利钠肽家族发现史

 

　　利钠肽家族包括心房利钠肽(ANP）、脑型利钠肽(BNP)、C型利钠肽(CNP)、D型利钠肽(DNP)及U型利钠肽 (UNP)。尽管所有的利钠肽前体都是由独立的基因编码， 但在活性利钠肽的结构中， 全部都有一个由二硫键联结2个半胱氨酸残基的17个氨基酸组成的环状结构， 这个环状结构是活性利钠肽与受体结合的必需空间结构。不同利钠肽的差异在于N端和C端氨基酸的组成及尾链的长短。

 

利钠肽家族结构图

 

　　ANP是首个被发现的利钠肽。20世纪50年代中期，Gauer等发现心房扩张可引起利尿、利钠作用，利用电子显微镜可以发现心房中存在分泌型颗粒。随后，Bold等发现给大鼠注射心房提取物后，可产生快速的利尿利钠作用，证明了其重要性，这种分泌型颗粒就被命名为ANP，又称心房利钠肽。

 

　　1984年，Sudoh等从猪脑中分离出一种与ANP结构类似的，并能引起利尿利钠反应的化合物，称为脑钠肽（BNP），随后在心脏中亦分离出BNP。事实上BNP主要是心室肌在心室容量负荷和压力负荷增加时合成和分泌，且心脏分泌的BNP量远多于脑。

 

　　1988年Knappe等从人尿中分离出URODILATIN，一种U型利钠肽; URODILATIN由proANP经肾脏切割而产生，其分泌部位及活性结构均与ANP不同。

 

　　1990年Sudoh等又在猪脑中发现了利钠肽家族的另一成员，称之为C型利钠肽（CNP）。CNP是物种之间利钠肽最保守的一类，人体中主要由内皮细胞分泌，主要分布于脑、血管内皮细胞组织中，它的利钠利尿作用远弱于ANP与BNP，但有较强的舒张血管作用。

 

　　1992年，Schweitz从绿曼巴蛇（Dendroaspis angus-ticeps）的毒液中鉴定出一种新型利钠肽，因此命名为Dendroaspis利钠肽（既DNP），随后在哺乳动物和人类组织中也检测到了DNP，并证实DNP具有与ANP相似的生理作用，包括诱发利尿，血管舒张，增强心肌收缩力等。

 

　　利钠肽在心衰诊断中的Biomarker作用

 

　　利钠肽是心衰诊断和预后判断的“金标准”生物标志物。BNP、NT-proBNP、MR-proANP及NT-proCNP浓度是血流动力学性心脏应激和心衰的存在以及严重程度的定量血浆生物标志物。

 

利钠肽的Biomarker作用

 

　　ANP和MR-proANP的Biomarker作用

 

　　ANP最初的翻译产物为153 个氨基酸构成的前体蛋白，经过两次酶切后行成具有生物活性的含有C末端的28个氨基酸多肽（即ANP）和无生物活性的含有N末端的98个氨基酸片段（即NT-proANP）。

 

　　ANP的半衰期仅有3分钟。与ANP相比，NT-proANP的半衰期较长，为60分钟，但两者在体外均容易降解，限制了其临床应用。Morgenthaler等于2004年发明了一种新的NT-proANP检测方法，通过检测相对稳定的中间区域(第53～90个氨基酸)，称为中段心房利钠肽原（MR-proANP），来评估心衰。这种检测方法的功能检测下限为18 pmol/L，涵盖了绝大部分健康个体的MR-proANP水平，且严重溶血、黄疸等对MR-proANP检测结果并无明显影响。

 

　　BACH研究[1]——迄今为止样本量最大的一项评价外周血标志物对心衰诊断价值的前瞻性、多中心研究，纳入因呼吸困难于急诊科就诊的患者1641例。结果表明，MR-proANP诊断心衰的价值与NT-proBNP和BNP相似。

 

　　BNP和NT-proBNP的Biomarker作用

 

　　BNP最初的翻译产物为134个氨基酸构成的前体蛋白，也在经过两次酶切后形成具有生物活性的含有C 末端的32个氨基酸多肽（即BNP）和无生物活性的含有N末端的76个氨基酸片段（即NT-proBNP）。

 

　　BNP的半衰期为22分钟，NTpro-BNP的半衰期则长达60-120分钟。与NTpro-BNP只能经过肾脏代谢清除不同， BNP在人体的清除方式有3种：通过与膜受体NPR-C（一种利钠肽特异性清除受体）结合，在细胞内被分解成无活性的肽段；通过脑啡肽酶进行清除；少部分经过肾脏代谢清除。

 

BNP的形成及清除路径

 

　　心衰患者若使用脑啡肽酶抑制剂，因其抑制脑啡肽酶的活性，使BNP降解减少，但对NTpro-BNP浓度无影响，临床中应使用NTpro-BNP来评估病情。对于合并肾功能不全的心衰患者，肾功对两者的血浆浓度均有影响，但对NTpro-BNP的影响要更多一些。此外，患者的年龄、性别，是否存在高输出状态疾病、肺栓塞、严重肺部疾病、急性冠状动脉综合征等情况均会影响BNP和NTpro-BNP的血浆浓度，临床评估时需要予以关注。

 

　　PONTIAC研究[2]——纳入300例患有2型糖尿病、NT-proBNP>125pg/ml的前瞻、随机、对照性研究。对照组在糖尿病治疗机构中进行常规治疗；强化组在常规治疗糖尿病的基础上，在心脏门诊接受RAAS拮抗剂和?-受体阻滞剂的额外治疗。随访观察2年，结果表明在强化治疗组中，主要终点事件（因心衰再入院/心血管病死亡）显著降低。

 

　　STOP-HF研究[3]——纳入1374名患有心血管危险因素的参与者，平均随访4.2年。结果表明对心衰高危患者，基于BNP（BNP≥50pg/ml）筛查进行的心脏专科强化治疗和管理降低了左心室收缩功能不全、舒张功能不全和心衰的复合发生率。

 

　　I-Preserve研究[4]——回顾性分析了2612名HFpEF患者NT-proBNP从基线到6个月变化与心血管死亡或心衰住院之间的相关性。结果表明NT-proBNP的升高与心血管死亡或HF住院的风险增加有关，而下降与风险降低的趋势有关。

 

　　基于大量临床研究，《中国心力衰竭诊断和治疗指南2018》推荐检测利钠肽以筛查心衰高危人群（心衰A期），控制危险因素和干预生活方式有助于预防左室功能障碍或新发心衰（IIa，B）；确立了利钠肽在心衰诊断、鉴别诊断、病情严重程度及预后评估中的重要地位（I，A）;还推荐出院前的利钠肽检测有助于评估心衰患者出院后的心血管事件风险（I，B）。

 

　　CNP和NT-proCNP的Biomarker作用

 

　　CNP最初的翻译产物为126个氨基酸构成的前体蛋白，经过两次酶切后生成2种具有生物活性的CNP，分别是富集于组织中的CNP-53和富集于血浆中的CNP-22。因CNP半衰期短，血浆浓度低，且在病理其况下变化较小，可用前体CNP的稳定产物——NT-proCNP间接反应肾功正常情况下CNP的合成情况。

 

　　一项关于NT-proCNP对HFrEF和HFpEF预后价值的研究[5]，纳入567例住院的心衰患者，出院时测量了NT-proCNP水平，随访18个月。结果表明NT-proCNP是强独立的HFpEF患者的预后指标，但在HFrEF患者中则不是。

 

　　多项临床研究证实了NPs在心衰诊断及病情评估中发挥的作用，作为心衰诊疗过程中重要的Biomarker，2019年欧洲心脏病学会心力衰竭协会发表了关于利钠肽检测临床应用的实用指南[6]，介绍了利钠肽浓度检测的重要适应证，并重点阐述了其临床应用的11条关键原则，具体内容如下表：

 

2019ESC利钠肽检测临床应用指南

 

　　NPs可与三种不同类型的NP受体相互作用：A（NPR-A），B（NPR-B）和C（NPR-C）。NPR存在于心脏、脑、肾、肾上腺、肝脏、胰腺、血管和胃肠道的平滑肌、脂肪细胞、软骨细胞、成纤维细胞和血小板中。NPR-A在肾脏、肾上腺、肺、回肠末端、主动脉和脂肪中高度存在，能够结合ANP和BNP；NPR-B在成纤维细胞中高度存在，只与CNP特异性结合。NPs通过与多处组织和器官的NPR-A或NPR-B结合来激活细胞膜上的鸟苷酸环化酶并刺激细胞内环鸟苷单磷酸（cGMP）依赖性第二信使信号级联反应，作用于相应靶器官，从而介导大部分病理生理过程，包括排钠、利尿、降低血压、扩张血管、保护内皮、抑制醛固酮、抑制心肌纤维化、抑制心肌肥大、改善能量代谢及免疫调节等作用。NPR-C主要被视为清除受体，其结合并内化NPs以将其从循环系统中清除。NEP(脑啡肽酶)则是一种细胞外金属蛋白酶，可与NPs结合并将其裂解为无活性肽段。

 

利钠肽的受体及效应器

 

　　利钠肽在心衰治疗中的Biotarget作用

 

　　心衰的本质是心肌损伤后的心室重塑，其中肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）和交感神经系统（SNS）的过度激活扮演着重要角色。虽然，心衰时，机体NPs的分泌会上调，但无法完全抵抗RAAS，SNS等激活所产生的缩血管、抗利尿及心室重构等作用，常规采用抑制RAAS和SNS的疗法来解决。增加外源性NPs浓度或抑制内源性NPs降解，发挥其生理性作用来治疗心衰；尤其是，旨在增强NPs的生理益处并同时抑制RAAS的创新治疗策略正引起越来越多的关注，成为治疗心衰的重要新靶点。

 

利钠肽的Biotarget作用

 

 

　　1984年SUNTORY株式会社与宫崎医科大学共同研究合成，通过基因重组方法生产的由28个氨基酸构成的α型心房利钠肽（卡培立肽）。1995年在日本上市，是最早应用于急性心衰治疗的多肽制剂。

 

　　一项关于急性心衰患者静脉注射卡培立肽和尼可地尔的血流动力学反应差异研究表明[7]：卡培立肽组对急性心衰患者的收缩压和肺毛细血管楔压的降低，以及对心输出量的改善作用均强于尼可地尔组。

 

　　在对急性心衰治疗中肺充血程度改善情况的研究表明[8]：卡培立肽组可明显增加患者尿量，缩短肺充血时间，改善呼吸困难症状；长期随访发现在卡培立肽治疗组中，伴有中、重度肺积水的AHF患者中，再住院和全因死亡的180天累积发生率明显降低。

 

　　然而另一项关于卡培立肽与硝酸盐在急性心衰患者血管舒张治疗效果中的研究表明[9]：接受卡培立肽治疗的患者院内死亡率更高，住院时间更长，住院费用也更高。

 

　　基于BNP的Biotarget——重组人脑利钠肽

 

　　重组人脑利钠肽（rhBNP）是利用基因重组技术以大肠杆菌为生产菌种制成的冻干粉针剂，与内源性脑利钠肽具有相同的氨基酸排序、分子结构及生物活性，具有促进尿钠排泄、利尿、舒张血管平滑肌、抑制RAAS等作用。2001年FDA批准重组人脑利钠肽类药物奈西利肽应用临床治疗急性心衰；2005年10月，我国第一个拥有自主知识产权的I类新药——重组人脑利钠肽（心活素）上市。

 

　　PRECEDENT研究[10]表明：rhBNP治疗ADHF较多巴酚丁胺更安全，尤其对于有心动过速、严重的房性和室性心律不齐病史，以及容易出现室性异位心律的患者。

 

　　BELIEVE研究[11]表明：rhBNP在AMI后24小时内连续静脉滴注72小时，随访4周，与给药前比较，左室舒张末期容积指数及左室收缩末期容积指数均明显改善，心脏功能显著改善。

 

　　PROACTION研究[12]表明：急诊应用rhBNP显著降低HF患者30天内再住院率以及再住院天数。

 

　　rhBNP是从外源性引入的BNP，多项临床研究表明了其在心衰治疗中的价值，但其半衰期只有18分钟，在体内也会遭到酶的水解和受体的清除，必须静脉用药，限制其广泛的应用。

 

　　基于利钠肽降解途径的Biotarget——沙库巴曲缬沙坦钠

 

　　早期临床试验使用脑啡肽酶抑制剂单药治疗，发现对心衰几乎没有影响。因为抑制脑啡肽酶能够增强包括利钠肽、血管紧张素在内的多种血管活性肽的作用，在升高了有益物质(利钠肽)的同时，也升高了不利物质的水平(血管紧张素II等)。脑啡肽酶抑制必须伴随同步的RAAS阻滞，才能实现有益的心衰治疗。

 

沙库巴曲缬沙坦钠的作用机制图

 

　　沙库巴曲缬沙坦钠（LCZ696/ANRI）可同时抑制脑啡肽酶和阻断AT1受体。沙库巴曲是一种前体药物，在体内可代谢成活性脑啡肽酶抑制剂LBQ657；缬沙坦可阻断AT1受体，沙库巴曲缬沙坦钠是上述两种成分以1:1摩尔比例结合而成的。多个大型临床研究已经证实了沙库巴曲缬沙坦钠在急慢性心衰中的卓越表现。

 

　　PARADIGM-HF研究[13]纳入8442名NYHA II-IV级的HFrEF患者，结果显示与依那普利相比，ANRI使心血管死亡风险降低20%，心衰住院风险降低21%，全因死亡风险降低16%，而与依那普利相比在引起咳嗽、高钾血症等不良反应及肾功能损伤方面ANRI表现的则更优秀。

 

　　TRANSITION研究[14]结果表明ADHF患者在血流动力学稳定后尽早起始应用ANRI治疗耐受性良好，且该研究增加了新发心衰患者及未使用ACEI/ARB的患者起始使用ANRI的询证学依据。

 

　　PIONEER-HF研究[15]是一项关于院内起始ANRI的前瞻、多中心、随机双盲试验，研究纳入因ADHF住院的881例心衰患者，在血流动力学稳定后，被随机分配接受ANRI或依那普利治疗。12周研究结果显示，与基线水平比较，院内起始依那普利患者在第8周替换为ANRI后，NT-proBNP水平显著下降35.8%；而院内起始ANRI组较依那普利组降低幅度更大。对12周的死亡、心衰再住院、植入左心室辅助装置的严重复合终点事件比较，院内起始ANRI组较院内起始依那普利替换组临床事件发生率更低，比院内起始依那普利组风险降低33%。这一结果支持血流动力学稳定的急性失代偿性心衰患者在院内尽早开始使用ANRI。

 

　　PARAGON-HF[16]研究纳入4822名年龄≥50岁，NYHA II-IV级的HFpEF患者，结果显示在射血分数≥45％的心衰患者中，与缬沙坦相比，ANRI并未明显改善因心衰住院和心血管原因死亡的发生率；但亚组分析结果显示出在女性和EF较低≤中位数（≤57%） HFpEF患者中使用ANRI可以取得更多的临床获益。与男性相比，女性接受ANRI治疗主要终点发生率更低，这一降低主要来自总心衰住院次数；男性和女性获益有不同LVEF节点，相对于男性，在较高LVEF范围，女性有更优获益。因此，ANRI对于射血分数“中间范围”的心衰患者或者女性HFpEF患者具有潜在的临床获益。

 

　　基于新型嵌合利钠肽的Biotarget——CD-NP

 

　　在心衰药物的研发中，现已提出“设计NPs的概念”，即通过修改NP的氨基酸序列，生产嵌合NPs，使其药理和有益的生物学作用超越天然的NPs，同时尽量减少不良副作用。CD-NP就是基于这一设计原理的产物，是首个人工合成的新型嵌合钠尿肽，由含有22个氨基酸的CNP-22以及DNP的C端组成。这一组合可同时激活两个NP受体(NPR-A和-B)，实现双重受体激活的利尿利钠作用和抗纤维化作用。CD-NP在正常人类志愿者中应用的初步研究证明了CD-NP具有环鸟苷单磷酸（cGMP）激活作用，同时在不影响血压的前提下，显示出明显的利尿利钠作用[17]。随后在稳定性慢性心衰患者中的研究表明：与安慰剂相比，CD-NP显著提高了血浆CNP水平、血浆cGMP水平和尿cGMP排泄量；在静脉输注期间，血流动力学参数，包括收缩压、舒张压、平均动脉压和心率两组均无明显差异[18]。

 

CD-NP结构图

 

　　综上所述，现代心衰管理方向是朝着Biomarker-guided therapy的方向发展，随着研究的不断深入，针对利钠肽家族一定会有新的检测项目出现；围绕利钠肽的生理作用也一定会有更多药物产生。

 

　　参考文献

 

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　　18. Kawakami R， et al. Clin Pharmacol Ther， 2018 Sep;104(3):546-552.

 

　　（文中图片引用参考文献）

 

　　专家简介

 

 

　　张瑶，教授，主任医师 ，博士研究生导师，FACC。哈尔滨医科大学附属第二医院心内科副主任。

 

　　社会任职：

 

　　现任黑龙江省医学会心衰专业委员会主任委员，黑龙江省医师协会心血管病学分会副主任委员，黑龙江省医疗保健国际交流促进会心力衰竭专业委员会副主任委员，国家心血管病专家委员会心力衰竭专业委员会常务委员，黑龙江省医师学会高血压学会常务委员，中华医学会心血管病分会心力衰竭学组委员，中国医师协会心血管分会心衰学组委员，“心力衰竭国际学院”特聘导师，中国医师协会心血管内科医师分会代谢性心血管疾病专业委员会委员，中华医学会心身医学分会双心学组委员，黑龙江省医学会心血管分会常务委员，黑龙江省心脏医学学会理事，黑龙江省医师协会毕业后教育与继续教育分会常务委员，《中华地方病学杂志》编委，《中华心力衰竭和心肌病杂志（中英文）》编委，中国医疗保健国际交流促进会心脏重症专业委员会委员，中华医学会哈尔滨市医学会医疗事故鉴定专家，首届“龙江名医”，首届“强基层优秀龙江名医”。

 

　　学术成果：

 

　　2002年哈尔滨医科大学博士毕业，2006年哈尔滨医科大学博士后出站。曾于日本金泽医科大学与美国迈阿密Miller医学院研修。作为通讯或第一作者共发表SCI文章13篇。论著2本，并参与国家卫生和计划生育委员会住院医师规范化培训教材《预防医学》的编写。主持课题8项，其中包括2项国家自然基金。作为负责人，曾获黑龙江省科技成果三等奖1项，黑龙江省教育厅科技成果二等奖2项，黑龙江省医疗新技术一等奖及三等奖各1项