Diagnostic value of determination of galectin-3 - the new biomarker of the chronic heart failure

Abstract

The reviewsummarizes the results of clinical trials in which galectin-3 was assessed as biomarker of heart failure. In addition, most relevant information on galectin-3 received in in vitro and in vivo research is given with respect of heart failure.

Full Text

В настоящее время большой интерес представ- ляет изучение новых биологических маркеров хронической сердечной недостаточности (ХСН), которые могут служить полезным инструмен- том мониторинга эффективности фармакотерапии (персонализированной медицины), ранней диагно- стики заболевания, прогноза его клинических исхо- дов и играть важную роль в стратификации риска па- циентов. На сегодняшний день в клиническую прак- тику введен лишь один биомаркер ХСН - мозговой натрийуретический пептид (BNP). Последний выде- ляется кардиомиоцитами желудочков в виде прогор- мона и уже в кровотоке расщепляется на С-фрагмент (собственно BNP) и неактивный N-фрагмент (N-кон- цевой фрагмент предшественника BNP, или NT-proBNP) в соотношении 1:1 [3, 4]. Определение уровня BNP и NT-ProBNP используется при скринин- ге бессимптомной дисфункции желудочков сердца, для определения диагноза и прогноза ХСН, для оцен- ки эффективности терапии. Однако уровень BNP и NT-proBNP обладает достаточно большим межинди- видуальным разбросом значений и зависит от пола (у женщин содержание выше, чем у мужчин), возрас- та (содержание выше у пожилых), массы тела (при повышении массы тела уменьшается уровень гормо- на), наличия в анамнезе почечной недостаточности и мерцательной аритмии (содержание гормонов при этом возрастает) [4, 5]. В связи с этим представляется актуальным поиск новых биомаркеров ХСН, способных возместить эти недостатки. Галектин-3, также известный как Mac-2, CBP-35, L29, принадлежит к семейству b-галактозидсвязы- вающих протеинов. Благодаря наличию в своей структуре коллагеноподобного домена галектин связывается с широким спектром протеинов экстрацел- люлярного матрикса, таких как тенасцин, фибронек- тин и ламинин. Галектин-3 экспрессируется многими клетками, включая нейтрофилы, макрофаги, лабро- циты, фибробласты и остеокласты [6]. Галектин-3 обнаружен в легких, желудке, кишечнике, матке и яичниках [6, 7]. Для галектина-3 характерны многочисленные аутокринные и паракринные свойства. Он ответстве- нен за активацию нейтрофилов, лаброцитов и T-кле- ток, регуляцию клеток адгезии, запуск апоптоза и ан- гиогенеза. В зависимости от типа клеток и баланса между экстрацеллюлярным и интрацеллюлярным содержанием галектин-3 способен как ингибиро- вать, так и индуцировать рост и дифференциацию клеток [8]. Помимо аутокринных и паракринных свойств, га- лектин-3 также играет важную роль в защите орга- низма от патогенов. Галектин-3 усиливает провоспа- лительные сигналы, обладая хемотаксическими свойствами по отношению к макрофагам и моноци- там, индуцирует адгезию нейтрофилов и релиз про- воспалительных факторов лейкоцитов и лаброци- тов, участвует в фагоцитозе нейтрофилов макрофа- гами [9]. Галектин-3 практически не обнаруживается в кар- диомиоцитах, тогда как фибробласты миокарда экспрессируют его высокие уровни [10]. В недавних исследованиях B.Schroen и соавт. идентифицирова- ли выраженную экспрессию и так называемую up- regulation галектина-3 мРНК у крыс с моделью арте- риальной гипертензии [11]. В последующих иссле- дованиях B.Schroen и соавт. обнаружили повышен- ный уровень миокардиального галектина-3 у животных с прогрессирующей сердечной недостаточ- ностью (СН). Ученые также отмечали депозицию коллагена и ремоделирования миокарда в ответ на инфузию галектина-3 в полость перикарда [10]. Профибротический эффект галектина-3 был также выявлен при фиброзе печени, при дифференциа- ции миофибробластов, а также в моделях крыс, по- лучавших натуральный антифибротический пептид N-ацетил-серил-аспартил-лизил-пролин [12, 13]. В дополнение к сказанному последние исследова- ния иллюстрируют роль галектина-3 в качестве ме- диатора альдостерониндуцированного васкулярно- го фиброза [14]. Исследователями было показано дозозависимое нарастание экспрессии протеина галектина-3 в культуре гладкомышечных клеток со- судов (ГМКС) крыс в ответ на введение альдостеро- на в течение 24 ч, а гиперэкспрессия галектина-3 в свою очередь в 1,6 раза повышала степень депози- ции коллагена 1-го типа в ГМКС крыс. Позже приве- денные in vitro данные были подтверждены автора- ми с помощью выявления повышенной экспрессии аортального галектина-3 и коллагена 1-го типа у ди- ких мышей в ответ на альдостерон, тогда как у мы- шей с инактивированным геном галектина-3 подоб- ные изменения не наблюдались [14]. Таким образом, данные экспериментальных иссле- дований, полученные с помощью применения раз- ных моделей сердечно-сосудистых заболеваний, свидетельствуют о возможной биомаркерной функ- ции галектина-3, являющегося индуктором фиброза и ремоделирования миокарда [15]. В последние годы опубликовано значительное чис- ло клинических исследований, посвященных оценке галектина-3 как биомаркера сердечно-сосудистых заболеваний. Данные исследования подразделяются на 4 группы: определяющие диагностическую ценность плаз- менной/сывороточной концентрации лектина; изучающие стратификацию риска с целью на- значения адекватной терапии; мониторирующие ответ на назначенную тера- пию; прогнозирующие коротко- и долгосрочную за- болеваемость и смертность. Диагностическая ценность галектина-3 В 2006 г. группой исследователей под руковод- ством R.van Kimmenade проведено исследование по изучению диагностической роли нового биомаркера галектина-3 у пациентов с острой СН. В исследова- ние были включены 599 пациентов с одышкой и дру- гими симптомами СН. У всех пациентов определялся уровень галектина-3 и NT-proBNP в плазме крови. В результате исследования было показано отсутствие корреляции уровня галектина-3 с тяжестью состоя- ния пациента по классификации The New York Heart Association (NYHA). Галектин-3 характеризовался бо- лее низкой диагностической специфичностью и чув- ствительностью для диагностики СН в сравнении с NT-proBNP [анализ характеристических receiver ope- rating characteristic (ROC)-кривых NT-proBNP и Gal-3: 0.94, p<0,0001, и 0,72, p<0,0001 соответственно]. Более того, не отмечалось статистически значимой разницы между медианами концентраций галекти- на-3 у пациентов с СН ишемического и неишемиче- ского генеза, а также систолического и несистоличе- ского происхождения [16]. Представляет интерес исследование Ю.В.Дубола- зовой, включившее 60 пациентов с СН с сохранной (СН-СФВ) и сниженной фракцией выброса (ФВ), согласно результатам которого уровень галектина-3 в сыворотке крови у больных с СН-СФВ достоверно превышал таковой у пациентов с СН со сниженной ФВ и имел достоверную корреляцию с ФВ левого желудочка - ЛЖ (р<0,05), что, возможно, свидетель- ствует о более выраженном фиброзе миокарда у больных с СН-СФВ, приводящем к прогрессирова- нию диастолической дисфункции. Автор постули- рует целесообразность однократного определения уровня галектина-3, а совместное определение уровня NT-proBNP и галектина-3 в сыворотке крови помогает установить тип СН, уточнить тяжесть ее течения, оценить эффективность проводимой тера- пии, прогноз больного и риск развития у него не- благоприятного исхода [17]. Стратификация риска В недавнем исследовании плазменные концент- рации галектина-3 были определены у лиц с ХСН в субпопуляции пациентов исследования Controlled Rosuvastatin Multinational Trialin Heart Failure - CORONA [18]. Целью данного исследования являлась оценка эффективности применения розувастатина у пациентов с систолической СН ишемического генеза с низким уровнем галектина-3 плазмы крови. Плаз- менная концентрация галектина-3 определялась у 1492 пациентов, у 411 из которых в течение 33 мес наблюдения были зафиксированы случаи нефаталь- ного инсульта, инфаркта миокарда или смерти от сердечно-сосудистых причин. Несмотря на то, что терапия розувастатином в целом не снижала частоту первичных конечных точек, у пациентов с уровнем галектина-3 плазмы крови ниже или равным средне- му отмечалось снижение частоты событий на 30,4% в сравнении с пациентами той же группы, получавши- ми плацебо (p=0,019) [19]. Интересно отметить, что у пациентов с уровнем галектина-3 ниже или равным среднему NT-proBNP<102,7 пмоль/л, получавших ро- зувастатин, наблюдалась значительно более низкая частота сердечно-сосудистых событий (относитель- ный риск 0,33, доверительный интервал 0,16-0,67; p=0,002). И наоборот, у пациентов с плазменной кон- центрацией галектина-3 выше среднего уровня тера- пия розувастатином была менее эффективна [18]. В субисследовании, включившем около 30% паци- ентов, принявших участие в крупном исследовании Valsartan Heart Failure Trial (Val-HeFT), эффективность терапии валсартаном оценивалась у пациентов как с низким, так и высоким уровнем галектина-3 плазмы крови [20, 21]. У пациентов с низким уровнем галек- тина-3 валсартан, подобно розувастатину, способ- ствовал значительному снижению частоты госпита- лизаций по поводу ХСН, тогда как у пациентов с вы- соким уровнем галектина-3 терапия валсартаном бы- ла неэффективна. Несмотря на то что данные, полученные в резуль- тате исследований CORONA и Val-HeFT, крайне важны для дальнейшего понимания роли галекти- на-3 как биомаркера сердечно-сосудистых заболе- ваний, они до сих пор не нашли своего примене- ния в клинической практике. В связи с этим пред- ставляется необходимым проведение дополнитель- ных исследований, целью которых будет являться как оценка влияния фармакотерапии на уровень га- лектина-3 плазмы крови, так и ценность этого про- теина для стратификации риска и прогнозирова- ния клинических исходов сердечно-сосудистых за- болеваний. Мониторинг эффективности терапии Не менее важной является оценка влияния прово- димой фармакотерапии на уровень галектина-3 как биомаркера сердечно-сосудистых заболеваний. К со- жалению, в большинстве опубликованных исследо- ваний определяли только лишь исходный уровень галектина-3. Однако способность галектина-3 про- гнозировать эффективность фармакотерапии изуча- лась у пациентов с терминальной стадией ХСН, под- держивавшихся с помощью аппарата вспомогатель- ного кровообращения [22]. Замеры уровня галекти- на-3 плазмы крови производились у 55 пациентов с терминальной стадией ХСН до и после имплантации искусственного ЛЖ, искусственного сердца или трансплантации сердца, затем сравнивались с уров- нями галектина-3 плазмы здоровых добровольцев (средний 4,07 нг/мл). Уровень галектина-3 был значительно повышен у пациентов с ХСН (средний 11 нг/мл). Несмотря на большое количество экспе- риментальных данных, свидетельствующих о во- влечении галектина-3 в процессы фиброза, механи- ческая разгрузка сердца (n=40) либо замена пора- женных желудочков (n=15) не приводила к сниже- нию его плазменного уровня [10, 12, 13, 22]. У умер- ших от полиорганной недостаточности больных плазменная концентрация галектина-3 была досто- верно выше, чем у выживших и перенесших в даль- нейшем трансплантацию сердца. Эти данные были недавно подтверждены этой же группой исследова- телей в более крупной когорте пациентов (n=151), также нуждавшихся в искусственной поддержке кро- вообращения [23]. Целью исследования Cardiac Resynchronizationin Heart Failure (CARE-HF) явилось изучение подвержен- ности уровня галектина-3 плазмы крови сердечной ресинхронизирующей терапии. В исследование бы- ли включены 260 пациентов с ХСН NYHA III-IV функ- ционального класса (ФК), период наблюдения соста- вил 18 мес. Несмотря на положительную динамику клинического состояния пациентов в ответ на ре- синхронизирующую терапию, значительного изме- нения уровней галектина-3 плазмы крови отмечено не было, в то время как уровни NT-proBNP отражали позитивный эффект проводимой терапии [24]/ Наблюдения о неспособности галектина-3 отра- жать эффект проводимой терапии были недавно подтверждены результатами исследования Deventer- Alkmaar heart failure (DEAL-HF) [25]. В исследование были включены 182 пациента с ХСН NYHA III-IV ФК. Корреляции между динамикой уровня галектина-3 плазмы крови в течение периода наблюдения 12 мес (замеры производились через 3 и 12 мес), динамикой конечного диастолического объема ЛЖ и параметра- ми ремоделирования ЛЖ отмечено не было. Таким образом, согласно результатам перечислен- ных наблюдений, мы можем сделать заключение о том, что в настоящее время нет доказательств, под- тверждающих ценность галектина-3 плазмы или сы- воротки крови в качестве инструмента, позволяюще- го мониторировать эффективность терапии. Галектин-3: прогностическая роль Краткосрочная прогностическая ценность галек- тина-3 изучалась в исследовании PRIDE с участием 209 пациентов с острой одышкой, поступивших в от- деление реанимации [18]. Уровни галектина-3 плаз- мы крови пациентов с острой СН были изначально высокими. В течение 60-дневного периода наблюде- ния рецидив острой СН отмечался у 29%, а 8% умерли. AUC ROC-кривой 60-дневной смертности и рецидива острой СН для галектина-3 равнялась 0,74 (p<0,0001) в сравнении с 0,67 (p<0,009) для NT-proBNP. Основы- ваясь на этих данных, исследователями был опреде- лен прогностический показатель 60-дневной смерт- ности для галектина-3, равный 9,42 нг/мл (чувстви- тельность 75%, специфичность 56%). Общая частота смертности и рецидивов острой СН была наиболее высокой у пациентов с комбинацией высоких уров- ней как галектина-3, так и NT-proBNP [18]. Таким об- разом, хотя диагностическая ценность NT-proBNP для СН превышала таковую у галектина-3, последний являлся более мощным предиктором краткосрочной смертности. В исследовании CARE-HF оценивалось влияние га- лектина-3 на средний по сроку прогноз пациентов с ХСН III-IV ФК по NYHA с признаками систолической дисфункции ЛЖ и диссинхронией миокарда, опреде- лявшихся при эхокардиографическом исследова- нии. Уровень галектина-3 плазмы крови определялся в начале и через 3 и 18 мес наблюдения. Согласно ре- зультатам исследования начальный уровень галекти- на-3 находился в прямой корреляции с показателями смертности и госпитализации по причине ХСН. Уро- вень галектина-3 плазмы крови более 30 нг/мл повы- шал риск наступления конечных точек (смертности и госпитализации по причине ХСН) в 2,05 раза (от- ношение шансов) [24]. Целью анализа в подгруппе исследования Heart Fai- lure: A Controlled Trial Investigating Outcomesof Exerci- se Trai Ning (HF-ACTION) явилось выявление корре- ляции между исходным уровнем галектина-3 плазмы и общей смертностью и госпитализацией больных с ХСН с ФВ<35% [26]. Повышенная плазменная кон- центрация галектина-3 ассоциировалась с более вы- соким ФК по NYHA, повышенным креатинином плаз- мы, низким максимальным уровнем потребления кислорода и более низким систолическим артери- альным давлением. Представляет интерес отсутствие значимой корреляции между уровнями NT-proBNP и галектина-3 плазмы в данном исследовании. При группировке пациентов в соответствии с уровнем каждого из биомаркеров дискордантность между уровнями галектина-3 и NT-proBNP отмечалась у 36% пациентов (292/815). Однако риск наступления ко- нечных точек прогрессировал в следующей последо- вательности: низкий NT-proBNP/высокий галектин- 3, высокий NT-proBNP/низкий галектин-3 и высокий NT-proBNP/высокий галектин-3 [26]. Прогностическая ценность галектина-3 была про- анализирована в недавно опубликованном исследо- вании DEAL-HF, включившем 232 пациента с ХСН NY- HA III-IV ФК [27]. В течение периода наблюдения, со- ставлявшего 6,5 года, 42% пациентов умерли. При- близительно у 50% пациентов уровни галектина-3 были выше верхней границы нормы - 17,7 нг/мл. Плазменные концентрации галектина-3 значительно коррелировали с возрастом и уровнем NT-proBNP, тогда как зависимости между показателями ФВ, гене- за СН и уровнем галектина-3 обнаружено не было. Результат анализа ROC-кривой галектина-3 по смерт- ности составил AUC 0,612 (p=0,004), что было сравнимо с показателем NT-proBNP (AUC=0,611). Даже после поправки по ковариантам возраста, пола, скорости клубочковой фильтрации и NT-proBNP га- лектин-3 оставался наиболее мощным предиктором смертности [27]. Результаты более длительного периода наблюде- ния пациентов в DEAL-HF8,7±1 год, подтвердили и расширили понимание первичных результатов ис- следования [25]. Анализ кривых Каплана-Мейера вы- явил прямую зависимость уровня галектина-3 плаз- мы и показателя смертности в течение всего периода наблюдения. Замеры уровня галектина-3 плазмы производились в начале, через 3 и 6 мес. При лонги- тюдинальном измерении галектина-3 плазмы крови исследователями было обнаружено отсутствие зави- симости между динамикой уровней галектина-3, по- казателями выживаемости и конечного диастоличе- ского объема ЛЖ. Необходимо отметить, что плаз- менная концентрация галектина-3 в значительной степени ассоциировалась с почечной дисфункцией, часто сопровождающей ХСН. Эти данные полностью соответствуют результатам недавнего исследования G.Erkilet и соавт. [28], а также результатам исследова- ния COACH [29], подтверждающих тот факт, что га- лектин-3 является не только кардиоспецифичным биомаркером. Исходя из того, что прогностическая мощность этого биомаркера может быть обусловле- на почечной дисфункцией, любые заключения, осно- вывающиеся на плазменных уровнях галектина-3, должны всегда рассматриваться в контексте комор- бидных состояний. Несмотря на то, что авторы DEAL-HF постулируют, что галектин-3 может потен- циально использоваться в качестве биомаркера у па- циентов с ХСН, группа не приводит четких рекомен- даций его применения в клинической практике [27]. В опубликованных недавно результатах исследова- ния R.Shah и соавт., включившего 115 пациентов с острой декомпенсированной СН - субпопуляции ис- следования PRIDE, галектин-3 явился мощным пре- диктором четырехлетней смертности в мультивари- антном анализе, включавшем показатели эхокардио- графии. Относительный риск для пациентов с уров- нем галектина-3 плазмы выше 14,97 нг/мл равнялся 5.5 [16, 30]. Корреляция между галектином-3 и риск-фактора- ми сердечно-сосудистых заболеваний, также как и его прогностическая мощность для сердечно-сосу- дистой и общей смертности, исследовалась в круп- ной когорте исследования Preventionof Renaland Vas- cular Endstage (PREVEND) [31]. В исследование были включены 7968 субъектов из общей популяции с пе- риодом наблюдения около 10 лет. Таким образом, по числу включенных субъектов и продолжительности наблюдения данное иссследование представляется самым крупным по изучению уровней галектина-3 в настоящее время. Плазменная концентрация галек- тина-3 была оценена в начале исследования. Соглас- но полученным результатам уровни галектина-3 кор- релировали с возрастом; медиана уровней галекти- на-3 была выше у женщин; галектин-3 коррелировал с такими риск-факторами сердечно-сосудистых за- болеваний, как индекс массы тела, артериальное дав- ление, липидный спектр и функция почек (данная корреляция была более выражена среди женщин); исходный уровень галекина-3 являлся независимым предиктором общей смертности в общей популяции, но не онкологической или сердечно-сосудистой [31]. Обсуждение Новые исследования в области биомаркеров поз- воляют найти новые пути решения проблем ранней диагностики заболеваний, подбора наиболее эффек- тивной терапии (персонализированная медицина), мониторинга ответа на вмешательство, исключения пациентов, наиболее подверженных развитию неже- лательных побочных эффектов и прогнозирования исхода, как в клинических исследованиях, так и в по- вседневной клинической практике. Биомаркеры, имеющие идентичные свойства как в моделях живот- ных, так и у людей, могут служить связующим звеном между научными исследованиями и клиническими разработками. Хотя исследования, приведенные в настоящем об- зоре, являются субисследованиями более крупных исследований, в общей сложности изучение свойств галектина-3 было проведено с участием более 16 900 пациентов. Это позволяет считать галектин-3 наибо- лее изученным сердечно-сосудистым биомаркером после NT-proBNP. Однако до настоящего времени остается неясной возможность его применения в клинической практике. В то время как использова- ние биомаркеров с целью идентификации пациен- тов прочно заняло свое место в повседневной онко- логической практике, применение биомаркеров в области сердечно-сосудистых заболеваний находит- ся в состоянии раннего развития. Более того, галек- тин-3 является не только кардиоспецифическим биомаркером, но также вовлечен в развитие почеч- ной недостаточности и коррелирует со степенью ее тяжести [30]. Таким образом, значительное число исследований подтверждают возможность применения галектина- 3 в качестве биомаркера СН. Для выяснения возмож- ности его применения в повседневной клинической практике и в процессе разработки новых лекарст- венных препаратов необходимо проведение допол- нительных клинических исследований.