B型利钠肽在心衰应用的研究进展_余怡嫔.pdf

Reviews and Monographs综述与专论生物化学与生物物理进展Progress in Biochemistry and Biophysics2023，50（3）：B型利钠肽在心衰应用的研究进展*余怡嫔1）谭朵廷1）杨柳2）钟俐芹1）盛丹1）黄汝佳3）胡志希2）梁昊2）*（1）湖南中医药大学研究生院，长沙 410208；2）湖南中医药大学中医诊断研究所，长沙 410208；3）湖南中医药大学中西医结合学院，长沙 410208）摘要 利钠肽（natriuretic peptides，NPs）的发现已有30年历史，其中B型利钠肽（B-type natriuretic peptide，BNP）及氨基末端脑钠肽前体（N-terminal pro-B type natriuretic peptide，NT-proBNP）的临床应用对心血管疾病诊治具有里程碑意义，特别是对心衰的综合价值最高。BNP具备强大的心血管保护效应，但心衰后BNP水平大幅升高，却没展现出相应的活性，被称为“利钠肽悖论”。近几年，随着质谱、核磁共振技术的运用，逐渐从代谢途径和检测技术上解开了“利钠肽悖论”这一谜题：外周循环中存在多种不同生物活性的BNP亚型且心衰后的BNP代谢与生理状态下不同。所以，纵然检测到心衰后BNP大幅升高，但本质上是由于传统检测技术的瓶颈，使各类BNP亚型与检测试剂交叉反应，活性成分被高估而造成假阳性。因此，要加强对BNP在病理生理等不同情况下的认识，还要借助生物化学手段建立具有敏感性和特异性的检测方法来识别BNP1-32、BNP1-30、BNP3-32及B型利钠肽原（pro-B-type natriuretic peptide，proBNP）等特殊形式。从而有助于探索心衰更深层次的病理生理机制，还可协助临床对心衰的诊断及预后做出更准确的判断。关键词 B型利钠肽，氨基末端脑钠肽前体，B型利钠肽原，心力衰竭，利钠肽悖论中图分类号 Q58，R34，R44DOI：10.16476/j.pibb.2022.0180利钠肽（natriuretic peptides，NPs）家族自发现以来，就获得了医学界的广泛关注，主要包括心房利钠肽（atrial natriuretic polypeptide，ANP）、B型利钠肽（B-type natriuretic peptide，BNP）、C型利钠肽（C-type natriuretic peptide，CNP）3种，这些肽通过 N 端信号肽的裂解生成具备活性的激素1。它们的来源虽不同，但都具有明显的心血管效应：平衡血循环、系统的容积、渗透压和压力，通过自分泌和旁分泌控制心脏的结构和功能，最终降低心脏前、后负荷。其中，BNP在心血管领域最具应用价值，它广泛分布于心、脑、垂体、脊髓、肺等组织，尤其在心脏中含量最高2。在生理情况下，心室心肌细胞合成与分泌有限的 BNP；相反，在心室肥厚、心肌纤维化、炎症、心肌缺血及自身缺氧等病理条件下，心脏室壁张力增加或循环血量增加，心室心肌细胞合成和分泌 BNP 会 显 著 增 加。当 BNP 与 利 钠 肽 受 体 A（natriuretic peptide receptor A，NPR-A）结合，可催化三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP）生成环磷酸鸟苷（cyclic guanosinc monophosphatec，cGMP），作为第二信使激活众多下游级联反应3，其主要在调节血压和体液量方面发挥关键作用，包括利尿、利钠、血管舒张和抑制醛固酮合成和肾素分泌4-5，大都对心脏和相关组织具有保护效果。此外，BNP还能阻止血管平滑肌细胞的生长、增殖以及血管纤维化6。内源性BNP水平与心衰程度成正相关，所以在全世界范围内的临床实践中，BNP和BNP的同源产物氨基末端脑钠肽前体（N-terminal pro-B type natriuretic peptide，NT-proBNP）已作为生物标志物用于急性和慢性心力衰竭的诊断、风险分层和监测治疗反应7-9，且最近也有研究提出将它们 国 家 自 然 科 学 基 金（81774208），中 国 博 士 后 科 学 基 金（2020M682578），广东省重点领域研发项目（2020B1111100001），湖南省自然科学基金（2022JJ40300）和湖南省教育厅科学研究项目（21B0366）资助。通讯联系人。Tel：0731-88458217，E-mail：收稿日期：2022-04-22，接受日期：2022-08-23余怡嫔，等：B型利钠肽在心衰应用的研究进展2023；50（3）487 作为非心衰的风险预测指标10，如作为心房颤动（atrial fibrilltion，AF）的预后指标11-12。但心衰后急速升高的BNP没有发挥原本强大的生物学效应，机体对利钠肽系统的作用似乎无动于衷，许多学者将 这 种 现 象 称 为 心 衰“利 钠 肽 悖 论”（BNP paradox in heart failure）13。显然，这是一种“认知偏差”，出现这种偏差的原因，不仅是由于对BNP的代谢分型等生理机制认识不足，本质上更是因为当前开发的BNP和NT-proBNP检测方法遇到了技术瓶颈，使得现有的BNP和NT-proBNP检测系统都与proBNP或者BNP裂解片段有不同程度的交叉反应，测量结果不具有等效性，迷惑了临床判断。所以要从根本上认识“利钠肽悖论”，需要丰富BNP相关理论知识，了解BNP在心衰状态下的生成代谢情况，同时尽快对BNP和NT-proBNP等检测的精度和标准进行改进。1BNP代谢传统认知1988年，Sudoh等14首次在猪脑中发现BNP。后来进一步的研究发现，人类也存在BNP，并且人类的BNP是一个单拷贝基因编码，该基因包括3个外显子和2个内含子，其mRNA在非翻译区域内存在4个AUUUAA重复序列，以确保mRNA的稳定性15。刺激BNP基因表达的因素也很广泛，包括心脏机械性拉伸、缺血损伤、缺氧、血管紧张素II、内皮素1、甲状腺激素、糖皮质激素和性类固醇、炎症细胞因子如白介素-1和白介素-6以及肿瘤坏死因子等16-17。另外，需要注意的是，BNP基因启动区有多个上调基因的靶点和不同的信号通路，包括心室牵拉和促炎刺激，而且多数BNP调节是在基因表达期间完成的，并在肽分泌发生时爆发性升高18，所以引起BNP升高的因素很复杂。BNP释放后经基因翻译，初始基因产物是134个氨基酸前体蛋白，即pre-proBNP1-134。该肽在激素C端合成前快速切掉1段含26个氨基酸信号肽后成为含108个氨基酸的激素原proBNP1-10819，然后被 弗 林 蛋 白 酶（furin）20和 丝 氨 酸 蛋 白 酶（corin）21分解为两部分：一部分为不具有生物活性的含 76 个氨基酸且只通过肾脏清除的 NT-proBNP1-76；另一部分是有生物活性的含32个氨基酸的BNP1-32。它具有典型的环状结构，由2个半胱氨酸残基，9个氨基末端和6个氨基酸的羧基末端组成了二硫键封闭以保持生物活性22（图 1）。BNP的清除途径则主要有3条23-24：a.与利钠肽受体C（natriuretic peptide receptor C，NPR-C）结合，NPR-C是表达最广泛、最丰富的利钠肽受体，位于血管内皮、平滑肌、心脏、肾上腺和肾脏等多种组织中，通过NPR-C介导将BNP内吞入胞内，再由溶酶体酶降解；b.由脑啡肽酶（neprilysin，NEP）对BNP降解，此酶在肺脏及肾脏中浓度较高，还 有 几 种 蛋 白 水 解 酶 如 二 肽 基 肽 酶 IV（dipeptidyl peptidase-IV，DPPIV）、胰岛素降解酶（insulin-degrading enzyme，IDE）和肽基精氨酸醛蛋白酶等都可以对BNP进行裂解；c.被肾脏等高血流量器官排泄。但是NT-proBNP则缺乏主动的清除机制，主要通过肾脏、肌肉、肝脏等高血流量器官被动清除。2外周循环中到底有几种类型BNP之前学者一直认为具有生物活性的BNP和不具活性的NT-proBNP在蛋白酶的作用下从proBNP裂解而来，并且以11的化学计量等比释放到血液循环中25，即外周循环中应当只存在两个循环的 proBNP 衍生片段：BNP1-32（成熟、带活性的BNP）和NT-proBNP1-76。然而，后来许多研究明确表明，血液循环中BNP以多种形式存在。例如，2005年Hawkridge等26研究显示美国纽约心脏病协会分级（NYHA）IV级患者的循环BNP水平非常高，但通过质谱技术却发现在严重的心衰患者中难以检测到完整的内源性 BNP1-32。针对这一点，有学者认为，BNP1-32可能在采血时已经分解，或者BNP1-32在各个色谱步骤中因为回收率低而丢失。2008年，Niederkofler等27在小心保存BNP1-32后，通过免疫提取和定量质谱的方法检测了12份心衰患者的血浆样本，发现有 11 份样本存在完整的Fig.1Traditional metabolic process of BNP图1BNP传统的代谢过程 488 2023；50（3）生物化学与生物物理进展 Prog.Biochem.Biophys.BNP1-32。但心衰患者完整的BNP1-32含量和比例非常小，即在总BNP相关多肽中占比非常少。他们深入研究后发现了BNP1-32和它不同形式的N端和C端的片段，如 BNP4-32、BNP5-32、BNP5-31、BNP1-26和BNP1-25，这就是为什么之前Hawkridge等未能在晚期心衰患者血浆样本中检测到完整的BNP1-32的原因。同样，Miller等28对完整的BNP1-32及其片段进行定量质谱免疫分析发现，BNP1-32的实际水平显著低于使用常规检测方法（如ELISA）测量的血清BNP水平，而BNP3-32、BNP4-32和BNP5-32的含量更丰富且与血浆BNP的水平相关。这项研究还发 现 了 其 他 BNP 碎 片，如 BNP2-31、BNP3-27、BNP3-39、BNP4-27、BNP4-40、BNP4-31、BNP5-31和BNP6-32。这些碎片出现的原因是，DPPIV作为一种广泛表达的跨膜蛋白，它具有同型二聚体催化活性，所以BNP1-32一旦进入循环，就会迅速被去除两个N端氨基酸（Ser、Pro），产生BNP3-32。当心衰患者血浆BNP3-32升高，其他氨基肽酶会进一步消化 BNP1-32和 BNP3-32的 N 端区域，进而产生BNP4-32和BNP5-32循环于外周循环中29，或者也可以通过其他酶（如IDE）降解为其他肽段。但在2006 年，Heublein 等30的一份体外分析报告表明，在培养的心脏成纤维细胞中，只有BNP3-32对cGMP的激活程度与BNP1-32相似，从而发挥生理学效应。因此，心衰患者外周循环中完整的BNP1-32仅是其中一种片段并且占很小的比例，还存在有大量不具备生物活性的BNP片段31，也正是这些不具有生物活性的片段干扰了人们的视线，造成了“BNP悖论”。BNP各亚型的具体生成及代谢途径见图2。另外，一项凝胶过滤和免疫检测相结合的研究表明，外周循环中的BNP主要有两种不同分子质量的多肽片段，其中高分子质量片段约3040 ku，低 分 子 质 量 片 段 约 3 ku32。Yandle 等33和Shimiza等34使用竞争法放射免疫检测试剂检测心衰患者血浆样本，发现高分子质量和低分子质量的片段分别对应的是proBNP1-108和BNP1-32，这就说明外周循环中仍然存在proBNP。并且后来通过质谱技术也验证了人体血浆中存在大量的proBNP，包括完整和糖基化形式的proBNP35-37。3心衰时BNP代谢发生了怎样改变心衰发生时血循环中BNP水平会升高，例如，在NYHAIV级心衰患者中，BNP中位数与健康受试者相比可高出57倍，而NT-proBNP中位数水平更是高出107倍38。然而，