症反应及免疫应答等过程，促进急性期反应物如CRP及纤维蛋白原的合成；其最重要的生理功能是扩增炎症反应瀑布，这在AS病理过程中发挥重要作用。血浆IL-6水平升高甚至比CRP更能有效预测心血管疾病风险，可能是比CRP更强的冠心病风险预测因子。
可溶性细胞间黏附分子-1（soluble intercellular adhesion molecule-1，sICAM-1）是ICAM-1经蛋白裂解后脱落下来的可溶性细胞外成分，循环中的sICAM-1水平和内皮细胞上的ICAM-1的变化是平行的，检测血清中的sICAM-1可作为内皮功能监测的指标。研究表明sICAM-1水平不仅可以反映AS病变的严重程度，还可以反映斑块的不稳定状态。
hs-cTn可实现AMI早期诊断，与既往临床上约需6小时才可观察到cTn有意义的增高相比，hs-cTn检测只需2～3小时，且检测值与6小时后的检测值一致，可有效帮助临床快速、准确诊断AMI。hs-cTn还有助于实现早期急性冠脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）危险分层。美国心脏病学会基金会发布的《肌钙蛋白水平升高的原因对临床应用意义分析专家共识》指出，根据cTn的检测结果及病史、心电图等对ACS患者进行早期危险因素分层，可指导临床治疗，改善患者预后。
缺血修饰白蛋白（ischemia modified albumin，IMA）是一种新的缺血标志物，是美国FDA批准的第一个用于检测心肌缺血的心脏标志物。IMA不仅能检测心肌缺血，而且在缺血发作的第5～10分钟浓度即可升高，在可疑ACS的胸痛患者中，联合cTn水平和心电图表现，IMA的测定可以帮助提高诊断的敏感性。
心脏型脂肪酸结合蛋白（heart-type fatty acid-binding protein，h-FABP）是心肌细胞胞质中一种可溶性的非结合、低分子量蛋白，其功能是转运心肌中的长链脂肪酸，具有高度心脏特异性，它在心肌损伤后可以快速释放到血液中，最早可以在症状发生后30分钟被检测到，早于hs-cTnT。目前h-FABP可用于胸痛发生在2小时内的ACS极早期筛查，若与cTn联合检测可提高诊断敏感性，对ACS更具诊断价值。此外，h-FABP浓度在ACS的长期预后中，可有效鉴别出AMI、心衰及不稳定心绞痛等不良事件的高危患者。
和肽素（copeptin）是前精氨酸压素原C末端的一部分，在体内与精氨酸加压素均由下丘脑等量分泌，可以代替精氨酸加压素量化体内应激水平和包括AMI在内的一些危重疾病的死亡风险。AMI在发作时即会发生体内应激反应，在AMI症状发作的极早期，和肽素已经可以被检测出，此时cTn仍然是阴性。由于体内应激的发生时间与目前常规心肌梗死标志物出现时间相交错，和肽素似乎可以成为AMI的极早期诊断标志物，有效补充cTn对AMI的敏感性不足问题。通过联合cTn，和肽素对诊断AMI准确性的提高有很大的临床价值。和肽素对临床医师最大的帮助是可以通过双重标志物的方法排除极早期AMI患者。
冠状动脉粥样硬化作为一种炎症疾病，为CRP在ACS患者中的诊断价值提供了病理基础，特别是斑块破裂后CRP浓度将会迅速上升。目前CRP还可以作为ACS预后的生物学指标，其峰值一般出现在AMI发作的第24～48小时，且峰值水平与梗死面积相关。CRP水平与ACS患者长期死亡风险独立相关。《美国临床生化实验室医学实践指南》推荐CRP作为ACS患者危险分层的证据水平是Ⅱa级。
生长分化因子-15（growth-differentiationfactor-15，GDF-15）是转化生长因子-β超家族成员，具有抗炎、抗凋亡和抑制细胞生长的作用。越来越多的研究表明GDF-15水平是ACS患者心血管事件死亡率的强独立预测因子，甚至可能指导治疗方案的选择。
肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）的过激反应是高血压的主要病理因素，目前已有多项研究证实，miRNA参与RAAS系统的调节。miR-181-a和miR-663与肾素表达受抑制有关；miR-155可负性调节血管紧张素Ⅱ1型受体的表达，并通过减少血管紧张素Ⅱ诱导的ERK1/2活化在高血压的发生发展中起作用；miR-483-3p可调节RAAS系统的多个环节。动物实验证明，miR-143/145基因敲除小鼠较野生型小鼠的血压明显降低，且血管紧张素转换酶的mRNA是miR-145的靶基因。
内皮细胞功能障碍、一氧化氮（NO）生成减少是血压升高的另一重要原因。早期研究发现，L-精氨酸转运体1（SLC7A1）通过调节NO代谢和L-精氨酸等物质在高血压的发生发展中起作用，当miR-122与之结合，就可能引起SLC7A1表达水平降低和ECs功能紊乱。另有研究报道，27nt-miRNA可抑制血管内皮细胞一氧化氮合酶基因表达，从而发挥促内皮细胞增殖的作用。