血浆蛋白生物标记物在肺动脉高压诊疗中的研究进展_盛芸芸.pdf

第 43 卷 第 3 期2023 年 03 月Vol.43 NO.3MAR.2023赣南医学院学报JOURNAL OF GANNAN MEDICAL UNIVERSITY投稿网址：http：/血浆蛋白生物标记物在肺动脉高压诊疗中的研究进展盛芸芸1，谢新华2，刘潜3，4（1.赣南医学院基础医学院；2.赣南医学院心脑血管疾病防治教育部重点实验室；3.赣南医学院第一附属医院江西省脉管性疾病临床医学研究中心，江西 赣州 341000；4.江西中医药大学江西省血管瘤中医药防治重点研究室，江西 南昌 330000）摘 要：肺动脉高压是由多种病因通过不同发病机制引起肺血管结构或功能改变，导致肺血管阻力和肺动脉压力升高，继发右心功能不全甚至右心衰竭的临床综合征，其发病机制复杂、病死率高、早期诊断方法匮乏。因此，探寻潜在的血浆生物标记物对肺动脉高压的早期诊断、临床分型、精准治疗和预后判断、药物靶标识别、药物反应等意义重大。本文主要对肺动脉高压潜在的血浆蛋白质生物标记物进行综述。关键词：肺动脉高压；血浆蛋白质；生物标记物中图分类号：R544.1 文献标志码：A 文章编号：1001-5779（2023）03-0235-06 DOI:10.3969/j.issn.1001-5779.2023.03.003开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research progress of plasma protein biomarkers in the diagnosis and treatment of pulmonary hypertensionSHENG Yun-yun1，XIE Xin-hua2，LIU Qian3，4（1.School of Basic Medicine，Gannan Medical University；2.Key Laboratory of the Ministry of Education for the Prevention and Treatment of Cardiovascular and Cerebrovascular Diseases，Gannan Medical University；3.Jiangxi Provincial Clinical Research Center for Vascular Anomalies，The First Affiliated Hospital of Gannan Medical University，Ganzhou，Jiangxi 341000；4.Jiangxi Key Laboratory of TCM for Prevention and Treatment on Hemangioma，Jiangxi University of Chinese Medicine，Nanchang，Jiangxi 330000）Abstract :Pulmonary hypertension is a clinical syndrome caused by a variety of causes through different pathogenesis，which leads to changes in the structure or function of pulmonary vessels，resulting in increased pulmonary vascular resistance and pulmonary artery pressure，secondary to right heart insufficiency and even right heart failure.Its pathogenesis is complex，mortality is high，and early diagnosis methods are scarce.Therefore，exploring potential plasma biomarkers is of great significance for the early diagnosis，clinical typing，precise treatment and prognosis of pulmonary hypertension，drug target identification，drug response and so on.This article mainly reviews the potential plasma protein biomarkers of pulmonary hypertension.Key words :Pulmonary hypertension；Plasma proteins；Biomarkers肺动脉高压（Pulmonary hypertension，PH）是指由多种原因通过多种可能机制引起肺血管结构或功能改变、肺血管阻力（Pulmonary vascular resistance，PVR）和肺动脉压力升高（在静息状态下肺动脉平均压25 mmHg）的临床综合征，甚至发展成右心衰竭导致死亡1。PH严重危害人体身心健康，但由于患者早期无自觉症状或仅出现原发疾病的临床表现，缺乏特异性临床特征及有效的早期临床检查手段，在临床诊疗中常被忽视。目前右心导管检查是临床上诊断PH的标准方法。在PH发生发展基金项目：江西省自然科学基金项目（20151BAB205003）作者简介：盛芸芸，女，2020级硕士研究生，研究方向：血管生物学，小儿脉管异常性疾病。E-mail：通信作者：刘潜，男，博士，教授，博士生导师，研究方向：血管生物学，小儿脉管异常性疾病。E-mail： 2352023 年赣 南 医 学 院 学 报投稿网址：http：/过程中，血浆蛋白质表达水平会发生明显改变，探索潜在的血浆蛋白质生物标志物以了解PH发生、发展及预后具有潜在价值2。由于肺动脉高压的原发性改变为肺血管结构或功能变化，并由此引起继发性心脏损伤性变化，因此，本文将从与血管异常相关的蛋白质及与心脏损伤相关的蛋白质两方面综述血浆蛋白生物标记物在肺动脉高压诊疗中的作用。1 与血管异常相关的蛋白 血管异常改变在PH发生发展中有着极其重要的作用。PH早期会发生内皮功能障碍引起血管持续收缩，随后肺血管发生异常重构导致管腔狭窄。在这些病理反应中，伴随着蛋白质异常合成及释放，因此，许多与血管相关的蛋白质被视为潜在的肺血管疾病标志物。1.1血管生成素（Angiopoietin，ANGP）ANGP是一种分泌型糖蛋白，在调控血管发育、血管生成和调节血管通透性等方面具有重要作用。ANGP分为ANGP-1和ANGP-2，两者竞争性结合位于内皮细胞表面的Tie受体。ANGP-1与Tie-2结合有助于维持血管稳定性，而ANGP-2与Tie-2结合则促进血管生 成 并 增 加 血 管 通 透 性。PH 患 者 ANGP-1 和ANGP-2血浆浓度均升高，且ANGP-2水平越高，患者预后越差、生存率越低；而血浆ANGP-1浓度与患者预后无明显相关性。对于特发性肺纤维化（Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者，将ANGP-2临界浓度设置为2.45 ngmL-1时，能对IPF患者是否合并有PH进行良好区分，其敏感性为71.4%，特异性 为 76.0%3。另 有 研 究 报 道，在 特 发 性（Idiopathic pulmonary arterial hypertension，IPAH）患者肺组织中，发生病变的丛状血管ANGP-2表达明显增加，但在未受影响的相邻小动脉中未见表达增加；血浆 ANGP-2 水平与平均肺动脉压（Mean pulmonary artery pressure，mPAP）和 PVR 呈显著正相关，与血氧饱和度呈显著负相关，提示血浆ANGP-2可作为诊断PH和评估其预后的标志物4。1.2 不 对 称 二 甲 基 精 氨 酸（Asymmetric Dimethylarginine，ADMA）ADMA 是一种内源性一氧化氮合酶抑制剂，通过影响一氧化氮的生成抑制cGMP通路，发挥增强血管收缩、增加内皮黏连性等功能。当血管内皮细胞损伤时，血浆ADMA浓度升高。有研究发现，ADMA水平与PH患者血流动力学（右心输出量、平均肺动脉压、肺毛细血管楔入压等）改变有关，可用于 PH 的严重性评估和风险分层5-7。特别在IPAH患者中，ADMA血浆水平升高，与右心室压变化呈正相关，可作为IPAH患者死亡的独立预测因子。1.3胰岛素样生长因子结合蛋白-2（Insulin-like growth factor-bindingg protein 2，IGFBP-2）IGFBP-2是胰岛素样生长因子（Insulin-like growth factor，IGFs）家族中的重要成员。循环中的 IGF 通常与结合蛋白形成复合物，提供稳定的IGF储存库，但IGFBP也可通过IGF非依赖性途径直接作用于细胞。在血管平滑肌细胞中，IGFBP-2通过与受体蛋白酪氨酸磷酸酶 （RPTP）相互作用增强 IGF1诱导的血管平滑肌细胞增殖和迁移，同时引起RPTP二聚化和失活，导致PTEN磷酸化和功能丧失。特异性敲除小鼠平滑肌PTEN基因，可导致肺动脉高压发生发展。YANG J等8发现，PH患者血浆IGFBP-2水平明显升高，并与疾病的严重程度和患者死亡风险呈正相关。此外，GRIFFITHS M 等9发现，IGF1和IGFBP-2在小儿PH中发生明显失调，且IGFBP-2在小儿PH中升高，同样与疾病严重程度和患儿死亡率显著相关。1.4基质金属蛋白酶和细胞外基质蛋白 细胞外基质重构是PH的典型病理变化。基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinase，MMPs）是一类具有分解细胞外基质作用的锌依赖性内肽酶。MMP家族由28个成员组成，在人体组织中至少表达23个，根据其功能可分为明胶酶、胶原酶、溶血素、基质溶素、膜型MMPs和其他MMP。研究表明，血浆基质金属蛋白酶-9、基质金属蛋白酶-7和金属蛋白酶组织抑制剂-1 高水平的 PH 患者生存率明显低于低水平患者10。MATTIAS M等11发现，血浆基质金属蛋白酶-2与PH患者平均右心房压力呈正相关，与6分钟步行实验（6 minutes walking Distance，6MWD）呈负相关，提示血浆MMP2升高与PH患者预后不良相关。骨桥蛋白（Osteopontin，OPN）是细胞外基质中一种重要的蛋白质，多种细胞可合成分泌。与健康个体相比，IPAH患者的血浆OPN明显升高，与疾病严重程度相关，是患者生存的独立预测因子12。骨膜蛋白（Periostin，POSTN）是一种90 kD的细胞外基质蛋白，可作为配体调控细胞迁移、黏附和上皮-间充质转变等过程，还参与组织重塑和伤口愈合。POSTN在生长转化因子信号转导的上下游均起作 2363 期盛芸芸，等 血浆蛋白生物标记物在肺动脉高压诊疗中的研究进展投稿网址：http：/用，近年来也被提出参与血管损伤反应并调节平滑肌细胞增殖。NIE X W等13发现，当低氧性肺动脉高压患者肺动脉收缩压升高时，其血浆POSTN同样升高，且血浆POSTN水平与患者病情恶化概率高度相关，提示其可能成为预测PH预后的标志物；内皮抑素（Endostatin，ES）是 a 胶原蛋白的一个片段，通过抑制内皮细胞增殖和迁移以及诱导内皮细胞凋亡抑制血管生成。在成人PH研究中证明血浆ES水平可预测死亡率，此外，循环ES高水平还与6MWD成反比，与机体功能状态受损程度和NT-proBNP水平呈正相关。在先天性心脏病相关的肺动脉高压（PAH-CDH）患儿中，ES同样与疾病严重程度和患者生存率有关，将其与NT-proBNP联合应用能更好地预测患儿预后14。鸢尾素是纤维连接蛋白结构域的膜外部分，主要通过整合素V/5发挥对心脏和血管的保护作用15。有研究发现，血浆鸢尾素与IPAH患者的mRAP、右心房收缩压（Systolic right atrial pressure，sRAP）和右心房舒张压呈负相关，可作为IPAH患者预后的独立预测因子16。结缔组织生长因子（Connective tissue growth factor，CTGF），是一种38 kD富含半胱氨酸的分泌肽。CTGF参与细胞外基质的生成、黏附、细胞增殖和凋亡等过程。研究表明，CTGF与肺血管重塑密切相关17。在PAH-CDH患儿研究中发现，血浆CTGF与BNP呈正相关，而与血氧饱和度呈负相关。提示血浆CTGF可能是诊断儿童PAH-CHD的生物标志物。1.5细胞因子和趋化因子 血管周围炎症是大多数PH患者及动物模型的突出病理特征。尽管炎症在肺动脉高压发生发展中的具体作用还存在不少争议，但近年来多种细胞因子和趋化因子的血浆水平被证实在PH动物模型以及PH临床样本中均升高，如肿瘤坏死因子、多种白介素（Interleukins，IL），包括IL-1B/4/5/6/8/10/13、CX3CL1、单核细胞趋化蛋白-1、巨噬细胞游走抑制因子（Macrophage migration inhibitory factor，MIF）、干扰素诱导蛋白 10、CXCL1/8/10/12等18-19。一些细胞因子与趋化因子与肺血流动力学和患者临床结局密切相关，可能作为疾病进展的生物标志物。IL-6是一种多效性细胞因子，经典的IL-6信号转导主要是可溶性 IL-6结合其膜结合受体形成复合物触发下游多条信号通路（包括 JAK-STAT3 通路、PI3K/AKT 通路和 MEK/ERK 通路）发挥作用。PH患者和动物模型IL-6的血浆水平均升高；PH患者血浆IL-6水平异常升高与右心功能、长期生存率呈负相关；而在小儿PH中，IL-6的升高与血流动力学恶化显著相关，可预测临床恶化风险20。MIF是一种重要的促炎介质，不仅通过与CD74结合调节血管内皮细胞，还可通过激活低氧性肺动脉高压动物模型中的ERK1/2和JNK途径调控血管平滑肌细胞增殖。有研究发现，在特发性和系统性硬化症相关PH患者中MIF血浆变化与PVR呈正相关21。高迁移率组蛋白B1（High mobility group box 1 protein，HMGB1）通常被认为是一种非典型的细胞因子。正常情况下，HMGB1是一种可以稳定核小体的核蛋白，但当细胞发生应激或受到损伤（如缺氧、感染）时，HMGB1被释放到细胞外基质，结合多种受体（包括Toll样受体TLR4、TLR2和晚期糖基化产物受体）促进炎症的发生。PH患者血浆HMGB1水平升高，其循环水平与mPAP呈正相关22。另外，围产期出现窒息的新生儿常出现新生儿持续性肺动脉高压（Persistent pulmonary hypertension of the newborn，PPHN），与健康对照组相比，PPHN 新生儿的血浆HMGB1 水平显著升高，且在 PPHN 消退后急剧下降，提示HMGB1可用作诊断缺氧诱导的PPHN并作为评估其改善的早期指标23。GDF-15是转化生长因子-超家族的成员，在大多数正常组织中表达较弱，但在缺氧、炎症、氧化应激和压力超负荷的病理条件下，GDF-15 的表达可能急剧增加。有研究发现，在低氧性和原发性PH患者血浆中GDF-15浓度升高；GDF-15 不仅与 6MWD、WHO 心功能分级相关，还与平均右房压、肺动脉楔压（Pulmonary artery wedge pressur，PAWP）、尿酸和心脏指数相关。血浆高 GDF-15水平与 PH 患者较高的死亡率和心力衰竭发生率呈正相关2，24-26。1.6 糖 基 化 终 产 物（Receptor for Advanced Glycation End Products，RAGE）受体和 S100A12 RAGE是免疫球蛋白超家族的成员，是一种模式识别受体，可结合损伤和应激相关分子模式进而对缺氧和血管损伤产生反应。可溶性RAGE（sRAGE）浓度增加反映了持续的炎症发生和血管损伤程度。DIEKMANN F 等27发现，结缔组织病相关的肺动脉高压（CTD-PAH）患者中的 sRAGE 水平比正常人高1.9倍，成人IPAH和CTD-PAH中的sRAGE血浆浓度与 WHO心功能分级相关，进一步对sRAGE与NT-proBNP应用ROC分析发现，sRAGE对轻度肺动脉高压具有更高的诊断准确性。S100A12是S100钙 2372023 年赣 南 医 学 院 学 报投稿网址：http：/结合蛋白家族的成员，可作为一种危险相关分子模式分子，其水平随着炎症的发生而增加。PH患者血浆S100A12 水平升高，并与患者死亡率增加相关。TZOUVELEKIS A等28研究表明，S100A12 是 PH 患者死亡率的一个强有力的预测因子。1.7SeP蛋白 SeP是一种参与转运微量元素硒以维持细胞氧化还原状态和代谢的分泌型蛋白。PH患者SeP表达高度上调，引起机体氧化还原失调和线粒体功能障碍促进平滑肌细胞增殖，血浆高SeP水平与患者的不良预后相关。KIKUCHI N 等29发现，PH患者进行特异性治疗后，SeP的变化与患者的mPAP、PVR和心脏指数的绝对变化显著相关，而PVR的增加预示着患者的不良预后。2 与心脏损伤相关的蛋白质 PH可引起右心功能、代谢、结构的改变，导致心脏受损。因此，与心脏损伤相关的蛋白质也可作为潜在的PH生物标志物。2.1B型钠尿肽（Brain natriuretic peptide，BNP）和氨基末端B型钠尿肽前体（N-terminal fragment of the BNP precursor，NT-proBNP）在机械负荷和室壁应力作用下，心肌细胞可释放BNP和NT-proBNP，是公认的心力衰竭生物标记物。CHIN K M等30研究表明，在PH患者中，BNP与右心房压力呈正相关，血浆BNP/NT-proBNP高水平预示着预后不良。在系统性硬化症 PH 中，NT-proBNP 与 mPAP、PVR、RAP呈正相关，与心脏指数呈负相关，NT-proBNP是生存率的独立预测因子31。测定血浆 BNP/NT-proBNP可用来诊断心肌功能障碍和随访评估预后，但不能区分引起PH的原因，因为BNP在IPAH、PH相关肺部疾病和先天性心脏病、慢性血栓栓塞性肺动脉高压和肺动脉高压合并急性肺栓塞中都有升高，因此在解释BNP的变化时必须结合临床进行综合分析。2.2高敏肌钙蛋白（High-sensitive troponin T，hsTnT）hsTnT 是心肌细胞损伤的敏感性和特异性指标。有研究发现，PH患者hsTnT水平与PH患者sRAP呈正相关，与6MWD呈显著负相关。此外，hsTnT具有和NT-proBNP相当的预测心力衰竭死亡效应，hsTnT用于诊断WHO心功能分级级以上患者优于NT-proBNP32。因此，hsTnT可作为诊断PH并发心力衰竭的生物标记物。2.3可溶性基质裂解素-2（Soluble suppressor of tumorigenicity，sST2）sST2是心脏应激的生物标志物之一，可在多种组织中产生，包括内皮细胞和心肌细胞。有研究发现，sST2与PH的血流动力学变化及患者死亡率相关，且可能是比NT-proBNP 更特异和更早的标志物33。有研究者对患有肺动脉高压的婴幼儿血浆进行分析，发现其血浆sST2和ES浓度均升高，且与肺动脉高压和右心室功能障碍的超声心动图标志物密切相关，且可能比现有的标志物对婴幼儿肺动脉高压有更好的预测作用34。鉴于ES在肺泡毛细血管发育中的潜在作用，ES升高可能是PH的早期标志，而sST2可能是婴幼儿心肺应激更敏感、更特异的标志物。2.4糖类抗原-125（Cancer antigen-125，CA-125）CA-125，也称为黏蛋白16（MUC16），是由MUC16基因编码的跨膜蛋白。CA-125作为卵巢癌的肿瘤标志物已被广泛研究，但据最新研究报道，CA-125水平与心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病的严重程度相关，是反映心力衰竭患者充血严重程度的潜在标志物。在急性心力衰竭患者中，CA-125与右心衰竭参数密切相关。此外，CA-125还具有监测和指导失代偿性心力衰竭后相关治疗的潜力35。PH患者在疾病晚期引起严重的右心衰竭是患者死亡的重要原因。有研究发现，血浆CA-125是PH患者长期死亡率的独立预测因子36。3 总结与展望 目前，用于PH的检查有超声心动图、胸部放射检查、心电图、肺功能检查和动脉血气分析、高分辨率计算机体层成像、右心导管和血管反应性试验等，但均无法有效发现早期、轻症PH患者。随着越来越多与PH进展、临床风险及预后显著相关的血浆蛋白质标记物的发现，为早期、轻症PH患者的诊断提供了可能，也为PH的精准治疗和预后判断、药物靶标识别、药物反应等提供了依据。但PH分类多，发病机制复杂，单一血浆蛋白质大多缺乏特异性，因此，还应对联合多种血浆蛋白质标记物在PH诊疗中的应用进行更深入的研究。参考文献：1 中华医学会呼吸病学分会肺栓塞与肺血管病学组.中国肺动脉高压诊断与治疗指南（2021版）J.中华医学杂志，2021，101（1）：11-51.2 WILKINS M.Pulmonary hypertension：Proteins in the blood J.Glob Cardiol Sci Pract，2020，2020（1）：e202007.2383 期盛芸芸，等 血浆蛋白生物标记物在肺动脉高压诊疗中的研究进展投稿网址：http：/3 ENOMOTO N，SUZUKI S，HOZUMI H，et al.Diagnostic and prognostic significance of serum angiopoietin-1 and-2 concentrations in patients with pulmonary hypertension J.Sci Rep，2021，11（1）：15502.4 KMPERS P，NICKEL N，LUKASZ A，et al.Circulating angiopoietins in idiopathic pulmonary arterial hypertension J.Eur Heart J，2010，31（18）：2291-2300.5 SIQUES P，BRITO J，SCHWEDHELM E，et al.Asymmetric dimethylarginine at sea level is a predictive marker of hypoxic pulmonary arterial hypertension at high altitudeJ.Front Physiol，2019，10：651.6 TELO S，KIRKIL 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