PⅠCP、PⅢNP水平对心脏舒张功能障碍及胶原重构的评估作用

PⅠCP、PⅢNP水平对心脏舒张功能障碍及胶原重构的评估
作用
李进嵩;陶剑虹;蔡力;姜荣建;李春梅;孔洪;刘明江;舒燕;贺涛
【摘要】目的探讨心脏舒张功能障碍中血清Ⅰ型前胶原羧基端肽(P Ⅰ CP)和Ⅲ型前胶原氨基端肽(PⅢNP)水平的变化及其与心脏舒张功能障碍、胶原重构的关系.方法 60只兔随机均分为对照组、心肌梗死(MI)组、左室肥厚(LVH)组(n=20).第2、4、8、12周ELISA检测PⅠCP、PⅢNP水平及多普勒血流和组织超声检测各组E/e'比值;第12周苦味酸天狼猩红染色偏振光法测定各组标本胶原容积分数(CVF)和Ⅰ/Ⅲ型胶原比值.结果与对照组比较,MI组和LVH组PⅠ CP、PⅢNP水平明显升高(p＜0.05),MI组与LVH组比较PⅠCP、PⅢNP水平亦明显升高(P＜0.05),并随时间增加;与对照组比较,MI组和LVH组E/e'比值明显升高(P＜0.05),并随时间增加;与对照组比较,MI组和LVH组CVF明显升高(P＜0.05).PⅠCP、PⅢNP水平与E/e'比值呈正相关(P＜0.05).P Ⅰ CP/PⅢNP比值与Ⅰ/Ⅲ胶原比值呈正相关(P ＜0.05).结论PⅠCP、PⅢNP水平可以评估不同病理状态下心脏舒张功能的改变及心肌胶原重构情况.
【期刊名称】《解放军医学杂志》
【年(卷),期】2016(041)008
【总页数】5页(P640-644)
【关键词】Ⅰ型前胶原羧基端肽;Ⅲ型前胶原氨基端肽;心力衰竭,舒张性;胶原重构【作者】李进嵩;陶剑虹;蔡力;姜荣建;李春梅;孔洪;刘明江;舒燕;贺涛
【作者单位】610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072
成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人
民医院心内科;610072成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科;610072
成都四川省医学科学院、四川省人民医院心内科
【正文语种】中文
【中图分类】R541.61
心脏舒张功能障碍是由于心室肌的被动力学属性改变或(和)主动松弛性能降低所致[1]。

在左室功能不全中，心脏舒张功能障碍占20%～40%[2]。

心脏舒张功能障碍常见于高血压伴左室肥厚和心肌梗死的患者[3]。

细胞外基质中导致心脏舒张功能
障碍最重要的因素是胶原重构，即心肌胶原数量、构型和比例改变。

心肌胶原主要由Ⅰ、Ⅲ型胶原组成，并分别来源于各自的前胶原，在前胶原向胶原转化的过程中各自释放出特异的羧基端肽和氨基端肽。

研究表明，血清Ⅰ型前胶原羧基端肽
(PⅠCP)和Ⅲ型前胶原氨基端肽(PⅢNP)可分别作为Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原合成的指
标[4]。

血流和组织多普勒超声是临床上广泛应用于评价心脏舒张功能障碍的诊断
方法，2016年4月美国心脏超声协会更新了关于超声诊断心脏舒张功能障碍的最新指南，指出单一的平均E/e'比值(E为经二尖瓣左室舒张早期血流速度，e'为组
织多普勒成像上舒张早期二尖瓣环运动速度)能较好地评估心脏舒张功能障碍[5-7]，然而临床上该检测较为昂贵且难以精确定量评估心脏舒张功能障碍。

随着精准医疗的提出，疾病诊断、治疗评估的精准化要求越来越高。

本课题拟通过研究心肌梗死和左室肥厚不同条件下所致心脏舒张功能障碍发展中PⅠCP、PⅢNP水平和比值
的变化，探讨其与心脏舒张功能障碍发展、Ⅰ/Ⅲ型胶原改变的关系，以期为更精
确地定量化评估心脏舒张功能障碍提供依据。

1.1 研究对象3月龄纯种系新西兰大白兔60只，雌雄不限，由四川省医学科学院、四川省人民医院动物实验中心提供，体重
2.5±0.5kg。

所有实验动物按随机数字
表分组法[8]分成对照组、心肌梗死(MI)组、左室肥厚(LVH)组，每组20只。

对照
组无处理，而心肌梗死组、左室肥厚组动物均建模成功，无死亡。

实验方案通过四川省人民医院医学伦理委员会审查批准。

1.2 MI模型建立经胸骨左缘切口入路，结扎左室支建立心肌梗死模型(图1)。

LVH 模型建立：用“两肾一夹”(2K1C)方法建立肾性高血压动物模型[9]。

1.3 研究方法检测时间点设置：急性心肌梗死后2周出现胶原纤维增生，12周心
肌梗死愈合，故检测时间点分别设置为第2、4、8、12周，第12周时耳缘静脉
注射空气处死动物，检测心肌胶原组成。

血流组织多普勒超声检测：第2、4、8、12周采用高分辨率小动物高频(17.5M)超声检测仪检测各组LVEF和E/e'比值，
E/e'比值增大，心脏舒张功能障碍程度加重[5]。

PⅠCP/PⅢNP水平测定：兔
PⅠCP/PⅢNP ELISA Kit由上海基免实业有限公司提供，第2、4、8、12周以经典酶联夹心技术ELISA法测定PⅠCP/PⅢNP水平。

胶原容积分数(collagen volume fraction，CVF)和Ⅰ/Ⅲ型胶原测定：苦味酸天狼猩红染色偏振光检测心
肌Ⅰ、Ⅲ型胶原是公认的较为可靠、精确的方法[10-11]，故本研究第12周处死
动物制作的心肌标本采用苦味酸天狼猩红染色，偏光镜Coic 200601937(重庆光
学仪器厂)检测Ⅰ/Ⅲ型胶原比例(Olympus CX31P-OC-1，日本)。

CVF和Ⅰ/Ⅲ胶原采用Image-Pro Plus 5.1病理影像图文分析系统软件进行半定量分析，高倍镜(LM ×200)下随机选择5个视野，用上述分析系统检测胶原面积(area)占整个视野面积(area)的比值代表其CVF。

Ⅰ型和Ⅲ型胶原面积(area)之比代表Ⅰ/Ⅲ型胶原比例。

1.4 统计学处理采用SPSS 2
2.0统计软件进行分析。

计量资料以±s表示，符合正态分布，方差齐，多组间比较采用单因素方差分析，进一步两两比较采用LSD-t 检验；相关性分析采用Spearman线性相关分析。

P<0.05为差异有统计学意义。

2.1 PⅠCP和PⅢNP水平测定结果在不同时间点，与对照组比较，MI组、LVH 组的PⅠCP和PⅢNP水平差异均有统计学意义(P<0.01)，与LVH组比较，MI组PⅠCP和PⅢNP水平明显升高，差异也有统计学意义(P<0.01)。

在MI组和LVH 组不同时间点比较，除LVH组8周与12周之间比较差异无统计学意义外，其余差异均有统计学意义(表1、2)。

2.2 LVEF和E/e'比值测定在各时间点MI组LVEF和LVH组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

MI组E/e'比值8、12周时，明显高于2、4周，差异有统计学意义(P<0.05)；LVH组E/e'比值在各时间点比较差异均有统计学意义(P<0.05)，而对照组各时间点比较差异无统计学意义(P>0.05，表3)。

2.3 CVF测定结果 12周时处死动物，各组心肌胶原分布见图2。

CVF测定结果显示，MI组、LVH组CVF(分别为16.10%±
3.42%、13.13%±2.62%)与对照组(3.05%±1.02%)比较差异均有统计学意义(P<0.01)。

2.4 相关分析结果在MI和LVH组PⅠCP水平与E/e'比值呈正相关(r=0.712、0.652，P<0.001)，在MI和LVH组PⅢNP水平与E/e'比值呈正相关(r=0.519、0.628，P<0.001)。

对照组PⅠCP、PⅢNP与E/e'比值无相关性(r=0)。

在MI和LVH组PⅠCP/PⅢNP比值与E/e'比值无明显相关(r=0.153、0.041，P>0.05)。

12周时MI组、LVH组的Ⅰ、Ⅲ胶原染色见图3，PⅠCP/PⅢNP比值与Ⅰ/Ⅲ胶原比值成正相关(r=0.781，P<0.05)。

已有研究在3个方面证实了心肌胶原重构在心脏舒张功能障碍中发挥重要作用：①影响心脏舒张功能的疾病也影响细胞外基质心肌胶原纤维数量，Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维的比值及几何形状、分布、横向联合程度；②心脏舒张功能得到纠正时，胶原纤
维也恢复正常；③在实验动物中，心肌胶原代谢长期改善也伴有心脏舒张功能障碍的改善。

Ⅰ型胶原主要聚合成粗纤维，其伸展和弹性较小，僵硬度较大，有很强抗牵拉特性而用于保持室壁强度。

Ⅲ型胶原主要形成细纤维，其伸展和回弹性较大。

Ⅰ、Ⅲ型胶原编织成纤维网，对维持心脏正常结构和功能十分重要。

高血压患者血清PⅠCP水平升高与左室肥大及其舒张功能障碍有关[12]。

心肌梗死后，坏死组织纤维化和残余心肌肥厚、胶原网改变会增加心肌左室充盈阻力，产生心脏舒张功能障碍。

研究表明，心肌梗死后血清PⅠCP/PⅢNP水平增高，心肌胶原合成增加，心肌梗死后血清PⅠCP和PⅢNP水平与心肌梗死面积、心功能状态有关[13]。

笔者前期研究发现，心肌梗死后早期Ⅰ/Ⅲ胶原比值下降来增加心肌顺应性作为代偿[14]。

本研究结果显示，在MI和LVH导致的心脏舒张功能障碍过程中，心肌胶原合成明显升高，MI组胶原合成出现较早且明显，LVH组胶原增生延迟，心脏舒张功能障碍出现在2周后，而胶原增生与重构在8周后接近稳定。

MI时心脏舒张功能障碍出现较早，但经稳定2周后继续加重直至8周稳定，同时胶原增生较为明显并持续进行，心室重构过程较长。

而后负荷导致的LVH所致心脏舒张功能障碍和胶原增生出现延迟，并持续发展大约12周达到高峰并稳定。

同时MI后机体的代偿机制有利于心肌舒张功能的改善，但最终随着Ⅰ、Ⅲ型胶原增加，增加了心室僵硬度，心脏舒张能力下降。

通过病理检测显示，心肌梗死和后负荷增加使得心肌
Ⅰ/Ⅲ型胶原明显增生进而导致心脏舒张功能障碍，PⅠCP/PⅢNP比值可以反映Ⅰ/Ⅲ型胶原比例，检测其变化有助于了解心肌胶原重构情况。

本研究结果表明，PⅠCP、PⅢNP水平升高与心脏舒张功能障碍加重呈正相关，可反映心脏舒张功能的变化，有望通过精确测定PⅠCP、PⅢNP水平来评估心脏舒张功能障碍程度以及早期诊断心脏舒张功能障碍。

下一步临床研究可探讨通过检测PⅠCP和PⅢNP水平了解不同病理状态下心脏舒张功能的变化以及在心脏舒张
功能障碍治疗效果评估中的临床意义。

鉴于临床中所面临的情况远比动物实验复杂，胶原纤维也广泛分布于肺、骨骼、血管结缔组织等，其病理改变将会影响
PⅠCP/PⅢNP的水平[15-16]，故PⅠCP/PⅢNP的测定需要综合考虑，需进一步的临床随机对照大样本研究进行评价。

致谢：本课题数据的统计学处理受到四川省医学科学院、四川省人民医院帅平副研究员的指导，在此致以衷心的感谢。

【相关文献】
[1] Tian Z, Liu YT. Restrictive cardiomyopathy[J]. Chin J Pract Intern Med, 2012, 32(7): 492-494. [田庄, 刘永太. 限制型心肌病[J]. 中国实用内科杂志, 2012, 32(7): 492-494.]
[2] Pulignano G, Del Sindaco D, Tavazzi L, et al. Clinical feature and outcomes of elderly outpatients with heart failure followed up in hosipital cardiology units: Data from a large nationwide cardiology database[J]. Am Heart J, 2002, 143(1): 45-55.
[3] Wang HY, Yang B. Investigation into the clinical significance of the level of copeptin in heart failure patients with preserved left ventricular ejection fraction[J]. J Logist Univ PAPF (Med Sci), 2015, 24(6): 438-439, 443. [汪海燕, 杨滨. 和肽素对左心室射血分数保留的心力衰竭患者的治疗意义[J]. 武警后勤学院学报(医学版), 2015, 24(6): 438-439, 443.]
[4] Zheng X, Zhang TH, Qin YW, et al. Plasma concentrations of PⅢNP and PⅠCP in patients with acute myocardial infarction[J]. Chin J Cardiol, 2001, 29(4): 213-215. [郑兴, 章
同华, 秦永文, 等. 心肌梗死患者血浆Ⅲ型前胶原氨基末端肽和Ⅰ型前胶原羧基末端肽含量的观察[J]. 中华心血管病杂志, 2001, 29(4): 213-215.]
[5] Nagueh SF, Smiseth OA, Appleton CP, et al. Recommendations for the evaluation of
left ventricular diastolic function by echocardiography: An update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2016, 29(4): 277-314.
[6] Fu MQ, Zhou JM, Qian JY, et al. Evaluation of cardiac diastolic function in spontaneously hypertensive rats by high-resolution echocardiography[J]. Chin J Ultrasound Med, 28(4):300-303. [付明强, 周京敏, 钱菊英, 等. 超声心动图评价自发性高血压大鼠
左室舒张功能的可行性研究[J]. 中国超声医学杂志, 2012, 28(4): 300-303.]
[7] Zhang ZH, Huang GQ. The clinical applications of the E/e' determined by echocardiography[J]. Shanghai Med Imaging, 2012, 21(2): 141-145. [张志华, 黄国倩. 超声心
动图测量E/e'比值的临床应用[J]. 上海医学影像, 2012, 21(2): 141-145.]
[8] Wan X, Liu JP. Methods of randomized grouping in clinical trial[J]. J Tradit Chin Med, 2007, 48(3): 216-219. [万霞, 刘建平. 临床试验中的随机分组方法[J]. 中医杂志, 2007, 48(3): 216-219.]
[9] Haines DE, Watson DD, Verow AF. Electrode radius predicts lesion radius during radiofrequency energy hearting. Validation of a proposed thermodynamic model[J]. Circ Res, 1990, 67(1): 124-129.
[10] Shen Q, Chen L, Li H, et al. Comparison of Picric Sirius red staining and MASSON staining in evaluation of cardiac fibrosis[J]. Mol Cardiol China, 2012, 12(2): 118-120. [沈蔷, 陈莉, 李昊, 等. 苦味酸-天狼猩红染色和MASSON染色评价心脏纤维化的比较[J]. 中国分子心脏病学杂志, 2012, 12(2): 118-120.]
[1] de Korte CL, Pasterkamp G, van der Steen AF, et al. Characterization of plaque components with intravascular ultrasound elastography in human femoral and coronary arteries in vitro[J]. Circulation, 2000, 102(6): 617-623.
[12] Liu CY, Liu ZM, Zhang C, et al. Relation of serum procollagen type Ⅰ carboxy termi nal peptide and left ventricular hypert rophy in essential hypertension[J]. J Clin Inter Med, 1999, 16(6): 301-302. [刘承云, 刘正名, 张超, 等. 高血压病患者血清Ⅰ型前胶原羧基端肽水平与左心室肥大的关系[J]. 临床内科杂志, 1999, 16(6): 301-302.]
[13] Li GM, Liu XZ, Tian LH. Changes of the carboxyl termi nal peptide of type Ⅰ procollagen and amino terminal peptide of type Ⅲ procollagen in serum of patients with myocardial infarction[J]. J Prac Med, 2002, 18(2): 155-156. [李果明, 刘先哲, 田丽红. 心肌梗死患者血清Ⅰ型前胶原羧基端肽和Ⅲ型前胶原氨基端肽水平的变化规律[J]. 实用医学杂志, 2002,
18(2): 155-156.]
[14] Li JS, Huang J. Study on assesseing and analyzing viscoelastic properties of relaxed myocardium[D]. Chongqing Med Univ, 2007. [李进嵩, 黄晶. 舒张心肌粘弹性特性检测和分析研究[D]. 重庆医科大学, 2007.]
[15] Kurdy NM. Serology of abnormal fracture healing: the role of PⅢNP, PⅠCP, an d BsALP[J]. J Orthop Trauma, 2000, 14(1): 48-53.
[16] Wang C, Zhou YL, Cai H, et al. Markedly elevated serum total N-terminal propeptide of type I collagen is a novel marker for the diagnosis and follow up of patients with POEMS syndrome[J]. Haematologica, 2014, 99(6): e78-e80.。