王咪咪，黄安良，尹沛源

作者单位： 116011 辽宁省大连，大连医科大学附属第一医院（王咪咪、黄安良、尹沛源）；大连医科大学（尹沛源）

1 心律失常的诊治进展

心律失常已成为世界性的重大公共卫生问题之一，心律失常患者人数逐年递增，恶性心律失常的发生率也持续增高，疾病负担越来越重。美国因恶性心律失常导致死亡的心血管疾病患者每年约达40万人，而我国因心脏性猝死的患者每年高达60万人，其中因心律失常导致的心源性猝死占比近90%，包括恶性心律失常、室性心动过速及心室颤动[1]。目前对心律失常患者常采用药物、电复律、导管消融术及植入心脏除颤器等治疗手段，虽然已取得一定的治疗效果，但仍不理想。因此，如何突破心律失常的诊治成为我国乃至全球迫切需要攻克的一大难题。

普遍认为心律失常的发生与心肌电传导异常及心房结构异常相关。目前临床主要通过十二通道导联心电图、24 h 动态心电图以及结合患者病史和体征来进行诊断，但尚无相关化验指标可以预测心律失常，而心律失常持续时间越长，心脏结构和功能的改变也会越严重。因此进一步明确心律失常的发病机制和相关生物标志物检测尤为重要。

2 代谢组学

1999 年，英国Nicholson 教授的研究团队首次提出“代谢组学”这一概念[2]。近年来，代谢组学的地位日渐突出，已广泛应用于功能基因组学、疾病早期诊断、病因病机研究等生命科学的各个领域并取得了大量显著成果，逐渐成为该领域的研究热点。

在现代医学研究领域中，代谢组学主要运用于肿瘤方面，在心血管疾病研究中也被广泛应用。现阶段，核磁共振技术（NMR）、液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）及气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）是代谢组学的主要分析技术，其研究方法分为靶向与非靶向代谢谱分析。在代谢组学发展初期NMR 发挥了关键作用，但是现在色谱-质谱联用技术研究更为广泛。

代谢组学被广泛用于研究心血管疾病的代谢谱和筛选生物标志物，Lu等[3]通过招募363 例患者，采用GC-MS和液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QTOFMS）测定血清代谢组学谱，发现血清代谢组学是识别代谢紊乱的有效方法之一，小分子代谢物的差异能够作为心房颤动（简称房颤）发病和进展以及鉴别诊断的生物标志物。新兴的代谢组学技术使研究人员对心血管疾病中发生的病理生理分子，细胞和功能改变有了更广泛的了解[4]。因此，代谢组学的应用可以进一步了解心律失常的发病机制和病理生理学，以改善心律失常患者的治疗现状。

3 心律失常与代谢重构

心脏是高耗能、高耗氧的器官，也是体内代谢要求最高的器官，心肌能量代谢的改变与心律失常的发生密切相关。在静息状态下，心脏组织的能量供应主要来源于脂肪酸 氧化，约占总能量来源的70%，除此以外的大部分能量来源于葡萄糖代谢。心脏具有“代谢灵活性”，可以通过不同的速率切换不同的能量底物来维持心肌的正常收缩。

线粒体是产生三磷酸腺苷（ATP）的主要场所，通过能量代谢合成充足的ATP 以支持正常的心脏收缩与电信号的传导。线粒体功能障碍可直接影响心肌能量底物代谢，造成ATP 合成减少，心脏能量供应不足，电信号传导异常，进而诱发心律失常等心血管疾病的发生。早在2004 年就有学者明确了心脏能量代谢重构的潜在机制，能量和代谢底物发生了一系列改变，如高能磷酸化合物异常变化、线粒体代谢异常、糖酵解增强、脂肪酸（FA）摄取受损以及心肌能量底物代谢从FA向葡萄糖转化，对葡萄糖作为底物的依赖性增强等[5]。最近有关房颤代谢组学的研究表明，房颤患者相关代谢途径发生的变化，可能在其病理生理机制中起到关键作用，且房颤的代谢重塑先于电生理、收缩和结构重塑[6]。

3.1 葡萄糖代谢 当心脏功能正常时，葡萄糖主要由葡萄糖转运体（GLUT-1/4）介导进入心肌细胞，随后在细胞质中通过糖酵解途径（EMP）生成丙酮酸以及少量ATP。丙酮酸作为EMP 的终产物，最终有两条去向，其一在线粒体功能障碍或氧气供应不足的情况下还原为乳酸；其二是在氧气供应充足的条件下，分别通过电压依赖性阴离子通道和线粒体丙酮酸载体（MPC）穿过线粒体外膜及内膜，进入线粒体进一步氧化分解，生成乙酰辅酶A，随后进入三羧酸（TCA）循环。

糖酵解是葡萄糖代谢的第一步，也是心脏能量供应至关重要的一种方式。Warburg 效应是一种从线粒体氧化磷酸化到有氧糖酵解的能量转移，在心血管疾病中发挥重要作用，并支持心脏结构重塑[7]。Warburg在房颤期间主要表现为糖酵解酶上调，心房乳酸生成显著增加，丙酮酸脱氢酶（PDH）复合物下调[8]。有研究建立非持续性心房起搏羊模型，模拟房颤从阵发性到持续性的发展过程，通过蛋白质组学及代谢组学分析发现房颤绵羊心房内EMP 的中间代谢物水平较高，如丙酮酸、2-磷酸甘油酸等，这提示在房颤的代谢重构过程中，糖、脂代谢通过上调和下调来维持TCA 循环的稳态[9]。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）作为细胞能量感受器，当接收到信号一磷酸腺苷（AMP）/ATP 和ADP/ATP比值增加时，即在能量状态下降时被激活。AMPK 激活可维持ATP 生成与消耗间的平衡，从而恢复能量稳态。Lenski 等[10]提出心律失常可导致脂质积聚和葡萄糖摄取减少，房颤时AMP 激活的AMPK 和钙调蛋白依赖蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）致使GLUT-4 的表达上调。但脂质积累降低了膜转移配体突触体相关蛋白23（SNAP-23）的表达，SNAP-23是GLUT-4 细胞质膜易位所必需的，GLUT-4 的表达降低，因此葡萄糖摄取减少。AMPK 已被证实具有抗Warburg效应，对心律失常的发生具有保护作用[8]。心肌中AMPK 活性比较强，AMPK 激活促进葡萄糖的摄取和糖酵解，也可调节下游FAT/CD36 表达，从而影响心肌脂代谢[11]。

3.2 FA 代谢 当心脏功能正常时，FA 通过细胞膜上的转运蛋白（FAT/CD36）进入心肌细胞，经肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT-1）进入线粒体进行氧化供能。

房颤发生时，伴随着FA氧化减少而增加对葡萄糖的利用，此为房颤心脏重构的重要特征之一。房颤初期，患者心功能尚可，虽然FA氧化减少，但心脏仍可保证充分的ATP，代谢底物仍需利用FA 氧化。FA完全氧化的供能效率比葡萄糖氧化更高，但也会消耗更多的氧气[8]，而且为适应房颤发生时心肌细胞耗能增加和相对缺氧的状态，房颤早期FA氧化可能减少。有研究指出致心律失常中间代谢物（如长链酰基肉碱）的积累可能是导致心律失常的原因，并提示对于室性心动过速的婴儿发生不明原因的猝死，应考虑先天性FA 氧化缺陷[12]。

心律失常发生时，FA氧化的增加并不总是伴随着FA摄取增加[10]，这表明分子机制有助于心房脂质积累。不规则起搏乳鼠心肌细胞使得细胞内钙离子浓度不断增加，CaMKⅡ和AMPK表达也随之增加，经过磷酸化激活后调节下游脂代谢通路，促使心肌细胞膜表面FAT/CD36 表达增加，使FA 摄取增加，细胞内脂质沉积[13]。过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR ）与过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1（PGC-1 ）共同作用于细胞核，二者在心肌细胞中高表达，作为核心调节因子在心脏代谢重构中发挥重要作用。PPAR 针对房颤患者FA 氧化减少而葡萄糖利用增强的特征，对其关键酶进行调控，从而负向调节心肌细胞中葡萄糖的利用，正向调节FA的氧化，促进心肌能量代谢保持一定程度的均衡。Liu等[14]给房颤犬应用AMPK 激动剂，发现AMPK 激动剂可上调PGC-1 表达，激活PPAR /PGC-1 途径，促使FAT/CD36 和CPT-1 表达上调，心房脂质积累减少，增强细胞的FA代谢，逆转慢性房颤中的Warburg效应，衰减心房电和结构重塑。

当游离FA 过量堆积甚至超过心肌细胞中FA的氧化负荷时，可直接损伤心血管功能，导致心脏重构、心肌功能障碍和心律失常发生[15]。Reiner 等[16]通过气相色谱法测定了1 657 例房颤患者的4 种-3多不饱和FA，研究发现二十碳五烯酸（EPA）与缺血性脑梗死的患病率呈负相关。有学者使用超高效液相色谱/四极杆飞行时间质谱（Q-TOF MS）进行整体脂质分析以鉴定AF患者血浆中改变的脂质代谢物，发现饱和FA（SFA）水平升高，而房颤患者血浆中的多不饱和FA（PUFA）水平降低，这些变化可能与炎症增强和心律失常疾病有关，支持游离FA水平与房颤发展和进展风险之间的关联[17]。

4 心律失常相关生物标志物

4.1 心脏生物标志物

4.1.1 脑钠肽（BNP） BNP对心力衰竭的诊断具有更为突出的特异性和敏感性，而且对于心律失常患者的预测、诊断、预后等方面作用显著[18]。Ohta 等[19]发现单纯房颤即可致使BNP 水平升高，伴器质性心脏病时升高幅度更加明显，该现象可能与心房颤动时心房出现扩张和牵拉以及容量负荷过重有关。Takase 等[20]首次明确了BNP 可作为无房颤病史人群中新发房颤的独立预测指标。Maruyama 等[21]通过对非瓣膜性心房颤动卒中患者的回顾性研究发现，血浆BNP 水平与卒中发作后3 个月的功能结局独立相关，其可以作为预测非瓣膜性房颤患者在急性缺血性卒中后长期功能结局的最主要指标。

4.1.2 N 端脑利钠肽前体（NT-proBNP） NT-pro-BNP 或BNP 基线值升高与快速性室性心律失常风险独立相关，可作为植入型心律转复除颤器（ICD）患者室性心律失常发作的独立预测因子。Emma 等对两项大型社区队列的参与者分别进行了为期10 年和13 年的随访，明确NT-proBNP 是心房颤动的最强预测指标[22]。Sanna 等[23]发现，当NT-proBNP ＞1 707 pg/ml 时，特异性92%，敏感性约为35%，可作为对6 个月后房颤复预测的重要指征。

4.1.3 肌钙蛋白（TnT） TnT 与肌钙蛋白I（TnI）最初被认为是心肌损伤及心肌梗死的重要敏感指标，随着对于心律失常方面的研究不断深入，有研究指出TnT水平升高与心房颤动疾病发生率和预后相关性明显[24]。然而，目前关于房颤患者TnT 升高机制的阐述尚未明确，可能是由于心室率升高导致心肌缺血、缺氧、容量和压力超载、微血管血流的改变、心房钙超载、氧化应激或者组织结构的改变[25]。因此，TnT能否作为心律失常疾病发生的生物标志物仍需进一步探讨和大量临床研究证实。

4.2 纤维化相关生物标志物

4.2.1 半乳糖凝集素-3（Gal-3） Gal-3 作为炎症和氧化应激的敏感标志物，是近年来的研究热点之一。当心肌受损时，Gal-3 浓度会迅速增加导致心肌纤维化（MF），直接诱导心肌重塑，且Gal-3 水平相对稳定，受治疗的影响较少。Ho 等[26]通过对大量试验者的多年随访研究表明，发生房颤的风险随外周血Gal-3 的浓度增大而增大。由于Gal-3 可以被特异性抑制，因此可以预见它将成为心律失常的潜在未来治疗靶点，但这种假设目前没有任何临床证据。

4.2.2 生长分化因子-15（GDF-15） GDF-15 属于转化生长因子- 超家族的重要成员之一，是心血管系统的保护因子之一，可以保护心肌免受肥大和纤维化，对粥样斑块具有一定的促凋亡作用。正常状态时，GDF-15 在心肌细胞中表达很低甚至不表达，但当GDF-15 收到心脏负荷过大或缺氧等信号时，随即出现“应激表达”，迅速在心肌细胞中大量表达[27]。Brown 等[28]指出GDF-15 的血浆水平和女性的冠状动脉粥样硬化之间存在关联。GDF-15 的优势主要在于抗凝房颤患者大出血的风险评估[29]。

4.2.3 其他 MF不仅是心脏结构重构的重要表现，而且也是心功能及恶性心血管事件的重要病理基础。向丽等[30]通过对百余例心律失常患者的MF 标志物水平的检测发现，在患有四类心律失常的患者中，转化生长因子（TGF）- 1、透明质酸（HA）、层粘连蛋白（LN）、Ⅲ型前胶原N 端肽（PⅢNP）水平对于不同疾病类型存在明显的差异性分布，对疾病分类和相关诊断具有一定的临床意义。筛选特异性生物标志物，从而改善患者预后是当前急需解决的临床问题。

4.3 炎症生物标志物 炎症因子是心律失常中的重要角色之一，参与调节心房结构和电生理重塑。白细胞介素-6（IL-6）和C 反应蛋白（CRP）是普遍公认的炎症标志物，高CRP和/或白细胞介素-6 水平的房颤患者，在电复律或射频消融后复发风险增加。有研究指出hs-CRP 可作为心房颤动患者死亡指标的独立预测因子[31]。

热休克蛋白（HSP）属于炎症标记物，有研究发现HSP70 和抗HSP70 抗体可能与永久房颤或术后房颤复发有关[32]。可溶性生长刺激表达基因2 蛋白（sST2）结构与IL-1 相似，是目前公认的炎症和纤维化因子，可抑制炎症、MF、肥大和厌恶性心肌重塑[33-34]。有研究发现sST2（和hs-CRP）与新发心房颤动显著相关[35]。

4.4 微小核糖核酸类生物标志物 微小RNA（miRNA）是心脏病的潜在治疗靶点[36]，其介导的心肌电重构在心律失常等循环系统疾病中至关重要。miRNA 的基因表达具有高度的细胞特异性和组织特异性，且其与心律失常的发生和发展紧密相关。目前，研究最多的微小RNA（miR-1 和miR-133）与心脏相关，在心脏的传导系统中发挥重要作用。Terentyev等[37]发现，心肌细胞过表达miR-1 会导致心律失常性的细胞内钙稳态失衡。有学者发现miR-208a/b 在房颤中的表达明显升高[38]。尽管，大量证据表明部分单个miRNA对心律失常的作用机制，但仍没有关于miRNA用于心律失常患者临床治疗的文献报道，然而miRNA 成为未来心律失常治疗的新靶点是值得期待的。

4.5 自身抗体生物标志物 近年来，体液自身免疫作为心律失常的生物标志物和介质的作用不断被挖掘和研究。在心房颤动中首次被报道的自身抗体是针对肌球蛋白重链的自身抗体[39]。随后研究发现，毒蕈碱2（M2）受体和HSP65 水平的自身抗体在房颤中升高，且可作为房颤的独立预测因子[40-41]。在体位性心动过速综合征（POTS）中肾上腺素能受体（抗1、抗1-肾上腺素能抗体）和血管紧张素2 型受体（AT2R）IgG 似乎与POTS 特别相关[42]。自身抗体很可能是心律失常最佳的生物标志物，而且有望成为提示早期心律失常的重要工具。

5 展望

虽然心律失常发生与维持的作用机制复杂且尚未完全阐明，但是心律失常的发生发展与代谢重构密切相关。因此仍需进一步研究证实心律失常心脏代谢重构的机制，寻找心律失常各分型的治疗靶点，以期为心律失常的早期防治提供更为有效的安全治疗措施。

近年来，心律失常的潜在生物标志物数量不断增加，生物标志物的不同所反映的生理病理机制也大不相同。目前对于除心房颤动以外的其他类型心律失常研究相对较少，未来的研究或可从各类心律失常中筛选其特异性生物标志物，以期精准识别各类心律失常以及为心律失常患者提供更精准的治疗。多种生物标志物的联合使用或可成为未来的发展趋势，早日实现心律失常疾病的早发现、早诊断、早治疗。

利益冲突 所有作者声明无利益冲突