《International Journal of Molecular Sciences》：Predictive Biomarkers for Coronary Collateral Circulation Development After Myocardial Infarction
Andrei Constantinescu,
Miruna Mihaela Micheu,
Elisa Anamaria Liehn and
Alexandru Scafa Udri?te
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本文系统综述了心肌梗死（MI）后冠状动脉侧支循环（CCC）发展——即侧支动脉成熟（arteriogenesis）过程的预测性生物标志物。文章探讨了流体剪切力（FSS）等启动因素、内皮细胞（EC）响应、细胞因子（如VEGF、TGF-β、MCP-1）和微小RNA（microRNA）等关键分子在CCC形成中的作用，并特别指出，由于动脉生成与一般血管生成（angiogenesis）共享许多分子，区分两者是挑战。作者提出，结合早期MI诊断标志物（如miR-21、miR-30a）与早期动脉生成标志物（如miR-155、MCP-1、Adropin）组成混合生物标志物面板，有望在MI早期无创评估CCC发育水平，从而指导最佳治疗策略。
引言
心血管疾病（CVDs）是全球主要的致病和致死原因，其中缺血性心脏病最为普遍。心肌梗死（MI）是冠状动脉疾病（CAD）最严重的临床表现，在年轻成年人中也呈上升趋势。在MI早期，若存在功能性的冠状动脉侧支循环（CCC），平均血压可调节闭塞动脉远端的压力。因此，在急性心肌梗死（AMI）期间使用降压药物时，快速降低全身血压可能损害侧支血管的募集并加剧心肌缺血，评估CCC的发育水平至关重要。CCC最初通过血管生成（angiogenesis）形成原始的毛细血管网络，之后侧支动脉开放并开始动脉生成（arteriogenesis）过程，成熟为功能性的动脉。尽管已有一些众所周知的MI和血管生成的生物化学和分子标志物，但我们需要将这些与动脉生成的生物标志物关联起来，以全面评估MI后CCC的发育水平。本综述旨在总结一些可能揭示冠状动脉侧支动脉生成过程的重要生物标志物，以期识别可在MI事件后动脉生成早期过程中检测到的特异性标志物，从而快速确定最佳治疗策略。
细胞与分子响应
动脉生成是CCC发展的主要机制。初始步骤是内皮细胞（EC）对升高的流体剪切力（FSS）的检测。FSS通过整合素-黏着斑激酶（FAK）等通路传导信号，导致内皮细胞激活、炎症细胞积聚以及多种趋化因子和生长因子的激活，从而促进EC和平滑肌细胞（SMC）的增殖。在此过程中，VEGF是血管生成和动脉生成的主要驱动力，它通过与VEGF-R2等受体相互作用，激活如FAK、DAG/PKC/ERK1/2、IP3和p38/MAPK等信号通路。此外，单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）、细胞间黏附分子-1（ICAM-1）和转化生长因子β（TGF-β）等分子在单核细胞趋化、黏附和分化成促血管生成的M2型巨噬细胞中起关键作用，后者促进SMC的生长和分化。其他重要因子包括碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）产生的一氧化氮（NO）以及早期生长反应因子1（Egr-1）。AMP激活的蛋白激酶（AMPK）是能量稳态的主要调节因子，也在巨噬细胞中通过磷酸化IKKα和激活NF-κB来调节动脉生成，而NF-κB是TGF-β的转录因子。
生物标志物
本节主要基于临床证据，回顾了与MI后冠状动脉侧支动脉发展相关的一些早期生物标志物。
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细胞因子与生长因子：
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MCP-1、TGF-β、bFGF和巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）在侧支血管样本中浓度较高，而干细胞因子（SCF）和干细胞生长因子-β（SCGF-β）则显著下调。在成功进行经皮冠状动脉介入治疗（PCI）的慢性完全闭塞（CTO）患者中，bFGF的持续释放与闭塞持续时间和侧支功能相关，而FSS与MCP-1、TGF-β、胎盘生长因子（PIGF）的释放以及糖尿病的存在相关。
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血管内皮生长因子（VEGF）水平与II型糖尿病、高血压及侧支评分（Rentrop分级）显著相关。生长分化因子15（GDF-15，TGF-β超家族成员）水平与Rentrop分级呈正相关，提示其可能随侧支形成程度增加而升高。
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在CCC发育良好的AMI患者早期，MCP-1水平显著升高。基质细胞衍生因子1（SDF-1/CXCL12）和IP-10（CXCL10）的表达与冠状动脉狭窄和闭塞的严重程度相关。
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血管生成素1（Ang-1）和钙卫蛋白（calprotectin）水平低，而血管生成素2（Ang-2）水平高，与CCC发育良好相关。Adropin水平与慢性冠状动脉综合征（CCS）患者的良好CCC发育呈正相关。
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在右冠状动脉闭塞的亚急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）患者中，多聚蛋白2（MMR-2）的高表达与良好的CCC发育显著相关。胆红素和铁（Fe）与血红素加氧酶1（HO-1）的活性相关，也被认为是侧支血流良好的标志物。
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微小RNA（microRNAs）：
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在侧支网络发育不足的患者中，miR-423-5p、miR-10b、miR-30d和miR-126的水平显著升高，可能作为侧支能力低的CTO患者的生物标志物。其中，miR-126在AMI发病后4小时即显著降低。
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miR-155表达在CCC差的患者中更高，与VCAM-1相关。miR-155由巨噬细胞分泌并包装在外泌体中，在心脏损伤期间抑制成纤维细胞增殖并促进炎症。
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在侧支能力差的患者中，受刺激的单核细胞内miR-339-5p表达较低。miR-339-5p可能通过NOD样受体家族CARD结构域包含5（NLRC5）参与心室重构。
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miR-210的血浆水平与CCC发育呈正相关。miR-210在慢性缺氧条件下被HIFs上调，并通过抑制APT2A2等靶点发挥作用。
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miR-21和miR-26a与高侧支血流指数（CFI）和良好CCC呈正相关。miR-21通过PDCD4/AP-1抑制细胞凋亡，并通过PTEN/Akt信号传导和刺激VEGF表达促进血管生成。miR-26a通过激活GSK-3β信号通路抑制心肌细胞凋亡，并通过靶向PTEN（经JAK/STAT通路）和调节内皮细胞骨形态发生蛋白（BMP）/SMAD1信号来调节血管生成。miR-146a的高表达与良好CCC呈正相关，其通过靶向S100A12在炎症反应中起作用。
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miR-329、miR-494和miR-495在CCC良好组中的表达低于CCC差组。miR-329通过靶向内皮细胞标志物CD146来抑制血管生成。miR-494和miR-495分别通过靶向SIRT1/PI3K/Akt/mTOR通路和Tenascin-C等参与调节。
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miR-503通过抑制VEGF-A发挥抗血管生成作用，与VEGF-A和Rentrop分级（良好CCC）呈负相关。
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心肌梗死患者血浆中miR-181a水平升高，可能在AMI症状出现后6小时升高，24小时达到峰值。miR-181c水平可能预测严重的糖尿病大血管并发症，通过直接或间接靶点如HIF1-α和VEGF-A损害血管生成。
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循环miR-379在AMI患者血浆中表达降低，与心肌梗死呈负相关。体内研究表明，miR-143表达由TGF-β通过血清反应因子（SRF）和心肌蛋白在SMCs中诱导，并在侧支生长期间通过下调Col5a2表达直接影响细胞外基质。
讨论与结论
尽管有大量分子参与CCC的动脉生成性发展，但许多也参与MI后的分子事件，尤其是在早期阶段。这给识别一组明确的、用于指示CCC发育良好的生物标志物带来了挑战。此外，需要更清晰地区分血管生成（毛细血管出芽）和动脉生成（侧支成熟）。一个由多种蛋白质和分子生物标志物组成的面板可以更清晰地揭示MI后患者是否存在动脉生成过程。这样的面板可以包含特定组合的阳性和阴性标志物。
一些标志物显示出潜力，例如阳性标志物Adropin、sCD93（作为MMR-2的潜在配体）、GDF-15（TGF-β超家族成员）、Ang-2以及高表达的miR-210，结合低表达的miR-329、miR-494和miR-495；以及阴性标志物如Ang-1、钙卫蛋白和高表达的miR-10b、miR-30d、miR-126和miR-423-5p。Nrf2/HO-1抗氧化系统的重要性也不容忽视。HO-1可能参与动脉生成的启动（促炎作用）和动脉发育完成后炎症的终止（抗炎作用），使其成为有前景的生物标志物，但其他病理并发症可能影响其表达。
一些microRNAs已被确定为心肌梗死生物标志物，检测时间在6至24小时之间，例如miR-30a、miR-195、miR-122-5p和miR-181a。然而，这些标志物仅与AMI相关，未与CCC发育关联。相比之下，miR-155与CCC发育相关，报道检测时间为48小时。因此，将动脉生成早期标志物提供的CCC发育信息添加到早期MI标志物的诊断价值中，将提高诊断的精确性。
作为旁分泌信号在微颗粒和外泌体等细胞外囊泡中携带的microRNAs，可以为了解心肌梗死后冠状动脉侧支动脉生成过程中发生的细胞和分子过程提供见解。从临床角度来看，在心肌梗死后尽快建立一个明确的、早期产生的microRNAs分子表型谱，以快速评估侧支冠状动脉的发育水平，是非常重要的。
因此，作者提出使用一个混合生物标志物面板，由早期心肌梗死标志物和与动脉生成过程相关的早期标志物组成，并与病理学和CCC发育相关的细胞因子和生长因子相关联进行验证。例如，该面板可由几个早期MI标志物（如miR-21、miR-30a、miR-122-5p、miR-181a）组成，然后是CCC相关标志物（如miR-26a、miR-210、miR-146a、miR-155），最后是可直接与动脉生成过程相关的标志物（如miR-143和miR-379）。这个面板将与心肌梗死标志物如心肌肌钙蛋白T（cTnI）以及CCC发育良好和/或动脉生成相关的标志物（如MCP-1、TGF-β、Ang1、Adropin或MMR-2）相关联。
总之，建立一个与动脉生成（作为CCC发展的主要机制）相关的、包含阳性和阴性标志物的、可尽早以非侵入性方式检测的明确生物标志物面板，对于更好地设计可能的治疗策略至关重要。这些数据将提供一个具有临床重要性的早期标志物面板，可预测CCC发育水平，并在心肌梗死后不久以相对较低的成本进行无创评估。
