心型脂肪酸结合蛋白与急性心肌损伤的早期监测

作者:姜友定（综述）,徐建军（审校）作者单位：南昌大学第二附属医院心胸外科，江西 南昌 330006

       【关键词】  脂肪酸结合蛋白；心肌损伤；早期诊断

　　脂肪酸结合蛋白(fatty acid binding protein,FABP)是一组在长链脂肪酸的摄入和代谢内环境稳定中起着重要作用的蛋白家族,其心型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid binding protein,H-FABP)作为急性心肌损伤早期监测的生化标志物在近年倍受关注。本文就H-FABP及其在早期监测急性心肌梗死（acute myocardial infarction,AMI）和体外循环（extracorporeal circulation,ECC）心内直视术后心肌损伤的价值及研究进展进行综述。

　　1  FABP概述

　　1.1    FABP的一般特性  FABP是一族多源性、小分子（分子量约12～16KD）［1］、酸性（等电点4.9～5.1）、对热和酸都稳定、位于细胞内的可溶性蛋白，主要分布于哺乳动物脂肪酸代谢活跃的组织如心脏、肝脏、小肠等。根据FABP对组织器官的特异性，已发现的FABP分为心型(H-FABP)、肝型(liver-type fatty acid binding protein,L-FABP)、小肠型(intestinal-type fatty acid binding protein,I-FABP)、回肠型(ileal-type fatty acid binding protein,Il-FABP)、脂肪细胞型(adipocyte-type fatty acid binding protein,A-FABP)、肾脏型(kidney-type fatty acid binding protein,K-FABP)、骨骼肌型(muscle and heart-type fatty acid binding protein, S-FABP)、脑细胞型(brain-type fatty acid binding protein,B-FABP)、表皮型(epidermal-type fatty acid binding protein,E-FABP)、髓磷脂型(myelin-type fatty acid binding protein,M-FABP)等，其中一些类型如A、M、B只存在于一种组织，一些组织器官如肾、胃、卵巢则含多种类型［1］。H-FABP主要表达在对脂肪酸有高度需求的组织如心肌、骨骼肌,但以心肌细胞占优势，在心肌约占全部可溶性蛋白的4%～8%。正常人心肌中含H-FABP约(0.52±0.06)mg/g湿重，主要存在于心室中，心房含量较少［2］。                          　　1.2    FABP的结构特征  各FABP基因都由4个外显子和3个内含子组成。氨基酸序列有30%～70%的同源性：132个氨基酸残基组成,并有多个苏氨酸和赖氨酸,缺少半胱氨酸［3］。三级结构如图1［3］：10个反平行的β链和1个β折叠桶（由与β链顶端紧密相邻的两个短α-螺旋形成），两个α螺旋N-端由7个氨基酸组成,β链由92个氨基酸形成，分为βA～J八个片层，这些β链构成两个几乎正交的β片层：第1片层含有βA、βB、βC、βD、βE和由5个氨基酸组成的βF；第2片层是βF～βJ，βF是连接2个片层的桥梁。整个空间结构由氢键维持，βD和βE不直接通过氢键相连,而是由1条5～11埃的“缺口”把两者分开,缺口内含有侧链基团。整个分子表面有一个由α螺旋、βC、βD、βE和βF组成的“开口”结构结合脂肪酸的羧基端，结合后，通过静电网及范德华力的作用使得脂肪酸分子弯曲、构象改变而被相对固定或包埋在FABP分子内，从而限制脂肪酸分子移动。此外，该“开口”结构还与一个由Asn11、Arg26、Lys27、Asp34、Asp74等组成的离子通道相耦连,特定条件时通过该通道的调节而结合或释放脂肪酸分子［4］。

　　1.3    FABP的主要生物学功能  每一类型FABP在不同细胞内有不同的功能,不同的FABP有相同的、又有不同的功能。其主要功能是转运脂肪酸至特定的酶和细胞组织，调节细胞内脂质代谢；调控特定基因的表达，而其主要方式是通过与未酯酰化的长链脂肪酸相结合,把脂肪酸从细胞膜通过胞浆转运到细胞内氧化和酯酰化的合成位点,从而调节脂肪酸的代谢。H-FABP与进入心肌细胞内的难溶性长链脂肪酸和有机化合物——辅酶A酯(acyl-CoA)诱导体的疏水部分相结合,将它们运输到线粒体脂化和氧化的部位,经线粒体外膜上的酯酰CoA合成酶的作用,生成酯酰CoA，酯酰CoA进入线粒体参加β氧化生成ATP,为心肌收缩提供能量。此外，H-FABP还是心肌细胞肥厚的调控因子,参与心肌细胞的生长和分化。

　图1  FABP的三级结构图（略）

　　2  H-FABP与心肌损伤

　　2.1   H-FABP与AMI心肌损伤的早期监测  与传统的心肌损伤标志物肌酸激酶同工酶( MB isoenzyme of creatine kinase，CKMB)、心肌肌钙蛋白I(cardiac troponin I，cTnI)、肌红蛋白(myoglobin，MYO)等相比，心肌损伤后心肌细胞动员脂肪酸供能,致H-FABP大量增加，而H-FABP分子量又小，可迅速漏出到血液而被检测出［5］，且主要通过肾小球滤过，并常在12～24 h血H-FABP回到正常范围，故具有“速升”和“速降”和诊断时间窗相对较短（1～25 h）的特点。心肌细胞H-FABP含量较骨骼肌高, 同MYO相比，心肌中H-FABP含量约是MYO的1/5，但血中H-FABP的正常参考值却是MYO正常参考值的1/16。据此，许多研究证实：早期诊断急性心肌梗死（AMI）时，H-FABP比CKMB、MYO具有优越的时效性和敏感性［6］；比MYO更有特异性，诊断早期AMI的总敏感性，H-FABP为78%，CKMB为57%，MYO为53%［7］；诊断AMI超急性期，H-FABP的敏感性为93.1%，特异性为64.3%［8］；H-FABP诊断AMI的总敏感性，3 h内为64.29%，6 h内为84.38%［9］；诊断不稳定型心绞痛时，H-FABP的阳性诊断率为56.7%，能检测出CKMB毫无改变时的微小心肌损害［10］。还发现H-FABP可早期监测第二次AMI［7］，可鉴别各种类型的心绞痛［11］，而血液或尿液中ΣH-FABP与梗死面积还有良好的相关性［12］。AMI再灌注时，用溶栓前后H-FABP的浓度比可判断是否再通或再狭窄［13］。Komamura等［14］还表明H-FABP可直接反映扩张型心肌病的心肌损伤。Nanaka等［15］还提出H-FABP是监测急性冠脉综合征最可靠的指标。Komamura等［16］也提出H-FABP是紧急心脏事件中独立的预测指标， H-FABP>5.4ng/ml的患者比低于这种水平的患者的生存率明显降低。

　　2.2   H-FABP与ECC心内直视术后心肌损伤的早期监测  ECC时机体处于非生理状态，心肌缺血缺氧，主动脉开放后又有急性心肌缺血再灌注损伤，导致白细胞大量激活，各种酶、炎性介质、自由基大量释放，使得心肌细胞发生不可逆损害，胞膜破裂，胞浆中H-FABP漏出，快速入血并从尿中排出。H-FABP是心肌细胞胞浆中含量最丰富的蛋白质之一，正常人血浆和尿液中不含或少量含有H-FABP，故ECC心内直视术后在外周血和尿液中可检测出H-FABP的浓度变化。ECC下行冠状动脉搭桥术（coronary artery bypass grafting,CABG），Fransen等［17］发现再灌注后H-FABP升高比CKMB、MYO早4 h，其峰值与主动脉阻断时间(aortic crossclamp time,ACCT)、术毕儿茶酚胺使用量正相关；Petzold等［18］发现H-FABP在再灌注后1 h达高峰，而CKMB、cTnI在进重症监护室（intensive care unit,ICU）后1 h才达高峰，围术期有心梗的患者H-FABP峰值出现时间较晚。Hasegawa等［19］发现ECC下行小儿心脏手术,血H-FABP在主动脉开放后1 h达高峰，其峰值与CKMB、cTnI正相关，年龄、ACCT、红细胞压积影响H-FABP水平，年龄与H-FABP呈线形对数关系，对数的指数和幅度是ACCT，术后强心药、气管插管时间、ICU监护时间也与H-FABP峰值正相关。Liu等［20］还证实双瓣置换比单瓣置换患者的H-FABP峰值更高，术后有并发症的患者比没有并发症的患者H-FABP峰值更高，且H-FABP与ACCT正相关。

　　3  有待进一步探讨的问题    　　目前对哺乳动物FABP的生理功能尚缺乏足够深入的认识。在评价H-FABP的价值时,不仅要考虑它的来源和释放到血浆中的速率,还要考虑它自血浆中的代谢清除问题,H-FABP主要在肾脏中清除。Nayashida等［21］表明肾脏对血清H-FABP的清除起着很重要的作用，肌酐清除率与血H-FABP水平负相关，与尿H-FABP水平正相关。Hayashida等［22］发现主动脉开放后，血H-FABP峰值比尿H-FABP峰值出现早，术后尿H-FABP水平与左室射血指数负相关。肾功能不全对H-FABP的浓度变化和代谢清除有显著的影响，因此,肾功能异常的患者会使H-FABP在心肌损伤方面的应用受到一定限制，而ECC术后的患者都有不同程度的急性肾脏损害，此时必须考虑到患者的肾功能改变,方能准确判断心肌损伤。休克、低氧血症也会使H-FABP升高。此外，H-FABP 在监测复杂患者、在鉴别心肌和骨骼肌损伤方面的价值还需进一步探讨。FABP的快速、灵敏的免疫学测定方法也有待深入研究，有待寻找一种快速诊断试剂盒。

　4  结语    　　急性心肌缺血损伤和再灌注损伤的早期监测目前仍有困难, H-FABP有望作为该项监测的一项快速、准确、敏感、特异性的指标。H-FABP水平在ECC非生理状态和再灌注后不久即可检测到并可预测急性心肌损伤的严重程度,用作早期判定、发现心肌损伤及处理病情的一个有用指标,还可作为标志物评价围术期心肌保护效果。

【参考文献】  　　［1］ Storch J,Thumser AE.The fatty acid transport function of fatty acid-binding proteins［J］.Biochim Biophys Acta,2000,1486(1):28-44.

　　［2］ Van Nieuwenhoven FA,Kleine AH,Wodzig WH,et al.Discrimination between myocardial and skeletal muscle injury by assessment of the plasma ration of myoglobin over fatty acid-binding protein［J］.Circulation,1995,92(10):2848-2854.

　　［3］ Lucke C,Rademacher M,Zimmerman AW,et al.Spin-system heterogeneities indicate a selected-fit mechanism in fatty acid binding to heart-type fatty acid-binding protein(H-FABP)［J］.Biochem J,2001,354(Pt2):259-266.

　　［4］ 韩新燕，汪以真，许梓荣.脂肪酸结合蛋白的研究进展［J］.生物学通报,2000,35:（11）：7-9.

　　［5］ de Groot MJ,Wodzig KW,Simoons ML,et al.Measurement of myocardial infarct size from plasma fatty acid-binding protein or myoglobin,using individually estimated clearance rates［J］.Cardiovasc Res,1999,44(2):315-324.

　　［6］ Tanaka T,Hirota Y,Sohmiya K,et al.Serum and urinary human heart fatty acid-binding protein in acute myocardial infarction［J］.Clin Biochem,1991,24(2):195-201.

　　［7］ Glatz JF,van der Vusse GJ,Simoons ML,et al.Fatty acid-binding protein and the early detection of acute myocardial infarction［J］.Clin Chim Acta,1998,272(1):87-92.

　　［8］ Tanaka T,Sohmiya K,Kitaura Y，et al.Clinical evaluation of point-of-care-testing of heart-type fatty acid-binding protein (H-FABP) for the diagnosis of acute myocardial infarction［J］.J Immunoassay Immunochem,2006,27(3):225-238.

　　［9］ Chen L, Guo X, Yang F. Role of heart-type fatty acid binding protein in early detection of acute myocardial infarction in comparison with cTnI, CKMB and myoglobin［J］. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci,2004,24(5):449-451, 459.

　　［10］ Tsuji R, Tanaka T,Sohmiya K,et al.Human heart-type cytoplasmic fatty acid-binding protein in serum and urine during hyperacute myocardial infarction.Int J Cardiol,1993,41(3):209-217.

　　［11］ Key G, Schreiber A, Feldbrugge R,et al.Multicenter evaluation of an amperometric immunosensor for plasma fatty acid-binding protein:an early marker for acute myocardial infarction［J］.Clin Biochem,1999,32(3):229-231.

　　［12］ Sohmiya K,Tanaka T,Tsuji R,et al.Plasma and urinary heart-type cytoplasmic fatty acid-binding protein in coronary occlusion and reperfusion induced myocardial injury model［J］.J Mol Cell Cardiol,1993,25(12):1413-1426.

　　［13］ Ishii J, Wang JH, Naruse H,et al. Serum concentrations of myoglobin vs human heart-type cytoplasmic fatty acid-binding protein in early detection of acute myocardial infarction［J］.Clin Chem,1997,43(8 Pt1):1372-1378.

　　［14］ Komamura K ,Ohkaru Y,Asayama K,et al. Heart-type fatty acid binding-protein:An important predictor of cardiac events in heart failure［J］.J Cardiac Failure,1999,5(supp11):19.

　［15］ Nakata T, Hashimoto A,Hase M，et al. Human heart-type fatty acid-binding protein as an early diagnostic and prognostic marker in acute coronary syndrome［J］. Cardiology,2003,99(2):96-104.

　　［16］ Komamura K,Sasaki T,Hanatani A,et al.Heart-type fatty acid binding protein is a novel prognostic marker in patients with non-ischaemic dilated cardiomyopathy［J］.Heart,2006,92(5):615-618.

　　［17］ Fransen EJ, Maessen JG, Hermens WT,et al. Demonstration of ischaemia-reperfusion injury separate from postoperative infarction in coronary artery bypass graft patients［J］.Ann Thorac Surg,1998,65(1):48-53.

　　［18］ Petzold T,Feindt P, Sunderdiek U,et al.Heart-type fatty acid binding protein(hFABP) in the diagnosis of myocardial damage in coronary artery bypass grafting［J］.Eur J Cardiothorac Surg,2001,19(6):859-864.

　　［19］ Hasegawa T,Yamaguchi M,Yoshimura N,et al.The dependence of myocardial damage on age and ischemic time in pediatric cardiac surgery［J］.J Thorac Cardiovasc Surg,2005,129(1):192-198.

　　［20］ Liu H,Dong GH，Xu B，et al. Heart fatty acid binding protein in the rapid evaluation of myocardial damage following valve replacement surgery［J］. Clin Chim Acta,2005,356(1-2):147-153.

　　［21］ Nayashida N,Chihara S,Tayama E, et al .Influence of renal function on serum and urinary heart fatty acid-binding protein levels［J］.J Cardiovasc Surg (Torino),2001,42(6):735-740.

　　［22］ Hayashida N,Chihara S,Akasu K,et al.Plasma and urinary levels of heart fatty acid-binding protein in patients undergoing cardiac surgery［J］.Jpn Circ J,2000,64(1):18-22.