心血管生物标志物增加了实验室医学在心脏病学实践中的作用

    Cardiovascular biomarkers： increasing impact of laboratory medicine in cardiology practice

    全文翻译：

    摘要：随着医学研究对心血管疾病病理生理机制认识的不断深化和新型治疗策略的发展， 心脏病学临床实践也与之平行的不断变革。接踵而来的是对心血管生物标志物生产商提出了新的要求——持续改进原有标志物的性能并研发新的标志物。用于心肌缺 血损伤和心脏功能监测的几种高敏感性和/或特异性检测已有商业试剂盒。更多的数目不断增加的新式危险因素已经成为经典的心血管疾病危险因素。最近，基因分 析的新浪潮极有可能很快为临床心脏病学家提供多种实验室检测用于心脏病人的分子诊断、评估新危险因素及更好的针对心脏斌人进行药物治疗。在本文中，我们首 次公布一种生物标志物的大致特性及其检测方法的分析和临床表现。

    关键词：分析性能；生物标志物；心肌钙蛋白；心血管疾病；基因分析；

    钠尿肽

    介绍：

    由于心血管疾病时发达国家病残率和病死率的主要原因，对人群心血管危险因素的评估和早期诊断已变成现代健康卫生问题的关键点。实际上，对心血管疾病新标志物的研发兴趣在不断增长同时也有多种新型检测建议的出现。

    第 一个用于评价心肌组织损伤的敏感特异方法例如肌酸激酶MB同工酶免疫测定，还有肌红蛋白特别是心肌特异性肌钙蛋白T和I（cTnT和cTnI）推出到现在 不过只有短短25年时间。其应用于临床实践从根本上改变了急性心肌梗塞（AMI）的定义。最近几年心钠肽免疫检测被引入临床，就如最新国际指南建议的那 样，这些检测尤其是脑钠肽（BNP）及其相关肽类的免疫测定作为心衰的生物标志物变得愈加重要。除为人们所熟知的经典危险因素外，还有越来越多的新标志物 出现。它们不能提供应用于临床病人有效性的临床循证医学数据，同时也不能证明对动脉粥样硬化性心血管疾病所起的预防作用。最新关于基因分析的进展被引入临 床医学，使得多种实验室检测产生并用于分子诊断、评估新危险因素及更好地针对心脏病患者的药物治疗。

    实验室检测在心血管疾病的临床实践中具有一种不同一般的影响力和重要性。处于教学目的，心血管疾病检测根据其实验特性和临床用途分为四个组：

    1）  心肌损伤标志物的检测

    2）  心脏功能标志物的检测

    3）  心血管危险因素的检测

    4）  参与心血管疾病的基因分析

    本文分为两部分：第一部分对于特意心血管疾病生物标志物的总体性能进行回顾，第二部分则专注于四组心血管疾病标志物的分析特性和临床表现。其目的是描述理想的心血管生物标志物的检测及临床特性，接着讨论生物标志物如何用于常规检测或如何在实际中满足这些建议的理想特性。

    第一部分：心血管标志物的总体特性

    “生物标志物”的定义

    要 定义一个生物标志物，我们应当找到一种特性且这种特性应当可以作为一种病理（或生理）过程的指示物或对治疗的药理学反应而被评估或检测。这种心血管疾病标 志物可能是以血液、尿液或组织为标本的实验室检测；或是一种功能检测（心电图、动脉血液测量、运动负荷试验）；或是一个影像学检查（超声心动图、正电子发 射断层扫描、磁共振成像、轴位断层扫描）。

    一个生物标志物可以代表一种与某种生理或疾病状态相关联的特征性标志，它还包括暴露于某种环境因素的类 型和水平。总体而言，他是一种对压力、病原体或药物具有遗传易感性的标志。即一个生物标志物代表一种疾病的危险标志（危险因素或标志物）或一种疾病进程标 志。如Vasan所提出的，一个心血管生物标志物可以被分为1）危险因素（预防标志物），如果它被认为是可能发展为心血管疾病的危险因素；2）筛查标志 物，当它能评估处于亚临床状态的疾病；3）诊断标志，当它能识别明确的疾病状态；4）分层标志物（阶段标志物），如果它用于危险分层；5）预后标志物，当 它提示某种心血管疾病包括相关并发症和再发情况的自然病史6）一个心血管疾病自然病程中治疗效果的标志（疗效监测）。

    生物标志物也可以当作一种替 代性终点，即疾病进展状态或临床试验研究相关最终结局的中介性标志物。在最近的研究中，动脉血压测量似乎是最常被用到的生物标志物。然而，作为替代性终点 的生物标志物其应用经常因标志物与临床终点间的较差相关性而受到质疑。替代性终点最主要的不利之处在于所关注的临床结果受到多种因素的影响时，其有效性也 会因各因素残留效应而减低。因此，当替代性终点能够解释50%以上结果的作用时它就被认为是可接受的。

    一种理想的心血管生物标志物的特性

    表 2列出了作为一种理想的生物标志物所应具备的分析前、分析中和分析后的基本特性。虽然一种理想的生物标志物应具备所有这些特性，但是最重要的临床性能应是 能够加强临床医师以最适方式处理病人的能力；实际上，根据循证检验医学原则不能改变一种疾病的诊疗效果和病人预后的生物标志物只是一种浪费，因此不建议应 用于临床实践。一种理想的生物标志物还应有临床相关性、很好的分析准确性、可重复性、能够被病人接受、易于标准化和检测且价格低廉。

    基于临床特殊 用途需要，所需特性的列表也要改变以应对特殊需求；因此，生物标志物根据其实验和临床性能及临床设置来选择。例如，在大规模人群筛查中，所选生物标志物应 具有较好的性价比、可操作性及良好的阴性预测值。与之相反，当监测疾病进展或治疗效果时，标志物并不需要诸如敏感性特异性之类的特性，因为病人病人已有其 自身的对照值（基础数据与随后数据的比较）。更进一步说，标志物所表现出来的较小的个人变异性（生物变异性）将更为重要。

    就预测性（预防）标志物而言，价格并不是所需要考虑的重要特性，因为个人根据其所能负担的需求选择检测项目。用于治疗监测的标志物，其血液或组织中水平随治疗而不断变化。

    时 至今日，理想的心血管生物标志物并未出现，因为没有一个单独的诊断实验能一下满足所有这些特性。唯一与这一要求比较接近的时心肌损伤标志物——肌钙蛋白T 和肌钙蛋白I，它们时心脏特异性的其浓度增加与心肌损伤的大小严格相关且有很好的诊断和预测准确性。其检测方法很完善、可完全自动化且检测时间也在可接受 范围内（几种方法都低于30分钟，包括一些创旁及时检测方法）。但不可否认的是，其费用较高且标准化目前难以达到。

    生物标志物性能（表现）的评价

    在 临床实践中，当某些生物标志物表现出由循证检验医学所定义的功能性和有效性时，它才是能被临床实践所接受到。一种心血管生物标志物的诊断准确性即为能够以 一个较好的变异性重复检测；而其敏感性和特异性则通过受试者工作特性（ROC）曲线来评价；标志物的临界值和医学决定水平则需要应用ROC曲线；其敏感性 或特异性≥95%用以排除或确定某种疾病的存在。预测性检测数值则可以通过发生率（LH）来估计，该项目由敏感性和特异性来计算得出（例如，阳性发生率= 敏感性/（1-特异性），阴性发生率=（1-敏感性） /特异性）。

    这里需重点强调的是某些诊断实验（例如 心肌特异性心肌钙蛋白，钠尿肽，同型半胱氨酸和C反应蛋白）的医学决定阈值几乎完全依赖于所采用的方法和被测人群。因此，就像生产商建议和文献报道的一 样，只有当某一特定实验室使用这一标志物并针对该地人群进行相应适当设置后才能改变原有的医学决定水平。基本说来，当要改变某一临床应用的标志物前，不仅 应对试剂的分析性能进行评价，还要根据所设定的特殊工作状态计算其相应大致的参考范围和临界值。

    “多标志物”模型

    对于多种生物标志物诊或预后断准确性的统计分析被称为“多标志物”模型。它被广泛应用主要因为被认为是针对心血管疾病患者最好的风险预测模型。

    “多 标志物”模型的主要局限性在于对某一人群是最好的模型并不意味着它一样适用于另一人群，因为不同人群其环境因素（比如饮食等）及遗传学倾向有很大不同。例 如，“多标志物”模型是由对北美人群的Framingham心脏病研究的调查者建立的，当它由于地中海沿岸的人群时倾向于过高估计心血管疾病的危险因素。 更有甚者，一些易混淆的统计分析因素可能被当作新的因素被介绍。实际上，上个世纪后半叶西方国家的心血管疾病致残和病死率有持续下降的趋势。结果基于过去 所建立的统计分析模型得出的风险积分对于现在的人群可能会过高估计危险因素，而实际上心血管疾病的风险是比较低的（相比上世纪后半）。

    对多种潜在 危险因素相关性分析的可行方法及临床预后或结果都应包括在统计模型的相关危险因素中并用来衡量各因素在结果中所起的效应。当一种危险因素经上述评测被证明 与结果有统计学显著相关性时我们就称该危险因素时某种结果的的独立危险因素。有两点应该提请注意，当多标志模型用于预测评估时1）统计模型对预测某种疾病 或预后（如建立发生率）是有用的，有时候他也能提示疾病的可能病因但绝不可能肯定该病因2）“独立”这一专业术语（用于危险因素）与用于统计学的“独立” 是完全不同的。统计学中的“独立”是指变量间无任何相关或联系。实际上，当多种标志物在多标志物模型中作为变量时，其相互之间都有显著相关性。一个独立危 险因素应该定义为当其它已知的危险因素（预测标志）都已包括在统计模型中时它仍然与结果有统计学相关性。根据这一定义1）这一危险因素与所测临床结果实际 上可能有因果关系尽管在多变量分析中它可能不是独立因素。2）多变量分析中的独立危险因素也许与结果并无因果联系。

    选择一种合适的统计多标志物模 型有一个首要问题：这一难题与一些理论及方法学难题并生。一个与ROC曲线相似的被称为一致性指数或c统计的模型经常用于诊断及预后评价。然而，c统计对 于检测未来危险因素或对个体进行危险分层却不是最佳选择。因为该模型评估新加入因素的敏感性较差（即它倾向于低估某些危险因素的临床影响力）。另外，基于 ROC曲线的一种统计模型被用于推定选择标志物的特殊医学决定水平（例如临界值）。当重复性方法需要评价多个变量及不同临界值时建议找一个最合适的多标志 物模型（例如基于神经元网络的模型）。

    金标准的问题

    新的诊断实验 经常通过与一种准确的标准（通常称为“金标准”）相比较来评价。而这种标准被认为是根据疾病的有无可以精确无误的区分病患和健康人。有时，这种准确性的标 准就是一个诊断实验，它用最佳方法估测目标状态（参考标准或参考方法）。某些情况下，一些诊断有简单明了且快速的标准，比如心血管病中的心绞痛和心衰就是 最好的例子。实际上，金标准（或参考方法）极少是完美的，也会有假阳性和/或假阴性。当不完美的金标准用于评价一个诊断实验虽然这一金标准也具有很高的准 确度，仍然会使人们感觉它所评价的实验性能大打折扣。

    最常见的失真来源于所评估人群的分组。例如，虽然金标准也用于诊断但BNP的诊断及预后准确 性随病情严重或不同程度心衰病人的分组而不同。如果参考方法是不完美的而目标状态又随人群分组而不同，则所显示的不同人群间检测敏感性和特异性可能是由参 考方法的假阴性/假阳性造成的。尤其当目标状况流行或发生率比较低时，敏感性将被低估；而当流行或发生率比较高时，特异性将被高估。如果不同亚组间疾病流 行率不同，则它能够解释为何所观察到的敏感性和特异性随流行率而变化又与参考方法的假阴性或假阳性相一致。如果所观察到的差异与参考方法的误差无直接相 关，则该差异可以作为该人群的差异而排除。

    第二部分：心血管标志物检测的分析及临床表现

    依靠检测方法分析特性的某种生物标志物的诊断及预后准确性由于检测该物质在生物体液或组织中的水平。所有分析前、分析中及分析后因素都会影响心血管标志物的临床性能。此次，我们简要讨论一下心血管生物标志物检测在不同人群的分析性能及临床相关性。

    第一组 心肌损伤标志物

    近 25年，几种用于结构蛋白和心脏同工酶的免疫测定如CK-MB同工酶、肌红蛋白、肌凝蛋白及近两年出现的cTnT和cTnI都被研发出来。具有高敏感性和 特异性的心肌组织标志物（尤其是cTnT和cTnI）能够证实镜下损伤，使得心肌梗塞得以重新定义。如果我们能够接受这样的概念即梗塞是由于心肌缺血所造 成的某心肌组织的急性坏死，那么一些原来被诊断为严重心绞痛的病人如今应按实际诊断为微小心肌梗塞。这一心肌梗塞的新定义有很高的临床影响力和社会-经济 效益，使得自从其应用于临床AMI诊断率提高约25-55%.

    国际指南建议对怀疑有急性冠脉综合症的患者行心肌损伤标志物（通常为cTnT和 cTnI）检测。从临床观点看，只有心肌钙蛋白检测才能将患有不稳定心绞痛的病人从患有非ST段抬高性心肌梗死病人中区分出来。然而虽然阳性结果并不能提 示造成损伤的机制，但cTnT和cTnI的升高提示一定有心肌组织损伤。因此，标志物升高却没有心肌缺血的临床证据直接提示要寻找另外造成心肌损伤的原 因。另一方面，有证据显示任何可检出的心肌钙蛋白都与增加的心血管事件危险因素相关。实际上，目前获得的数据显示并没有一个高于临界值的肌钙蛋白升高的无 害阈值，它也不会对预后有阴性提示作用。

    根据国际指南，cTnT和cTnI水平增加超过参考人群第99百分位数是有临床相关性的，继而，一个检测 不精确度≤10%协同变异系数的临界值也可以接受，因为并非所有商业试剂盒都能在实际应用中使其临界值覆盖99%的参考人群。不同cTnI检测试剂盒有不 同的参考值和临界值（甚至相差10倍），且其国际化标准也在制定中。与之相比，cTnT检测试剂盒作为一个国际专利，其试剂和质控物均由一家制造商生产， 因此所获得数据的可比性很少出现问题。

    根据国际指南和特殊质量要求，新一代cTnI检测方法最近由制造商推出提高了其检测性能和结果可比性。一些 方法有提高低值检测敏感性和特异性的性能，而这一性能的提升需要再增加临界值10%或更多的精密度。在一项研究中，功能敏感性的增加可显示在绝大多数健康 个体仍有可检测到的cTnI.而循环中cTnI水平有性别及年龄相关性。新型高敏cTnT和cTnI检测方法不仅能够在早期检测到微小心梗区域还提高了我 们对于包括心肌细胞坏死与凋亡在内的病理生理机制的认识。

    这里需要重点强调的时心肌钙蛋白升高在任何病例中——即是患者没有冠心病——均为心脏组 织损伤的标志，建议行恰当的诊断如需要应给予相应的治疗。cTnT和cTnI增高即使在无急性冠脉综合症的病人也是一个独立的预后不良的标志，且为未来发 生心血管事件的独立危险因素。典型的例子即发现应用具有潜在心脏毒性药物治疗时患者心肌钙蛋白水平增高，指南建议应用cTnI对服用大剂量化学治疗的病人 进行早期及时的检测可以防止后期心脏毒性的发展。

    越来越多的讨论集中在新型生化标志物的临床应用，例如未结合游离脂肪酸或缺血修饰白蛋白等应用血 液标本检测心肌早期损伤。然而目前上述标志物并非建议临床日常应用因其随时间而消耗、未能标准化和/或不能全自动检测。另一方面，cTnT和cTnI表现 出非常接近“理想”标志物所需的特性，它是组织特异性的，体内外都相当稳定且能够全自动化，虽然cTnI还未标准化。因此，近期内这些上述标志物似乎不可 能替代cTnT和cTnI成为心肌损伤的“参考”标志。