Проф. д-р Ж. Георгиева, дм

МУ - Варна

Сърдечно-съдови биомаркери

Биомаркер - определениe

За първи път през 1961 г. Уилям Кенел, главен изследовател на Фрамингамското проучване дефинира понятието „рисков фактор за сърдечно-съдово заболяване”.

През 2001 г. работна група на Американския здравен институт (NIH) стандартизира определението за биомаркер като „параметър, който може да бъде обективно измерен и е индикатор на биологичен процес”.

От тогава индустрията на биомаркерите започва да се развива изключително бързо.

1. Biomarkers Definitions Working Group. Biomarkers and surrogate endpoints:preferred definitions and conceptual framework. Clin PharmacolTher. 2001;69:89 –95

Биомаркери

Рискови фактори за бъдещи съдови инциденти Women’s Health Study

Релативен риск за бъдещи инциденти

0

Ridker PM et al. N Engl J Med 2000;342:836-843.

Lipoprotein(a)

Homocysteine

IL-6

TC

LDL-C

sICAM-1

SAA

Apo B

TC:HDL-C

hs-CRP

hs-CRP + TC:HDL-C1.0 2.0 4.0 6.0

Атеросклероза и възпаление

Преди повече от десетилетие в кардиологията се появява революционната концепция за ролята на възпалението в процеса на развитие на атеросклерозата.

Доказва се ,че началният преход от здрава артерия към атеросклеротични изменения зависи от натрупването на левкоцити отключващи възпалителния отговор.

Високочувствителен С-реактивен протеин

Проспективни проучвания показват, че hsCRP е достоверен маркер за системно възпаление и е силен предиктор за бъдещ миокарден инфаркт и инсулт. CRP активира ендотелните клетки към експресия на адхезионни молекули

интерцелуларна адхезионна молекула 1 (ICAM-1)

съдово-клетъчна адхезионна молекула 1 (VCAM-1), Прогностичната стойност на CRP се реализира в интервала

1–5 μg/mL.

Yeh ET, Willerson JT. Coming of age of C-reactive protein: using inflammation markers in cardiology. Circulation 2003; 107(3):370-371.

Venugopal SK, Devaraj S, Yuhanna I, Shaul P, Jialal I. Demonstration that C-reactive protein decreases eNOS expression and bioactivity in human aortic en- dothelial cells. Circulation 2002; 106(12):1439-1441.

Алгоритъм за стратификация на краткосрочния риск на пациентите с ОКС

без ST-елевация въз основа на нивото на CRP

CRP

Маркерите на възпалението се свързват със СС риск.

hs CRP може да подобри рисковата стратификация.

Проучвания при пациенти след ОКС и стабилна ИБС предполагат, че hsCRP може да се прилага като критерий за лечение със статини

P. Ridker, 2013, ESC

ЛЕВКОЦИТИ

Високото ниво на левкоцитите е рисков фактор за повишена смъртност при пациент с нестабилна ангина2, 3 или миокарден инфаркт без ST-елевация.4, 5

В комбинация с hsCRP и нивото на левкоцитите може да има синергичен ефект в предикцията на сърдечно-съдовите инциденти.

Нови данни от проучване WHIOS включващо

72 242 жени в менопауза без ССЗ на възраст 50-79 год. потвърждава ,че нивото на левкоцитите над 6,7х10,9 е независим предиктор за сърдечно-съдов инцидент и обща смъртност.

. Madjid M, Awan I, Willerson JT, Casscells SW. Leukocytecount and coronary heart disease: implications for risk assessment. J Am Coll Cardiol 2004;44(10):1945–1956

2. Cannon CP, McCabe CH, Wilcox RG, Bentley JH, Braunwald E. Association of white blood cell count with increased mortality in acute myocardial infarction and unstable angina pectoris. OPUS-TIMI 16 Investigators. Am J Cardiol 2001;87(5):636–639, A10.

3

Серумен амилоид А

Серумният амилоид А поддържа обратния холестеролов транспорт и е представен в атеросклеротичните плаки и клетките в артериалната стена . Проучвания показват асоциация между нивото на SAA и ССЗ.

Повишеното ниво на този биомаркер при хоспитализация на пациенти с нестабилна ангина е предиктор за лоша прогноза.

Gabay C, Kushner I. Acute-phase proteins and other systemic responses to inflammation. N Engl J Med 1999; 340(6):448-454.

Rifai N, Joubran R, Yu H, Asmi M, Jouma M. Inflammatory markers in men with angiographically documented coronary heart disease. Clin Chem 1999; 45(11):1967-1973.

Morrow DA, Rifai N, Antman EM, et al. Serum amy loid A predicts early mortality in acute coronary syn dromes: a TIMI 11A substudy. J Am Coll Cardiol 2000; 35(2):358-362.

CD40 лиганд

CD40 лиганд е от фамилията на тумор-некротичeн фактор, който играе важна роля в съдовото възпаление.

При здрави жени на средна възраст изходното ниво на sCD40L е предиктор на бъдещ миокарден инфаркт, инсулт или сърдечно-съдова смърт.

Пациенти с нестабилна ангина имат значително повишено серумно ниво на sCD40L в сравнение с пациенти със стабилна ангина и контроли.

Повишеният риск при пациентите с повишено ниво на sCD40L има доказателства ,че може да бъде редуциран при терапия с абциксимаб . Muller F, Ueland T, et al. Enhanced lev els of soluble and membrane-bound CD40 ligand in patients with unstable angina. Possible reflection of T lymphocyte and platelet involvement in the patho- genesis of acute coronary syndromes. Circulation 1999; 100(6):614-620.

Varo N, de Lemos JA, Libby P, et al. Soluble CD40L: risk prediction after acute coronary syndromes. Circu lation 2003; 108(9):1049-1052.

Предиктивна стойност на sCD40L при пациенти с остри коронарни синдроми Повишеният риск за пациентите с повишени нива на sCD40L се понижава при терапия Abciximab (Reopro)

Muller F, Ueland T, et al. Enhanced lev els of soluble and membrane-bound CD40 ligand in patients with unstable angina. Possible reflection of T lymphocyte and platelet involvement in the patho- genesis of acute coronary syndromes. Circulation 1999; 100(6):614-620.Varo N, de Lemos JA, Libby P, et al. Soluble CD40L: risk prediction after acute coronary syndromes. Circu lation 2003; 108(9):1049-1052.

Адхезионни молекули

Адхезионните молекули позволяват прикрепването към ендотела и миграцията на кръвни клетки в артериалната стена.

Към фамилията адхезионни молекули се отнасят: интерцелуларна адхезионна молекула 1 (ICAM-1) и,съдово-клетъчна адхезионна молекула 1 (VCAM-1), ендотелната левкоцитна адхезионна молекула1(ELAM-1),

Атеросклеротичните плаки показват повишена експресия на ICAM-1 и VCAM-1

Пациенти с високо ниво на CRP имат повишен коронарен риск само при високо ниво на ICAM-1 .

При болни с КБС повишените нива на sVCAM-1 ,sICAM-1 са асоциирани с висок риск за СС смърт.Ballantyne CM, Entman ML. Soluble adhesion mol ecules and the search for biomarkers for atheroscle rosis. Circulation 2002; 106(7):766-767.

Hwang SJ, Ballantyne CM, Sharrett AR, et al. Circulat ing adhesion molecules VCAM-1, ICAM-1, and E-se- lectin in carotid atherosclerosis and incident coronary heart disease cases: the Atherosclerosis Risk in Com munities (ARIC) study. Circulation 1997; 96(12):4219- 4225.

Еволюцията на най-честите сърдечни болести се диференцира в три етапа – възпаление, остро увреждане на

миокардните клетки и сърдечен стрес На всеки етап

миокардът освобождава различни биомаркери. Чрез измерването на концентрациите на тези биомаркери в един и същ момент е възможно идентифицирането на етапа и вида на сърдечното увреждане.

CRP; IL – интерлевкини; TNF – тумор-некротичен фактор; Fas – член на TNF-рецепторната фамилия; MMP – матриксна металопротеиназа; MPO – миелопероксидаза; CK-MB – креатин-киназа MB; cTn – сърдечни тропонини; H-FABP – сърдечен протеин, свързващ мастните киселини; BNP –натриуретичен пептид тип B; NT-proBNP – N-терминален proBNP; ST2 – член на IL-1-рецепторната фамилия, свързващ IL-33

КБС

Повлияване на биомаркерите

Проучването MIRACL показа, че HDL-холестеролът има прогностична стойност за настъпването на остър коронарен инцидент при пациенти на терапия със статини.

Окислените LDL-частици стоят в основата на атеросклеротичния процес. Има нови маркери на окислението в ранен процес на изследване.

Фосфолипаза А2 се секретира от пенестите клетки в атеросклеротичната плака.

Този маркер в бъдеще е възможно да участва в определяне на сърдечно-съдовия риск при пациенти с висок риск и плаки предразположени към руптура.

Ballantyne CM, Hoogeveen RC, Bang H, Coresh J, Fol- som AR, Heiss G, Sharrett AR. Lipoprotein-associated phospholipase A2, highsensitivity C-reactive pro tein, and risk for incident coronary heart disease in middle-aged men and women in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Circulation 2004; 109:837-842.

Blake GJ, Dada N, Fox JC, Manson JE, Ridker PM. A prospective evaluation of lipoprotein-associated phospholipase A2 levels and the risk of future car diovascular events in women. J Am Coll Cardiol 2001; 38:1302-1306.

H-FABP –сърдечен протеин свързващ мастните H-FABP –сърдечен протеин свързващ мастните киселиникиселини

H-FABP е цитозолен протеин в кардиомиоцитите ,отговорен за транспорта на мастните киселини. Диагностичната чувствителност на H-FABP за сърдечно увреждане е 93% по-висока, отколкото за креатин-киназа МВ и сърдечните тропонини1.

H-FABP има по-добра чувствителност от TnT в ранната диагноза на острия миокарден инфаркт3.

Повишеното серумно ниво на H-FABP е асоциирано с повишен риск за настъпване на смърт и тежки сърдечни инциденти при пациенти с остър коронарен синдром, независимо от негативните серумни нива на cTn и BNP.847

Маркери за миокардно клетъчно увреждане

1. Tanaka, T, Sohmiya, K., Kitaura, Y, Takeshita, H., and Morita, H., et al. ClinicalEvaluation of Point-of-Care-Testing of Heart-Type Fatty Acid-Binding Protein(H-FABP) for the Diagnosis of Acute Myocardial Infarction. J Immunoassay Immunochem27, 2006; 225.

2. Ecollan, P., Collet, J. P., Boon, G., Tanguy, M. L., and Fievet, M. L., et al.Pre-Hospital Detection of Acute Myocardial Infarction with Ultra-Rapid HumanFatty Acid-Binding Protein (H-FABP) Immunoassay. Int J Cardiol 119,2007; 349–354.

3. Niizeki, T., Takeishi, Y, Arimoto, T, Takabatake, N., and Nozaki, N., et al. Heart-Type Fatty Acid-Binding Protein Is More Sensitive Than Troponin T to Detectthe Ongoing Myocardial Damage in Chronic Heart Failure Patients. J CardFail13, 2007; 120–127.

4. O'Donoghue, M., De Lemos, J. A., Morrow, D. A., Murphy, S. A., Buros, J. L.,et al. Prognostic Utility of Heart-Type Fatty Acid Binding Protein in Patients withAcute Coronary Syndromes. Circulation 114, 2006; 550–557.

Комплексно взаимодействие между възпалителния отговор и прогресията на атеросклерозата

Възпалителните стимули могат да бъдат окислени ox-LDL. Инфекции с Helicobacter pylori (HP), Chlamydia pneumoniae (CP) и cytomegalovirus (CMV), могат да отключат

възпалителния отговор. Възпалителната реакция е отговорна и за вторичните ефекти на цитокините – продукция на CRP, серумен амилоид А и фибриноген в черния дроб.

.

Патофизиология на атеросклерозата – развитие, прогресия и дестабилизация на лезията

Много биомаркери с ясно определен патофизиологичен профил могат да бъдат използвани за оценка на активността на болестта.

Плазмен протеин А, асоцииран с бременността

Плазменият протеин А, асоцииран с бременността (PAPP-A), е металопротеиназа, която се експресира в клетките на атеросклеротичната плака.

Нивото на PAPP-A е сигнификантно по-високо при пациенти с нестабилна ангина и остър миокарден инфаркт.

При пациенти с изследвана дебелина на интима–медия на каротидна артерия при наличие на дислипидемия и хиперехогенни лезии е асоциирано със сигнификантно повишено ниво на PAPP-A.

При хоспитализирани пациенти с остър коронарен синдром и негативен тропонинов тест ,но повишено ниво на PAPP-A е независим предиктор на нежелан изход по време на 6-месечното проследяване.

Prescott MF, Sawyer WK, Von Linden-Reed J, et al. Effect of matrix metalloproteinase inhibition on progression of atherosclerosis and aneurysm in LDL receptor-deficient mice overexpressing MMP-3, MMP-12, and MMP-13 and on restenosis in rats after balloon injury. Ann NY Acad Sci 2010; 878:179-190.

PAPP-A

При пациентите с внезапна сърдечна смърт нивото на PAPP-A е силно повишено в руптуриралите или ерозиралите нестабилни плаки, но РАPР-А липсва в стабилни плаки.

Този биомаркер е специфичен активатор и медиатор на атеросклерозата, който има отношение към руптурата на коронарната плака.

1. Bayes-Genis A, Conover CA, Overgaard MT, et al. Pregnancy-associated plasma protein A as a marker of acute coronary syndromes. N Engl J Med 2001;345(14):1022–1029

2. Lawrence JB, Oxvig C, Overgaard MT, et al. The insulin-like growth factor (IGF)–dependent IGF binding protein-4 protease secreted by human fibroblasts is pregnancy-associated plasma protein-A. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:3149–3153

PlGF като първичен медиатор на възпалението

PlGF стимулира растежа на гладкомускулните клетки в съдовете, натрупването на макрофаги в АТ плаките и стимулира патологичната ангиогенеза. Всички тези процеси са свързани с прогресия и дестабилизация на плаката.

Инхибицията на PlGF потиска растежа на АТ плаката и понижава нейната вулнерабилност.

PlGF е член на фамилията съдови ендотелни растежни фактори, чието ниво е значително повишено при ранна и напреднала атеросклероза.

PlGF действа като първичен медиатор на възпалението и на нестабилността в атеросклеротичната плака. Серумните нива на PlGF са повишени при пациенти с остър коронарен синдром.

Нивото на PlGF е достоверен и мощен клиничен инструмент за идентифициране на пациентите с високорискова лезия и на пациентите с коронарно възпаление.

Luttun A, Tjwa M, Moons L, et al. Revascularization of ischemic tissues by PlGF treatment, and inhibition of tumor angiogenesis, arthritis and atherosclerosis by anti-Flt1. Nat Med 2002; 8:831-840.

Maglione D, Guerriero V, Viglietto G, Delli-Bovi P, Per- sico MG. Isolation of a human placenta cDNA coding for a protein related to the vascular permeability fac tor. Proc Natl Acad Sci USA 1991; 88:9267-9271.

Биомаркери на миокардна исхемия

Процентът на случаите на нецелесъобразно изписване на пациентите, смятани за пациенти с нисък риск, но последствие диагностицирани с остър коронарен синдром, остава неприемливо висок – 4–5%, половината от които имат остър миокарден инфаркт, а другата половина – нестабилна ангина.

Биомаркерите са обещаващи в това отношение.

Зависимост между хоспитализации и пропуснати диагнози на острия миокарден инфаркт

Няколко проучвания сравниха честотата на хоспитализацията на пациентите с гръдна болка с честотата на пациентите, нецелесъобразно изписани и имащи остър миокарден инфаркт. Зависимостта, (Graff et al.) първоначално е представена като линейна (плътна линия), въпреки че е по-вероятно зависимостта да се изобразява под формата на крива (пунктирна линия), която отразява 100% пропуск на диагнозата, ако всички пациенти са изписани, и 100% диагностициране, ако всички пациенти са хоспитализирани. Да се обърне внимание на малкото понижение на пропуснатите диагнози, когато честотата на хоспитализациите надвишава 50% по отношение на честотата под 50%.

Сърдечни тропонини; CD40L; Холин; Исхемично-модифициран албумин; Миелопероксидаза; Натриуретични пептиди – BNP и proBNP; Плазмен протеин А, асоцииран с бременността.

Потенциални маркери на исхемията

Потенциални маркери на исхемията

С-реактивен протеин Сърдечни тропониниCD40L

ХолинИсхемично-модифициран албуминМиелопероксидазаНатриуретични пептиди – BNP и proBNPПлазмен протеин А, асоцииран с бременността

Маркери за сърдечен стрес

Адреномедулин Адреномедулин се произвежда в кардиомиоцити и фибробласти.

При остър миокарден инфаркт нивата на адреномедулин корелират с тежестта на болестта и са прогностичен индикатор за смъртност.

Beltowski J, Jamroz A. Adrenomedullin - what do we know 10 years since its discovery? Pol J Pharmacol 2004; 56:5-27.

ST2 ST2 е член на IL-1-рецепторната фамилия и се експресира от кардиомиоцитите като

неговото ниво се повишава един ден след настъпването на остър миокарден инфаркт.

ST2 блокира ефектите на ангиотензин II и редуцира камерната хипертрофия и фиброза при повишен камерен стрес.

Маркери за сърдечен стрес

Weinberg, E. O., Shimpo, M., De Keulenaer, G. W., MacGillivray, C, and Tominaga, S., et al. Expression and Regulation of ST2, an Interleukin-1 Receptor Family Member, in Cardiomyocytes and Myocardial Infarction. Circulation 106, 2002; 2961-2966.

Schmitz, J., Owyang, A., Oldham, E., Song, Y, and Murphy, E., et al. IL-33, An Interleukin-1-Like Cytokine That Signals via the IL-1 Receptor-Related Protein ST2 and Induces T Helper Type 2-Associated Cytokines. Immunity 23, 2005; 479-190.

Kakkar, R. and Lee, R. T. The IL-33/ST2 Pathway: Ther apeutic Target and Novel Biomarker. Nat Rev Drug Discov 7, 2008; 827-840.Sanada, S., Hakuno, D., Higgins, L. J., Schreiter, E. R., and McKenzie, A. N., et al. IL-33 and ST2 Comprise a Critical Biomechanically Induced and Cardioprotec tive Signaling

System. J Clin Invest 117, 2007; 1538 1549.Miller, A. M., Xu, D., Asquith, D. L., Denby, L., and Li, 897. Y., et al. IL-33 Reduces the Development of Athero sclerosis. J Exp Med 205, 2008; 339-346.Chackerian, A. A., Oldham, E. R., Murphy, E. E., Schmitz, J., and and Pflanz, S., et al. IL-1 Receptor Ac- 898. cessory Protein and ST2 Comprise the IL-33 Receptor Complex.

J Immunol 179, 2007; 2551-2555.Chackerian, A. A., Oldham, E. R., Murphy, E. E., Schmitz, J., Pflanz, S., et al. IL-1 Receptor Accessory 899. Protein and ST2 Comprise the IL-33 Receptor Com plex. J Immunol

179, 2007; 2551-2555.Shimpo, M., Morrow, D. A., Weinberg, E. O., Saba-tine, M. S., and Murphy, S. A., et al. Serum Levels of 900. the Interleukin-1 Receptor Family Member ST2 Pre dict Mortality and Clinical Outcome in Acute Myocar dial Infarction.

Circulation 109, 2004; 2186-2190. 901.Rehman, S. U., Mueller, T., and Januzzi, J. L., Jr. Char acteristics of the Novel Interleukin Family Biomarker ST2 in Patients with Acute Heart Failure. 7. Am Coll Cardiol 52,

2008; 1458-1465.

НОВИ БИОМАРКЕРИ Копептин

Въпреки ключовата си роля в развитието на сърдечно-съдовата болест, вазопресин не се измерва и не се използва рутинно като диагностичен маркер поради техничнически трудности и преаналитични грешки.

Копептин е стабилен и чувствителен сурогатен маркер за секрецията на вазопресин.

В циркулацията копептин се отнася по същия начин като вазопресин.

Копептин е нов биомаркер.

Morgenthaler NG, Struck J, Jochberger S, Dunser MW. Copeptin: clinical use of a new biomarker. Trends Endocrinol Metab 2008; 19:43-9.

Morgenthaler NG. Copeptin: a biomarker of car diovascular and renal function. Congest Heart , 2007, Fail 16:S37-44.

Holwerda DA. A glycopeptide from the posterior lobe of pig pituitaries. I. Isolation and characteriza tion. Eur J Biochem, 2003; 28:334-9.

Секреция на вазопресин и копептин в хипоталамуса

КОПЕПТИН При пациенти с диагностициран миокарден инфаркт

нивото на копептин е повишено през първите 4 часа след началото на симптомите в периода, в който тропонин Т все още не се открива.

При използване на двоен биомаркерен подход негативният тропонинов тест и нивото на копептина при хоспитализация на пациента в спешното отделение позволява изключването на остър миокарден инфаркт с негативна предиктивна стойност >99%.

Установена е асоциация между нивото на копептин и тежестта на левокамерното ремоделиране след остър миокарден инфаркт.

Reichlin T, Hochholzer W, Stelzig C, Laule K, Freidank H, Morgenthaler NG, et al. Incremental value of co¬peptin for rapid rule out of acute myocardial infarc¬tion. J Am Coll Cardiol 2009; 54:60-8.

Kelly D, Squire IB, Khan SQ, Quinn P, Struck I, Mor- genthaler NG, et al. C-terminal provasopressin (co- peptin) is associated with left ventricular dysfunction, remodeling. and clinical heart failure in survivors of myocardial infarction. J Card Fail 2008; 14:739-45.

БЪДЕЩЕ НА БИОМАРКЕРИТЕ

По-голям набор от диагностични маркери използвани като тестове при леглото на болния и в спешните центрове.

Бъдещето е на биомаркери с висока потвърждаваща или изключваща ефективност.

Биомаркери,които идентифицират пациентите с нисък и висок риск и могат да бъдат интегрирани в клинични протоколи за вземане на основни решения.