Biomarkers in acute coronary syndromes: from the origins to the present

Full Text

Список сокращений

АСТ – аспартатаминотрансфераза

вч-cTn – высокочувствительный сердечный тропонин

вч-cTnT – высокочувствительный сердечный тропонин Т

ИМ – инфаркт миокарда

ИФА – иммуноферментный анализ

КФК – креатинфосфокиназа

ЛДГ – лактатдегидрогеназа

ОИМ – острый инфаркт миокарда

ОКС – острый коронарный синдром

cTn – тропонин

GPBВ – изофермент гликогенфосфорилазы BB

cTnI – сердечный тропонин I

cTnT – сердечный тропонин Т

TnC – тропонин С

TnI – тропонин I

TnT – тропонин T

Роль сердечных тропонинов как диагностических биомаркеров повреждения миокарда при остром коронарном синдроме (ОКС) хорошо известна. Быстрая и точная диагностика крайне важна для своевременного начала лечения. Результаты объективного обследования, данные методов визуализации и определение уровня тропонина (cTn) I или T являются краеугольными камнями диагностики при острой боли в груди. Четвертое универсальное определение инфаркта миокарда (ИМ) у пациента с клиническими признаками острой ишемии миокарда включает 99-й перцентиль сердечного тропонина как пороговое значение для установления диагноза ИМ [1]. Современные чувствительные и высокочувствительные (вч-cTn) методы определения сердечного тропонина повышают точность диагностики по сравнению с традиционными биомаркерами.

История открытия и использования сердечных биомаркеров

В 1954 г. аспартатаминотрансфераза (АСТ) стала первым биомаркером, используемым в диагностике ОКС [2]. Этот маркер широко использовался в 1960-х годах и включен в определение ИМ Всемирной организации здравоохранения [3, 4]. Однако АСТ неспецифична для поражения сердечной мышцы, и поэтому ее повышение не позволяет достаточно точно диагностировать заболевание с приемлемой специфичностью.

К 1970-м годам в практику вошли еще два биомаркера: лактатдегидрогеназа (ЛДГ) и креатинфосфокиназа (КФК), однако ни один из них также не является абсолютно специфичным для сердечной мышцы. У человека выделяют три изофермента КФК – ВВ, ММ и МВ. Изофермент MB-КФК преобладает в сердечной мышце (~22% от общего содержания КФК в миокарде по сравнению с ~1–3% в скелетных мышцах), в норме практически не обнаруживается в крови, и его уровень увеличивается при заболеваниях сердца и скелетных мышц. В 1972 г. разработан метод электрофореза для идентификации и количественного определения MB-КФК в сыворотке или плазме, а в 1976 г. создан метод радиоиммунного анализа для определения этого изофермента [5]. В результате в 1979 г. Всемирная организация здравоохранения включила в критерии диагностики острого ИМ (ОИМ) повышение или снижение активности КФК, MB-КФК, ЛДГ или АСТ [6].

Однако некоторые преаналитические или аналитические переменные (например, длительное или неправильное хранение, действие других веществ, pH и концентрации ионов, используемых в анализах) могут влиять на активность MB-КФК. Кроме того, активность MB-КФК может значительно повышаться при многих заболеваниях скелетных мышц.

В 1978 г. разработан метод обнаружения в сыворотке крови миоглобина – небольшого глобулярного белка, переносящего кислород и присутствующего в миокарде и поперечно-полосатых скелетных мышцах [7]. Он появляется в крови через 1–3 ч после начала некроза кардиомиоцитов, достигает максимального значения через 4–7 ч и возвращается к нормальным значениям через 1–1,5 дня. Из-за быстрого клиренса из крови миоглобин не может использоваться для постановки диагноза ИМ при позднем обращении за медицинской помощью.

В 1965 г. открыта новая белковая составляющая миофибриллярного аппарата сердца, впоследствии получившая название тропонина. Идентификация, очистка и характеристика тропонинов почти полностью являются заслугой профессора С. Эбаши, который продемонстрировал, что кальций индуцирует сокращение актиновых и миозиновых нитей, а также доказал существование третьего фактора (помимо миозина и актина), обеспечивающего чувствительность актомиозина к кальцию [8]. Этот фактор сначала назван «нативным тропомиозином» из-за его сходства с тропомиозином, но впоследствии оказалось, что это комплекс тропомиозина и нового типа белков, названных тропонинами.

В 1971 г. продемонстрировано, что комплекс тропонина состоит из трех компонентов, которые названы TnC, TnI и TnT в связи с их специфическими свойствами: способность связывания Са²⁺ (TnC), ингибирование активности АТФазы (TnI) и связывание тропомиозина соответственно (TnT) [9]. В последующие 10 лет многие исследовательские группы заинтересовались изучением тропонинов. Как только окончательно определили аминокислотные последовательности изоформ тропонина, появилась возможность поиска областей их функционального значения, а исследования экспрессии генов показали, что члены семейств генов TnC, TnI и TnT кодируют специфические для каждого типа мышц изоформы, в различной степени экспрессируемые в быстрых и медленных скелетных мышцах, а также в миокарде. К ним относятся быстрая скелетная и медленная скелетно-сердечная изоформы TnC, а также быстрая скелетная, медленная скелетная и сердечная изоформы как TnT, так и TnI (cTnT и cTnI). Эта высокоспецифическая экспрессия сделала возможным использование cTnI и cTnT в качестве биомаркеров повреждения миокарда [10].

В 1980-х годах несколько исследовательских групп начали изучать сердечные тропонины как возможные специфические сердечные биомаркеры. В 1987 г. обнаружено, что уровень cTnI в сыворотке повышался в течение 4–6 ч у пациентов с ИМ, достигал среднего максимального уровня 112 нг/мл (диапазон 20–550 нг/мл) через 18 ч и оставался выше нормального значения в течение 8 дней после повреждения миокарда [11]. Через 3 года разработали иммуноферментный анализ (ИФА) для количественного определения cTnI в сыворотке в концентрации 1,9 мкг/л и рабочий диапазон до 100 мкг/л; для его выполнения требовалось 3,5 ч [7]. Такой анализ cTnI показал высокую специфичность при повреждении миокарда даже при наличии сопутствующего заболевания или повреждения мышц. В течение следующих 20 лет ИФА для cTnI значительно оптимизирован, и чувствительность аналитических методик возросла почти в 100 раз (1 в сравнении с 100 нг/л).

ИФА I поколения для диагностики cTnТ разработан в 1989 г., но детектирующее антитело в этой методике являлось только на 78% кардиоспецифичным, а 20% перекрестная реактивность второго антитела приводила к ложным результатам у пациентов с массивным повреждением скелетных мышц (рабдомиолизом). Такую проблему решили в 1997 г. с появлением так называемых антител TnT II поколения: при использовании данного анализа нижняя граница обнаружения составляла <0,05 мкг/л [12].

 

Рис. 1. Хронология использования сердечных биомаркеров для диагностики ОИМ.

Fig. 1. Timeline of the cardiac biomarkers use for the diagnosis of acute myocardial infarction.

 

В 1999 г. представлен анализ тропонина Т III поколения. Разница между II и III поколениями заключается в использовании для калибровки рекомбинантного cTnT человека (III поколение) вместо бычьего cTnT (II поколение), что значительно улучшило характеристики анализа [13]. В анализе cTnT IV поколения, представленном в 2007 г., использовалось связывание фрагментов антигена (FAB) двух cTnT-специфичных мышиных моноклональных антител в сэндвич-формате (рис. 1, табл. 1).

 

Таблица 1. Характеристики биомаркеров ОИМ

Table 1. Characteristics of acute myocardial infarction biomarkers

Биомаркер	Год разработки	Молекулярная масса, кДа	Кинетика			Чувствительность в отношении некроза миоцитов	Специфичность в отношении некроза миоцитов
			начинает обнаруживаться в крови после некроза клеток, ч	время достижения максимального значения, ч	возвращение к нормальным значениям, сут
АСТ	1954	105	3–4	15–28	5	++	+
ЛДГ	1955	140	5–10	60–144	12	++	+
КФК (общая)	I960	83	3–9	10–20	3	++	+
МВ-КФК, активность	1972	83	3–8	10–20	3	++	++
Миоглобин	1978	17,8	1–3	4–7	1–1,5	+++	+
МВ-КФК, уровень	1985	83	3–12	12–18	2–3	+++	+++
cTnI	1987	23,9	3–7	10–20	10	++++	++++
cTnT	1989	37	3–8	15–120	14	++++	++++

 

Новый высокочувствительный анализ cTnT (вч-cTnT) представляет собой модификацию анализа IV поколения, который внедрен в 2010 г. [14]. В этом анализе V поколения детектирующее антитело генетически реконструировано в химерное мышино-человеческое детектирующее антитело, чтобы уменьшить чувствительность к гетерофильным антителам. Аналитическая чувствительность улучшена за счет увеличения объема образца с 15 до 50 мкл, увеличения концентрации рутения в детектирующих антителах и снижения фонового сигнала за счет оптимизации буфера. В результате аналитические характеристики анализа вч-cTnT значительно улучшены; нижняя граница определения составляла 5 нг/л, точка отсечения 99-го перцентиля – 14 нг/л, а коэффициент вариации – 10% при концентрации 13 нг/л.

В настоящее время вместо традиционных тестов cTn все чаще используются новые тесты вч-cTnT и вч-cTnI V поколения, которые позволяют обнаруживать повышение тропонина в концентрациях в 10–100 раз ниже, чем традиционные анализы. В недавнем систематическом обзоре и метаанализе продемонстрировано, что «более низкие пороговые значения» (3–5 нг/л в сравнении 14 нг/л) для однократного исходного значения Т вч-cTn заметно улучшают чувствительность при ОКС и обычно могут использоваться для исключения ОКС у пациентов, госпитализированных более чем через 3 ч после появления симптомов [15]. Таким образом, вч-cTn способствует более раннему исключению ОКС, сокращению продолжительности пребывания в отделении неотложной помощи и своевременному назначению лечения. Однако высокая чувствительность этих анализов может привести к увеличению числа пациентов с повышенным уровнем вч-cTn без ИМ, которым потребуется госпитализация для дальнейшего обследования.

Предложено шесть механизмов для объяснения появления тропонина в крови: естественный жизненный цикл клеток, некроз миокарда, апоптоз, протеолитическая фрагментация, повышение проницаемости клеточных мембран и мембранные пузырьки. Вопрос о том, может ли ишемия миокарда вызывать повышение cTn при отсутствии некроза миоцитов, остается спорным [16], так как результаты исследований противоречивы. Считается, что повышенная нагрузка на миокард также может вызывать повышение cTn. Согласно опубликованным данным почти у 13% пациентов с повышением уровня вч-cTn и болью в груди в конечном итоге не выявлено ИМ [17]. Так, вч-cTn может быть повышен у пациентов с различными сердечными и некоронарными сердечно-сосудистыми заболеваниями, включая хроническую болезнь почек (рис. 2) [18], поэтому для повышения диагностической точности рекомендуется многократное измерение вч-cTn.

 

Рис. 2. Вч-сTnT как количественный маркер. Чем ниже уровень вч-сTnT, тем выше прогностическая ценность отрицательного результата (NPV) наличия ОИМ. Чем выше уровень вч-сTnT, тем выше прогностическая ценность положительного результата (PPV) наличия ОИМ [18]. 
Примечание. ХСН – хроническая сердечная недостаточность, ГЛЖ – гипертрофия левого желудочка, ТЭЛА – тромбоэмболия легочной артерии.

Fig. 2. Hs-сTnT as a quantitative marker. The lower the level of hs-cTn, the higher the negative predictive value (NPV) for the presence of AMI. The higher the level of hs-cTn, the higher the positive predictive value (PPV) for the presence of AMI. Levels just above the 99th percentile have a low PPV for AMI [18].

 

В последние годы большое количество исследований посвящено изучению диагностической и прогностической ценности микроРНК как маркеров ИМ [19]. МикроРНК представляют собой эндогенные небольшие рибонуклеотиды, участвующие в регуляции процесса синтеза белка из аминокислот на базе матричной РНК. Так, установлено, что подъем микроРНК-208a определяется через 1–4 ч от начала ангинозного приступа, когда уровень тропонина I не успевал измениться [20]. Х. Wang и соавт. в своих недавних исследованиях доказали, что чувствительность микроРНК-499 для диагностики ИМ составила 86%, специфичность – 98% [21].

В настоящее время благодаря достижениям молекулярной биологии открыто огромное количество тканевых белков, часть из которых обладает определенным потенциалом для ранней диагностики ИМ.

Так, белки S100A8 и S100A9 являются важными белками семейства S100. S100A8 и S100A9 образуют нековалентно связанные полимеры (S100A8/A9), также известные как кальпротектин. Нейтрофилы и макрофаги, инфильтрирующие инфарктированный миокард, являются одними из основных источников повышения концентрации S100A8/A9. По результатам исследования S. Shi и соавт. выявлено повышение в сыворотке крови уровня S100A8/A9 у пациентов с ИМ, и наиболее выраженно у пациентов с разрывом сердца [22]. В исследовании Y. Li и соавт. проанализированы 210 пациентов с ОКС с подъемом сегмента ST, которым выполнено чрескожное коронарное вмешательство в течение 24 ч [23]. Пациенты с повышенным уровнем S100A8/A9 в сыворотке крови через 1 день после чрескожного коронарного вмешательства более подвержены серьезным неблагоприятным сердечно-сосудистым событиям (MACEs), включая кардиогенный шок, сердечную недостаточность и сердечно-сосудистую смерть [23].

Среди «новых сердечных маркеров», обсуждаемых для использования при ранней диагностики ИМ, также можно выделить изофермент гликогенфосфорилазы BB (GPBВ). Данный фермент участвует в регуляции углеводного обмена, присутствует в значительном количестве в сердце и головном мозге человека. Физиологическая роль GPBB заключается в обеспечении глюкозой перечисленных тканей в условиях повышенной потребности в глюкозе, таких как гипоксия и гипогликемия, или в создании энергии для сокращения мышц. Так, в исследование N. Singh и соавт. включены 100 пациентов с ИМ [24]. Чувствительность и специфичность GPBB оказались выше, чем КK-MB и миоглобина, у пациентов с ИМ в течение 4 ч после появления боли в груди, что может говорить об использовании GPBB в качестве дополнительного биомаркера для ранней диагностики ИМ.

Относительно долгая история лабораторной диагностики ИМ отмечена многими вехами (см. табл. 1). Более чем через 60 лет исследований мы подошли к моменту, когда ИФА для вч-cTn следует считать «лучшим из существующих». Однако с учетом продолжающихся технологических достижений и накопления информации о патофизиологии ишемии миокарда представляется преждевременным делать вывод, что Tn также будет «лучшим из когда-либо существовавших». Многие вопросы все еще остаются без ответа, в основном относительно оптимальных значений и времени взятия образцов крови. Вероятно, дальнейшие исследования помогут уточнить клиническое использование вч-cTn при повреждении миокарда. В свою очередь различный уровень экспрессии таких молекул, как микроРНК, S100A8/A9, GPBB, позволяет рассматривать их в качестве потенциальных маркеров для ранней диагностики ИМ, однако целесообразность использований данных биомаркеров-кандидатов требует дополнительного изучения.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

About the authors

Elena A. Okisheva

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: e.okisheva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2977-7203

ассистент каф. факультетской терапии №1

Russian Federation, Moscow

Olga Iu. Trushina

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: e.okisheva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5820-1759

доктор медицинских наук, профессор каф. факультетской терапии №1

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files