文 / 高炜 王方芳 北京大学第三医院心内科
   

    心力衰竭在全球范围内日益流行，在老年人群尤为显著，由此带来高额的医疗费用，高致残率和死亡率。多项大规模临床研究显示心力衰竭的患者常伴有NT-proBNP 水平的升高，并且与心力衰竭的严重程度相关。2005 美国ACC/AHA 心力衰竭指南及2008 欧洲ESC 心力衰竭治疗指南均已明确NT-proBNP 在心力衰竭患者临床诊断和预后评估中的重要地位。近年来，心血管疾病相关生物标记物的研究受到广泛关注。研究提示，生长分化因子-15（Growthdifferentiating factor -15，GDF-15）与心力衰竭的严重程度相关，并可能作为心力衰竭早期诊断的生物标记物。

    GDF-15 是一种分泌型蛋白，是转化生长因子-β（TGF-β）超家族的远亲。在生理状态下，GDF-15 在胎盘、前列腺组织和神经系统上皮细胞（脉络丛，室管膜）中高表达，而在其他一些上皮细胞中（如小肠上皮和气管粘膜上皮等）有较低的GDF-15 低表达，在其他部位（包括心脏组织中）则未检测到其表达^[1] 。在急性损伤（如急诊手术）、缺血、化学造成肝、肺、肾损伤[2] 或低温造成脑皮质损伤^[2]以及肿瘤^[3] 等疾病状态下，GDF-15 表达迅速增加。

    在缺血再灌注（I/R）的情况下，体外培养的大鼠心室肌细胞中GDF-15 前肽mRNA 的表达增加，并分泌成熟的GDF-15 蛋白至培养的上清中；同样，给予重组GDF-15 预处理的心肌细胞可以减少凋亡心肌细胞的数量，干扰素-γ（IFN-γ）和白介素-1β（IL-1β）等促炎症因子可促进心肌细胞GDF-15 的表达^[3] 。用促进心肌细胞肥厚的培养液（PE ：50μmol/L ；Ang ：1μmol/L）孵育培养新生心肌细胞24 小时后发现，GDF-15 超表达者细胞体积的肥厚显著减轻，同样，将纯化重组的GDF-15 加入到培养液中也可抑制心肌肥厚^[2] 。
   
    GDF-15 在心脏中作用的受体及信号通路目前尚不明确，细胞培养实验发现给予GDF-15 可以使SMAD2 及SMAD3 磷酸化水平显著增加，并且SMAD2 超表达可抑制心肌肥厚，与GDF-15 超表达的效果相似，高表达抑制性的SMAD 蛋白6/7 则逆转了GDF-15 对心肌肥厚的保护作用，提示GDF-15 可能通过SMAD 蛋白通路发挥抗肥大和心功能减退的作用^[2] 。
   
    在大鼠心肌梗死模型中，永久结扎冠状动脉或一过性I/R 后，1 小时内梗死区心肌细胞中GDF-15 mRNA 的表达即显著增加；GDF-15 基因缺失的大鼠心肌坏死面积增加，梗死边缘区的心肌坏死更为显著^[3] ，提示内源性的GDF-15 可能限制了组织的缺血再灌注损伤^[4] 。尸检也发现因急性心肌梗死死亡的患者梗死区心肌GDF-15 前蛋白的表达增加，在梗死后12 小时即出现，并可维持到2 周，无论是否接受再灌注治疗其GDF-15 的表达都是相似的，而在存活心肌区域或对照患者中则很少被检测出来。压力负荷可刺激大鼠心脏GDF-15 mRNA 转录，并至少维持14 天；GDF-15基因高表达的小鼠，在压力负荷模型下心室肌重量及心肌细胞体积的增加程度均低于野生型小鼠；而GDF-15 基因敲除的小鼠在压力负荷下心肌肥厚较对照组明显，且在压力负荷2 周时即出现了心室肥厚失代偿的表现（左室收缩功能减退和心室扩张） ^[2] 。

    以上研究通过离体和在体模型，应用蛋白重组和基因钳的方法证明，GDF-15 具有抗凋亡和抗肥大的作用，提示GDF-15 是一个心脏保护因子。
   
    众所周知，活化的巨噬细胞在动脉粥样硬化及血管闭塞的进程中发挥了重要作用^[5] ，2002 年，Brown[6] 等人率先通过老年女性人群的研究探讨了GDF-15 在动脉粥样硬化中的作用，随访4 年急性心肌梗死、缺血性卒中及心血管死亡的发生率， 发现GDF-15 基线水平在90%分位数以上的人群发生事件（心肌梗死、脑卒中和心源性死亡）的风险是GDF-15 水平较低组的三倍，基线GDF-15 水平较高者发生心血管事件的风险也增加，提示GDF-15 水平可能与粥样硬化斑块的进展相关。
   
    GUSTO- Ⅳ研究发现，NSTE-ACS 患者GDF-15 水平较对照组明显升高，并且GDF-15 可以独立于临床、超声和已有生化标记物如TnT、NT-proBNP 等预测NSTE-ACS 患者的预后，GDF-15 水平增高的患者死亡和再梗的风险增加。ASSENT-2 及ASSENT-plus 研究发现，GDF-15 同样是溶栓治疗的STEMI 患者死亡率的强烈预测因子^[7] 。Khan^[8] 等研究发现急性心肌梗死的患者GDF-15 随Killip 分级增加而增加，且与BNP 有显著相关性；GDF-15 和BNP 为患者心力衰竭或死亡的独立预测因素；GDF-15 有助于急性胸痛患者的危险分层，对预后判断具有指导意义^[9] 。
 
    有关GDF-15 在心力衰竭方面的临床研究报道尚少。2007 年Kempf^[10] 等人观察了429 例门诊正常的人群和153 例心力衰竭患者，发现心力衰竭患者循环GDF-15 水平明显高于正常对照组，且与心力衰竭患者的纽约心脏病心功能分级（NYHA）相关。同时在正常对照人群中GDF-15水平与年龄轻度正相关，与C 反应蛋白和反应肾小球功能的胱蛋白酶抑制剂C（cystatin C）正相关，与性别、体重指数、血压和血NT-proBNP 水平无明显相关。随后Kempf 随访了455 例门诊心力衰竭患者，随访14 ～ 78月（中位数40 个月）全因死亡发生率，以GDF-15 的cutoff值（1200、2000、3600ng/L）将患者分成四组，GDF-15在2000ng/L 以上者死亡率显著增加。在48 月，GDF-15各区间死亡率分别为10%、9.4%、33.4%、56.2%（P＜ 0.001），而NT-proBNP 则分别为6.1%、13.0%、29.3%、61.4%。死亡病例入组时的GDF-15 水平显著高于生存者。与生存者相比，猝死患者或进展性心力衰竭的患者GDF-15水平显著升高。多元Cox 模型分析发现GDF-15升高及LVEF降低是全因死亡的独立危险因素。如果把BMI 及肌酐清除率加入到此模型中，GDF-15、LVEF、BNP 与全因死亡独立相关。ROC 曲线进一步阐明了GDF-15 是1 年死亡率增加的强烈预测因素，c 统计量为0.78。预测1 年死亡率最强烈的GDF-15 水平为2729ng/L（敏感性75%、特异性70.9%）。通过多元线性回归，GDF-15水平与年龄、NYHA 分级、肌酐、UA、BNP 及LVEF 独立相关^[11] 。

    美国心脏病学会和美国心脏病协会（ACC/AHA）以及中国的心力衰竭诊断与治疗指南均已指出，心力衰竭是一个不断进展的疾病，晚期死亡率高。我们的研究观察了血浆GDF-15 在心力衰竭不同分期中的水平变化，并初步评估GDF-15 对早期心力衰竭患者的诊断价值。结果表明，心功能失代偿的患者（C 期组）血浆GDF-15 水平明显高于临床上心功能代偿（对照组、A 期和B 期组）的人群，与以往报道的GDF-15 在心力衰竭患者中水平升高的研究相符。随着心力衰竭分期的进展，血浆GDF-15 水平相应增高，结构性心脏病的B 期组患者血浆GDF15水平较仅有心力衰竭高危因素的A 期组明显升高，而到临床心力衰竭的阶段即C 期组则进一步升高，三组患者的血浆GDF-15 水平均较对照组显著增加，并且独立于年龄、性别、肾功能以及伴随疾病和用药情况以外这种随着心力衰竭分期进展而增加的趋势仍然存在。血浆GDF-15 水平的变化早于NT-proBNP。本研究也发现，随着左室收缩功能（LVEF、Sm 的下降），LVEDD、LA 内径和LAP 的增加，血浆GDF15 水平逐渐升高，并具有显著相关性。此外，急性心肌梗死早期GDF-15 水平升高与心功能不全相关。GDF-15 与胶原代谢的指标ICTP 及PIIINP）显著正相关。

    目前有关GDF-15 与心脏的实验室及临床研究不多。无论是在离体心肌细胞培养及动物模型中，都发现GDF-15 的心肌保护作用。在心肌缺血或缺血/ 再灌注刺激下，GDF-15 的表达可减少心肌细胞坏死及凋亡，减轻心脏的炎症反应，保护心功能；在压力负荷增加的情况下，GDF-15 可抑制心室重构，甚至能部分逆转心力衰竭。但GDF-15 在心血管系统中的研究还处于起步阶段，我们的研究也只是初步探索。要明确GDF-15 在心血管系统中的作用和机理尚需要更多更深入的研究。

    文章来源：《医心评论》2010年第8期