Сърдечно-съдови биомаркери

1. Сърдечно-съдови биомаркери Проф. д-р Ж. Георгиева, дм МУ - Варна

2. 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

3. Биомаркери

4. Рискови фактори за бъдещи съдови инциденти Women’s Health Study Lipoprotein(a) Homocysteine IL-6 TC LDL-C sICAM-1 SAA Apo B TC:HDL-C hs-CRP hs-CRP + TC:HDL-C 0 1.0 2.0 4.0 6.0 Релативен риск за бъдещи инциденти Ridker PM et al. N Engl J Med 2000;342:836-843.

5. 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.

6. 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.

7. Алгоритъм за стратификация на краткосрочния риск на пациентите с ОКС без ST-елевация въз основа на нивото на CRP

8. 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

9. 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 Cardiol2004;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 Cardiol2001;87(5):636–639, A10. 3

10. 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 amy­loid A predicts early mortality in acute coronary syn­dromes: a TIMI 11A substudy. J Am Coll Cardiol2000; 35(2):358-362.

11. 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 lev­els 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. Circu­lation 2003; 108(9):1049-1052.

12. 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 lev­els 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. Circu­lation 2003; 108(9):1049-1052.

13. 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 mol­ecules and the search for biomarkers for atheroscle­rosis. Circulation2002; 106(7):766-767. Hwang SJ, Ballantyne CM, Sharrett AR, et al. Circulat­ing adhesion molecules VCAM-1, ICAM-1, and E-se- lectin in carotid atherosclerosis and incident coronary heart disease cases: the Atherosclerosis Risk in Com­munities (ARIC) study. Circulation 1997; 96(12):4219- 4225.

14. 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

15. КБС

16. Повлияване на биомаркерите • Проучването MIRACLпоказа, 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 pro­tein, and risk for incident coronary heart disease in middle-aged men and women in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Circulation2004; 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 car­diovascular events in women. J Am Coll Cardiol2001; 38:1302-1306.

17. Маркери за миокардно клетъчно увреждане • H-FABP –сърдечен протеин свързващ мастните киселини • 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 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.

18. Комплексно взаимодействие между възпалителния отговор и прогресията на атеросклерозатаВъзпалителните 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. .

19. Патофизиология на атеросклерозата – развитие, прогресия и дестабилизация на лезиятаМного биомаркери с ясно определен патофизиологичен профил могат да бъдат използвани за оценка на активността на болестта.

20. 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 Sci2010; 878:179-190.

21. 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 стабилниплаки. • 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 Med2001;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

22. 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 Med2002; 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 fac­tor. Proc Natl Acad Sci USA 1991; 88:9267-9271.

23. 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.

24. 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%.

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

26. Потенциални маркери на исхемията

27. 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.

28. Маркери за сърдечен стрес 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. 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: Ther­apeutic 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 Cardioprotec­tive Signaling System. J Clin Invest 117, 2007; 1538­1549. Miller, A. M., Xu, D., Asquith, D. L., Denby, L., and Li, 897. Y., et al. IL-33 Reduces the Development of Athero­sclerosis. J Exp Med 205, 2008; 339-346. Chackerian, A. A., Oldham, E. R., Murphy, E. E., Schmitz, J., and andPflanz, 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 Com­plex. 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 Pre­dict Mortality and Clinical Outcome in Acute Myocar­dial Infarction. Circulation 109, 2004; 2186-2190. 901. Rehman, S. U., Mueller, T., and Januzzi, J. L., Jr. Char­acteristics of the Novel Interleukin Family Biomarker ST2 in Patients with Acute Heart Failure. 7. Am CollCardiol 52, 2008; 1458-1465.

29. НОВИ БИОМАРКЕРИКопептин • 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 Metab2008; 19:43-9. Morgenthaler NG. Copeptin: a biomarker of car­diovascular and renal function. Congest Heart , 2007, Fail 16:S37-44. Holwerda DA. A glycopeptide from the posterior lobe of pig pituitaries. I. Isolation and characteriza­tion. Eur J Biochem, 2003; 28:334-9.

30. Секреция на вазопресин и копептин в хипоталамуса

31. 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 несе 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.

32. 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.