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抗癌药物引起心脏毒性的生物标志物研究进展

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内科急危重症杂志2017年第23卷第1期 抗癌药物引起心脏毒性的生物标志物研究进展 华中科技大学同济医学院附属同济医院 罗霞关键词程黎明 ,武汉430030 抗癌药物;心脏毒性;标志物;左心室射血分数 文献标识码 A DOI 10.1 1768/nkjwzzzz20170123 中图分类号 R96 肿瘤治疗过程中,各类抗癌药物及放疗可以引 念,并于2016年发布了抗癌药物心脏毒性管理指 起心脏毒性并发症,影响患者预后或导致死亡。蒽 环类药物(包括阿霉素、表阿霉素、阿克拉霉素及柔 红霉素等)广泛应用于实体肿瘤及血液系统(如白 血病、乳腺癌和淋巴瘤等)的治疗,是引起心脏毒性 损伤最常见化疗药物,临床数据显示其可引起进展 性、不可逆性心脏毒性损害。心脏毒性可表现为心 悸、心电图异常、左心室射血分数(1eft ventricular e— jection fraction,LVEF)下降,严重者甚至出现心力衰 竭,大多数心力衰竭发生在蒽环类药物治疗后1年 内,但也有少数在化疗结束数年后出现…。美国心 脏病学会/协会(American Heart Association/Ameri— can College of Cardiology,AHA/ACC)指出使用蒽环 类药物治疗的患儿即使暂时无任何临床症状,也属 于远期心力衰竭高危人群 ]。由抗癌治疗导致的 心脏毒性损伤占肿瘤死亡病因的30%~50%,包括 急性或亚急性心脏毒性、慢性心脏毒性和迟发型心 脏毒性等。心电图和心肌酶谱为目前临床常规检测 项目,但缺乏特异性。LVEF是筛查心脏毒性的常 用指标,然而,LVEF对于亚临床型心脏毒性十分不 敏感,常低估心脏损伤程度,不能用于早期心脏毒性 检测。近l5年来,生物标志物因操作简便、省时、花 费低而备受关注,它不仅能早期检测心脏毒性损伤, 还能用于预测心功能障碍,有助于尽早干预从而减 少心脏事件的发生。本文旨在对近年来出现的具有 一定临床价值的生物标志物进行综述。 抗肿瘤治疗相关的心脏毒性损伤 化疗、放疗及靶向药物治疗等都是常见而有效 的抗癌方式。然而部分患者不得不承受抗癌治疗引 起的心血管副作用,如心律失常、心肌缺血、高血压、 急性心力衰竭和迟发性心室功能障碍等。201 1年, 欧洲心脏病学会(European Society of Cardiology, ESC)正式提出抗癌治疗相关心血管副作用这一概 通信作者:程黎明,E—mail:chengliming2002@163.con 南 J。2013版蒽环类药物心脏毒性防治指南也对 抗肿瘤药物心脏毒性的概念进行了明确的定义,指 出其具有以下一项或多项特征:①LVEF降低的心 肌病,整体功能降低或室间隔运动显著下降;②有充 血性心力衰竭相关症状;③充血性心力衰竭相关体 征,如第3心音奔马律、心动过速等;④LVEF较基 线值降低至少5%至绝对值<55%,伴有充血性心 力衰竭症状或体征;或LVEF降低至少10%至绝对 值<55%,不伴随症状或体征 。心脏毒性不可避 免地影响患者的疗效和生活质量,一些迟发型心力 衰竭甚至会造成患者死亡,遗憾的是肿瘤治疗相关 的心脏损伤常因缺乏合适的监测手段而未引起临床 医生足够的重视。 蒽环类药物、其他传统的化疗药物(如环磷酰 胺、顺铂、异环磷酰胺和紫杉醇等)以及免疫治疗和 靶向治疗药物(如曲妥珠单抗、血管内皮生长因子 受体抑制剂、BCR.ABL酪氨酸激酶抑制剂、蛋白酶 体抑制剂等)均可能引起心脏毒性损伤。其中,有 两种类型心脏毒性损伤最为常见并受到广泛关注。 I型是由葸环类药物诱导的心脏毒性损伤,呈剂量 依赖性、进展性、不可逆性。其发生机制与活性氧介 导的氧化应激损伤有关,最终导致细胞坏死和凋亡。 蒽环类药物诱导的心脏毒性损伤风险因素包括累积 剂量、年龄、性别、其他心脏毒性药物的使用和是否 接受放射治疗等,轻者表现为左心室功能不全,重者 表现为进行性心肌病变。Ⅱ型是由曲妥珠单抗(赫 塞汀)的靶向治疗引起,主要表现为心肌细胞功能 障碍(线粒体或蛋白功能异常),通常不伴有炎症等 损伤因子释放。曲妥珠单抗是一种重组DNA衍生 的人源化单克隆抗体,能选择性作用于人表皮生长 因子受体-2(HER2)的细胞外部分,阻止细胞内酪氨 酸酶活化,抑制HER2依赖的肿瘤细胞的增殖及存 活,从而有效治疗HER2高表达的转移性乳腺癌_5 J。 Ⅱ型心脏毒性损伤与药物剂量无关,停药后可逆转, 主要引起轻微的心脏超微结构改变。 放疗也可引起心脏损伤。胸部放疗可引起急性 心脏损伤,如心包炎,也可引起迟发型心脏损伤如心 力衰竭、心肌缺血、冠心病和心肌梗死等。放疗引起 的心脏损伤机制是一个多因素共同参与的复杂过 程,包括微血管及冠状动脉内皮损伤、DNA损伤、多 种炎症因子及促炎因子的释放等。早期多处于亚临 床期,治疗结束10年甚至更长时间才表现出明显的 心脏病变症状,对于这部分患者来说治疗后长期随 访、定期监测是非常必要的。本文着重介绍生物标 志物在抗癌药物引起心脏损伤中的应用。 生物标志物在抗癌药物治疗后心脏毒性损伤中的应 用 心肌活检是诊断心脏损伤的金标准,但不宜常 规应用。心电图和心肌酶谱虽然可以起到早期提示 作用,但不具备特异性。一些基于LVEF的检测手 段如超声心动图等对于发现早期心脏损伤缺乏敏感 性。当LVEF发生改变时,心功能受损已经较为明 显。心脏标志物作为一种无创、快捷、有效的检测手 段,能够敏感而特异地反映心脏损伤,从而对抗肿瘤 治疗后具有心脏毒性风险的人群进行早期干预。 心肌肌钙蛋白 心肌肌钙蛋白(cardiac tropo nin,cTn)特异性分布于心肌细胞中,心肌损伤后释 放入血,4 h后开始升高,持续7~14 d,对检测急性 冠状动脉综合征患者的心肌缺血及危险分层具有十 分重要的意义。自2000年起,欧洲心脏病学会和美 国心脏病学会逐步确立了cTn在诊断急性心肌梗死 方面的重要地位,它是目前公认的诊断心肌损伤的 首选标志物。抗肿瘤治疗过程中出现cTn升高的机 制尚不清楚,但大量的临床数据显示cTn是发现化 疗引起心脏毒性损伤的敏感指标,肿瘤患者接受高 剂量化学药物治疗后72 h内可出现cTn升高而不 伴随明显的临床症状 。 cTn的升高在预测心脏毒性损伤方面具有重要 优势。早在1999年,Herman等 注意到自发性高 血压大鼠给予阿霉素治疗后,血清cTnT水平与阿霉 素的累计剂量及心肌损伤严重程度密切相关。随后 Alberto等 分析了7个研究中心约1 500例肿瘤患 者cTn[心肌肌钙蛋白I(cardiac troponin I,cTnI)或 心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)],发现 肿瘤化疗后cTn阳性率高达30%~34%,提示化疗 可能导致心脏毒性损伤;另一方面,cTn持续阴性者 心脏毒性损伤可能性极低,并且,在化疗结束后1年 内发生心脏事件概率极低,其阴性预测值达99%。 内科急危重症杂志2017年第23卷第1期 Cardinale等 的研究也发现化疗早期(72h内)及晚 期(1个月后)cTnI均阴性者(cTnI一/一组)随访过程 中心力衰竭、恶性心律失常和左室功能障碍等心脏 疾病发生率仅1%;而cTnI阳性组心脏疾病发生率显 著升高,分别为37%(cTnI+/一)和84%(cTnI+/+) 提示cTnl可以作为预测化疗后心脏事件发生的标志 物。 除了葸环类药物,cTn对于预测曲妥珠单抗引 起的心脏毒性损伤及停药后损伤的恢复也具有一定 的价值。Cardinale等 研究表明,接受曲妥珠单抗 治疗的251例乳腺癌患者,心脏毒性(LVEF降幅> 10%或LVEF<50%)发生率高达34%。约72%的 cTnI阳性患者出现心脏毒性损伤,而cTnI阴性的患 者,仅7%出现心脏毒性。所有心脏毒性损伤的患 者中约60%停药后恢复,其中,cTnI阴性的患者全 都恢复,且预后较好,未恢复的人群常常伴有早期 cTnI阳性,该类人群心脏事件的发生率较高。 研究者建议对化疗过程中出现cTn升高的患 者,使用血管紧张素转换酶抑制剂进行干预,并采用 超动心电图监测心脏功能 101。Cardinale等 。。将 114例cTnI升高的肿瘤患者随机分为2组,一组于 化疗结束1个月后开始依那普利治疗并持续1年, 另一组无任何干预。在化疗开始前以及化疗结束后 l、3、6和12个月分别进行心功能评估,发现治疗组 LVEF均正常,无干预组约43%的患者LVEF降幅 超过10%,表明早期使用依那普利干预高风险人群 有助于预防心脏毒性损伤。 钠尿肽钠尿肽(natriuretic peptide,NP)主要 包括脑钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)、心钠肽 (atrial natriuretic peptide,ANP)、C一型利尿钠肽(C type natriuretic peptide,CNP)和尿舒张素(urodila— tin)。其中,BNP可用于抗癌治疗心脏毒性的风险 评估。心室肌细胞合成的BNP前体(pro—brain natri uretic peptide,proBNP)经酶切生成氨基末端.proB— NP(N-terminal pro—brain natriuretic peptide,NT—proB— NP)和BNP,并释放入血。心力衰竭时,心室体积增 大或压力增加促使心肌细胞分泌大量BNP和NT— proBNP,其血清水平与LVEF及心力衰竭程度有一 定的相关性。BNP和NT—proBNP主要用于急慢性 心力衰竭的诊断与预后评估,在预测抗癌药物诱导 的左心室功能失常方面的应用受到广泛关注,但目 前对于其临床价值尚有争议。 研究表明急性白血病、恶性淋巴瘤和多发性骨 髓瘤的患者在接受蒽环类药物化疗后,约24.4%的 内科急危重症杂志2017年第23卷第1期 患者出现了心脏毒性损伤,表现为左心室质量增加 和LVEF降低。血清BNP水平与心脏毒性损伤表 现出明显的相关性,且血清BNP水平>100 pg/mL 的患者发生心力衰竭的风险显著增加 12]。Kitti— warawut等 报道脑钠肽能够早期预测阿霉素诱导 的心功能失常。乳腺癌患者阿霉素化疗3周后心脏 毒性组血清NT.proBNP显著升高,其水平与左室短 轴缩短率(fractional shorting,FS)、左室舒张末径 脉综合征风险分层及预后判断等方面得到充分的研 究,被认为是一种十分有发展前景的心肌损伤早期 标志物。此外,慢性心力衰竭人群中H—FABP水平 升高与持续的心肌损伤密切相关。 H-FABP在抗癌治疗诱导的心脏毒性评估方面 也取得了一些进展。E1Ghandour等 对40例非霍 奇金淋巴瘤化疗患者的研究发现,第一个疗程有10 例患者H-FABP升高,其中,8例患者在6个疗程结 (1eft ventricular end diastolic dimension,LVEDD)、左 室收缩末径(1eft ventricular end systolic dimension, LVESD)密切相关(P<0.05)。并且,50岁以下患 者化疗1个周期后NT-proBNP>45 pg/mL能够预测 化疗4个周期后无症状患者的LVEF下降,其灵敏 度为100%,特异度为67%。另有研究者¨ 发现, 柔红霉素(daunorubicin,DNR)化疗后心力衰竭及亚 临床型心力衰竭患者血浆BNP水平升高,而正常者 血浆BNP水平无明显变化。进一步表明BNP可以 作为预测化疗药物诱导心脏毒性损伤的早期敏感标 志物。此外,Romano等¨ 报道NT.proBNP持续升 高者左室受损程度比NT—proBNP正常或一过性升 高者更明显,且NT.proBNP水平的变化能很好地预 测左心室受损情况(随访3个月AUC=0.81,95% CI=0.70~0.90;随访6个月AUC=0.75,95%CI =0.62~0.83;随访12个月AUC:0.77,95%CI: 0.66—0.86)。值得注意的是,BNP和NT.proBNP 在预测心脏毒性损伤方面的临床应用价值尚存在争 议。Onitilo等 刮报道在接受曲妥珠单抗治疗的乳 腺癌人群中,血清BNP水平并未表现出与心脏毒性 的相关性。Dodos等 对蒽环类药物治疗后多种肿 瘤混杂人群进行血清NT—proBNP检测,并未发现显 著变化,指出NT.proBNP不能替代超声心动图监测 蒽环类药物诱导的心脏毒性。Bonnie等 也宣称 并未发现血浆NT.proBNP在预测心脏毒性损伤方 面的临床价值。上述具有差异性的结果可能与化疗 药物种类及使用剂量、标本采集时间、研究人群及肿 瘤类别等因素有关。 心型脂肪酸结合蛋白 心型脂肪酸结合蛋白 (heart.type fatty acid.binding protein,H—FABP)是一 种稳定的低分子蛋白质(14.15kDa),主要存在于心 肌细胞的胞浆中,H.FABP可与长链脂肪酸结合,在 脂肪酸的代谢过程中发挥重要作用,为心肌收缩提 供能量。H—FABP在心肌损伤时迅速释放进人血液 循环,2—3 h明显升高,并在18—30 h内恢复到正 常值。H-FABP在急性心肌梗死诊断和急性冠状动 束后LVEF显著降低(<50%),H.FABP水平与 LVEF(R:一0.836)及血浆BNP水平(R= 一0.892)存在显著相关性,提示H.FABP可以作为 一种预测由阿霉素诱导的心脏损伤的可靠早期标志 物。但研究者指出,H—FABP并不能预测接受5一氟 尿嘧啶治疗的患者心脏毒性损伤的风险 J,H. FABP的应用还需要更多的临床研究数据验证。 糖原磷酸化酶同工酶脑型 糖原磷酸化酶同工 酶脑型(glycogen phosphorylase isoenzyme BB,GPBB) 是糖原磷酸化酶的一种亚型,主要分布于心脏和大 脑,在心肌细胞中可分解糖原,为心肌提供能量。心 肌缺血时,已有GPBB从肌质网释放到细胞质中,然 后,通过损伤的细胞膜进入血液循环。GPBB在心 肌损伤后2—4 h释放到血液,24—36 h内恢复正 常。GPBB在急性冠状动脉综合征中被认为是由急 性心肌缺血引起的心脏损伤的早期标志物。然而, 由抗癌治疗引起的心脏损伤通常是非缺血性的,因 此,很难解释这种情况下GPBB从心肌细胞释放人 血的机制。Horacek等 检测24例急性白血病患 者化疗后GPBB水平,发现蒽环类药物治疗1个疗 程后29.2%患者GPBB升高,化疗结束6个月后又 有33.3%的人群GPBB升高,并且,GPBB升高与左 室舒张功能不全呈现一定相关性。此外,Horacek 等 还将GPBB与其他标志物(H—FABP、cTnT、cT— nI、CK—MB和Mb)进行比较发现GPBB检测心脏毒 性损伤灵敏度最高,有可能优于肌钙蛋白。虽然,化 疗后GPBB升高提示存在亚临床型心脏毒性,但, GPBB升高能否预测未来心脏疾病的发生目前尚缺 乏可靠的前瞻l生随访研究。 髓过氧化物酶 髓过氧化物酶(myeloperoxi— dase,MPO)是炎症或氧化应激状态下主要由中性粒 细胞分泌的一种酶,是预测急性冠状动脉综合征的 炎症标志物,对急性冠状动脉综合征预后判断也具 有重要价值,MPO升高常预示患者结局较差。同 时,MPO能够增加BNP等标志物的特异性,是一种 较有前途的新兴心脏损伤标志物。近年来,一些文 献报道MPO可用于抗癌治疗后心脏损伤风险的评 估。Bonnie等 对78例接受阿霉素和曲妥珠单抗 治疗的乳腺癌患者进行了一组包括MPO在内的标 志物检测(TnI、CRP、NT—proBNP、生长分化因子一15、 胎盘生长因子、MPO、sFlt.1、ga1 3),发现化疗后 MPO水平变化对心脏毒性损伤有重要的预测作用。 当患者MPO发生显著改变时(AMPO=422.6 pmo ̄L),其15个月后发生心脏毒性损伤的可能性 为34.2%;如同时伴随TnI水平增高,发生心脏毒性 损伤的可能性达到46.5%。TnI和MPO在预测化 疗后心脏毒性损伤风险方面具有加性效应,二者联 合检测能提高心脏毒性损伤风险评估的准确性。 其他总抗氧化状态(total antioxidant status, TAOS)为血液中所有抗氧化剂总和,理论上可用于 蒽环类药物治疗情况及并发症的监测。有报道发现 急性白血病儿童化疗后血浆BNP水平升高,血清 TAOS降低而无cTnI的改变,提示BNP和TAOS有 可能作为预测蒽环类药物引起心脏损伤的敏感指 标 。 微小RNA(miRNA)是体内表达丰富的微小非 编码RNA分子(约22个核苷酸),与靶mRNA 3端 非翻译区进行特异性碱基配对,主要调控基因转录 后水平,参与细胞增殖、分化、代谢、凋亡等一系列生 命过程。随着医学领域检测技术的不断进步如二代 测序的广泛应用,越来越多的miRNA已被人类发 掘。miRNA是一种重要的生物学标志物,在疾病的 诊断、预后评估、药物安全评估方面具有重要价值。 miRNA能够参与调节各种心脏疾病的病理生理过 程,最近也发现了一系列与抗癌治疗诱导的心脏毒 性相关的miRNA。体外实验显示,阿霉素治疗后的 大鼠心肌细胞内miR一146a表达上调,人类表皮生长 因子受体2和4信号分子受抑制,可诱导细胞凋亡 致充血性心力衰竭 。Gustav等 也发现蒽环类 药物治疗后,心肌细胞内miR一34a、miR一34b、miR一 187 miR一199a miR一199b miR一146a miR一15b miR一 130a、miR一214和miR-424等表达发生改变。临床 研究发现,贝伐单抗诱导心脏毒性的结直肠癌患者 体内miR一1254和miR一579显著升高 。miRNA作 为一种新型标志物,在检测心脏毒性损伤方面其灵 敏度和特异性可能不亚于肌钙蛋白,有望成为心脏 损伤尤其是抗癌治疗引起心脏毒性损伤的诊断标志 物 小结 抗癌药物引起的心脏毒性损伤受到广泛关注, 内科急危重症杂志2017年第23卷第1期 心脏标志物在发现心脏毒性损伤方面具有重要优 势,可在LVEF出现明显降低之前早期预测心脏损 伤,从而降低心脏事件发生的风险。2016年欧洲心 脏病学会(ESC)发布的《癌症治疗与心血管毒性的 意见书》建议采用心肌肌钙蛋白(包括高敏心肌肌 钙蛋白)和钠尿肽(BNP或NT—proBNP)等标志物来 筛查和检测抗癌相关的心脏毒性损伤。其他生物标 志物用于抗癌治疗相关的心脏毒性损伤检测尚缺乏 长期随访依据,且部分标志物因检测方法存在不足 尚未广泛应用于临床,但仍然十分具有发展前景。 参考文献 l Cardinale D,Colombo A,Bacchiani G,et a1.Early detection of anthra— cycline cardiotoxicity and improvement with heart failure therapy[J]. 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