术前生长分化因子GDF-15浓度与术后心脏不良事件的相关性

翻译：首都医科大学附属北京朝阳医院麻醉科 王佳琬

编者按：关于该主题我们已知的内容：

在门诊患者和心脏手术队列研究中，血清生长分化因子-15（GDF-15）浓度的升高与心血管不良事件和死亡率的显著升高相关。

非心脏手术患者术前GDF-15浓度升高是否与术后不良事件发生率显著升高相关尚未得到明确评估。

这篇文章告诉我们哪些新知识

这项研究为一项多中心队列研究（Vascular Events in Noncardiac Surgery Evaluation study; VISION），共收集了5238名患者的临床数据和血清样本。作者评估了术前血清GDF-15的升高与非心脏手术后30天心肌损伤之间的关系。

术前GDF-15浓度≥1500 pg/ml与非心脏手术术后心肌损伤和血管源性死亡的风险相关，其心肌损伤和血管源性死亡的风险为24.9%。

在术前检测了N端脑钠肽前体（NT-proBNP）的患者（n=4246）中，非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡的发生率为606例（14.3%）。在包括术前修订的心脏风险指数评分（RCRI）和术前NT-proBNP的多变量模型中，术前GDF-15浓度和NT-proBNP均与非心脏手术后30天心肌损伤和血管死亡率独立相关。

摘要

背景：

之前研究已证实，生长分化因子-15（GDF-15）浓度与心血管疾病之间存在相关性。该研究假设，GDF-15可能有助于非心脏手术患者的心脏风险分层。

方法：

本研究目的是确定术前GDF-15是否与非心脏手术后心肌损伤和30天血管源性死亡的复合主要结局相关，并有助于预测非心脏手术患者的心脏风险。这是一项前瞻性队列研究，研究对象为45岁及以上接受非心脏大手术的患者。术前还检测了N端脑钠肽前体（NT-proBNP），以评估GDF-15的预测性能。

结果：

在2008年10月27日至2013年10月30日期间，共有5238例患者在术前测量了GDF-15（中位数：1325；四分位数范围：880-2132 pg/ml）。在GDF-15低于1000 pg/ml的1705例患者中，有99例（5.8%）发生非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡；GDF-15在1000-1500 pg/ml的1332例患者中，有161例（12.1%）发生非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡；GDF-15在1500-3000 pg/ml的1476例患者中，有302例（20.5%）发生非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡；GDF-15高于3000 pg/ml的725例中，有247例（34.1%）发生非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡。与GDF-15低于1000 pg/ml的患者相比，各GDF-15浓度组对应的心血管事件发生风险比分别为1.93（95% CI，1.50-2.48）、3.04（95% CI，2.41-3.84）和4.8（95% CI，3.76-6.14）。与单独使用修订的心脏风险指数（Revised Cardiac Risk Index，RCRI）评估术后心血管事件相比，将GDF-15加入其中可将心脏风险的预测能力提高30.1%（301/1000）。如果在RCRI及NT-proBNP基础上加入GDF-15可将预测能力提高16.1%（161/1000)。

（ANESTHESIOLOGY 2023; 138:508–22）手术相关的死亡是全球第三大死亡原因。在接受非心脏手术的成年人中，术后30天的死亡有16%由心脏不良事件所致。在术前早期识别术后心脏不良事件的高危患者对于减少非心脏手术后心肌损伤的发生有重大意义。大多数国家的围手术期指南推荐使用临床风险评分进行心脏风险分层。对于非心脏手术术前的心脏风险评估，修订版心脏风险指数（Revised Cardiac Risk Index，RCRI）是目前围手术期心脏评估指南中推荐的主要分层方法，也是目前临床应用最多的分层方法。

尽管该指数对于心脏不良事件的风险预测能力已在临床研究中得到验证，但越来越多的研究发现，在识别围手术期心脏不良事件高风险患者方面，其预测能力存在一定不足。在该指数中加入生物标志物可以增加其对非心脏手术术后心脏不良事件风险的预测能力，其中N端脑钠肽前体（NT-proBNP）是目前唯一推荐用于术前心血管风险预测的生物标志物，也有研究在术前风险预测中加入了高敏感性心肌肌钙蛋白（hs-cTnT）的检测。生长分化因子-15（GDF-15）是转化生长因子-β细胞因子超家族（TGF-β superfamily）的成员，在炎症和组织损伤反应中显著增加。GDF-15由多种细胞产生，包括心肌细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞。GDF-15与多种心脏疾病患者的死亡率均密切相关，包括稳定性冠心病、急性冠状动脉综合征、心房颤动和心力衰竭等。在心脏手术中，GDF-15与术后心脏不良事件发生率和死亡率独立相关，在RCRI和NT-proBNP基础上加用GDF-15可显著提高其风险预测能力。本研究假设在RCRI和NT-proBNP基础上加用GDF-15也可提高非心脏手术患者术后心脏不良事件的风险预测能力。本研究的目的是评估在接受非心脏手术的患者中，在RCRI和NT-proBNP基础上加用GDF-15是否能够提高对术后心血管事件风险预测的能力，并确定与非心脏手术术后30天心肌损伤和血管源性死亡相关的GDF-15阈值。

材料与方法

研究设计

VISION 是一项大型国际前瞻性队列研究，评估接受非心脏手术住院患者的心血管不良事件，随访至术后30天。本研究为一项前瞻性巢式队列研究，是VISION研究中的一部分。本研究的主要目的是确定术前生长分化因子-15（GDF-15）与非心脏手术后心肌损伤风险和30天血管源性死亡之间的关系，并评估在修订版心脏风险指数评分（RCRI）和N端脑钠肽前体（NT-proBNP）基础上，加入GDF-15是否能够改善风险预测。另外，确定与非心脏手术术后30天心肌损伤和血管源性死亡相关的GDF-15浓度阈值。

研究对象

本研究的研究对象为纳入VISION和VISION biobank的患者，入选标准是年龄≥45岁在局麻或全麻下接受了非心脏手术的住院患者。入选患者签署书面知情同意书，并提供术前血清样本，以便进行生物标志物分析。本研究获得了伦理审查委员会的伦理批准，并且在对储存的生物库样本进行分析之前也获得了伦理批准（汉密尔顿综合研究伦理委员会）。患者在手术前纳入研究，并随访至术后30天。术后前3天及出院前检测肌钙蛋白（cTnT或高敏肌钙蛋白hs-cTnT）。并建议有条件的医院对所有术后cTnT升高至正常高限或超过正常范围的患者进行术后心电图检查（cTnT正常最高值0.03ng/l，hs-cTnT正常最高值14ng/l）。

GDF-15 及NT-proBNP检测

术前采集入选患者的血液样本，置于4℃冷藏，然后将样品离心并分装，运往临床研究实验室和样本库（汉密尔顿，加拿大）。样品保存在-80°C和-165°C，储存的样本需要在6年之内进行分析。通过酶联免疫吸附法对血清GDF-15进行批量检测。我们随后排除了纳入VISION生物数据库的患者，这些患者没有足够的血清样本来进行GDF15分析（n = 102）。GDF-15若低于检测范围，则报告为<400 pg/ml（GDP15最低检测浓度为400 pg/ml）；若高于检测范围，则报告为>20000 pg/ml。部分患者同时参与了VISION研究中的另一个子项目，该项目中检测了术前NT-proBNP浓度，将同时检测了GDF-15和NT-proBNP的患者进行二次分析。NT-proBNP的最低检测浓度和最低可量化的浓度分别为5 pg/ml和50 pg/ml。GDF-15和NT-proBNP的检测在术前相同时间点采集的样本上进行。GDF-15和NT-proBNP在-80°C及以下的温度下具有长期稳定性。另外，临床医生对患者GDF-15和NT-proBNP结果不知情。

结局

主要结局是非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡。非心脏手术后心肌损伤被定义为发生在非心脏手术后30天内的肌钙蛋白升高，不论是否符合心肌梗死（MI）的诊断标准，且不由非缺血性病因（如肺栓塞、败血症）所致。在前期的VISION研究中，非心脏手术后的心肌损伤主要由cTnT及hs-cTnT诊断。血管源性死亡包括心肌梗死、心脏骤停、卒中、心脏血运重建术、肺栓塞、出血或未知原因导致的死亡。次要结局包括心肌梗死、全因死亡率及主要心血管事件（即心肌梗死、非致死性心脏骤停、卒中、充血性心力衰竭、新发房颤及血管源性死亡)的复合结局，以及其中的某一单一因素。

统计

采用Cox比例风险模型确定术前GDF-15与非心脏手术后心肌损伤和30天血管源性死亡的主要复合结局之间的关系，并根据修订版心脏风险指数评分（RCRI，即0、1、2和3或更高）进行调整。修订后的心脏风险指数评分包括以下危险因素，每项1分：缺血性心脏病、充血性心力衰竭、术前胰岛素使用、术前肌酐大于2mg/dl（177µmol/l）、脑血管疾病和高危手术（即胸腔、腹腔和大血管手术）。未完成30天随访的患者，按其最后一次随访情况进行审查，评估其数据是否可纳入研究。在确认GDF-15作为一个连续变量与主要结局之间的关联后，进行聚类分析，以确定与非心脏手术后心肌损伤风险和血管源性死亡相对应的GDF-15阈值。该分析通过Cox比例风险模型进行，即通过RCRI进行调整，并根据比较有无各种预定义的GDF-15阈值的模型的对数可能性，确定产生最低P值的模型。所探索阈值以500 pg/ml为增量，直到4000 pg/ml；然后以1000 pg/ml为增量，直到6000 pg/ml。由于患者数量少，本研究未探索高于6000 pg/ml的阈值。调整后的GDF-15阈值的风险比与主要结局并不显著相关，c-statistic显示未明显提高风险区分度。

随后，利用经RCRI调整的Cox比例模型确定GDF-15阈值与心肌梗死和全因死亡率、非心脏手术后心肌损伤、心肌梗死和主要心血管事件的30天复合风险之间的关系。根据GDF-15分类报告每个模型的校正风险比（95% CI）和结局发生率（95% CI）。对于每个模型，使用bootstrapping进行内部验证，以计算出对乐观估计进行修正的c-statistic和偏差修正的校准曲线（即局部加权回归散点平滑法）。除RCRI外，确定的术前GDF-15阈值的增量预测值，用于预测非心脏手术后30天心肌损伤和血管源性死亡，使用净重新分类指数（Net Reclassification Index，NRI），使用风险类别（即<5%，5-15%，15 - 30%，>30%）和25%相对风险变化。另外在Cox比例模型中评估了术前GDF-15与肾小球滤过率、性别和癌症之间的潜在相关性，以预测非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡。比例风险假设（PH assumption）采用Schoenfeld残差法进行检验。在术前检测了NT-proBNP的患者亚组中，本研究除了使用c-statistics比较和NRI外，还比较了单独使用NT-proBNP以及联合GDF-15和NT-proBNP的预测性能。NT-proBNP阈值采用先前VISION分析中确定的NT-proBNP阈值（即＜100 pg/ml, 100-200 pg/ml, 200-1500 pg/ml和≥1500 pg/ml）。

结果

该研究共纳入了从2008年10月27日至2013年10月30日来自加拿大、英国、美国和香港的9个中心的5238名患者。半数患者为男性（51.5%），平均年龄64.8岁（SD： 10.7）。患者的基础情况、心血管相关危险因素、RCRI和手术情况见表1。GDF-15中位数为1325 pg/ml（四分位数范围为880-2132）。有15.4%（809/5238）的患者在非心脏手术后30天内发生心肌损伤或血管源性死亡，有4.8%（252/5238）的患者合并心肌梗死和全因性死亡。发生主要心血管不良事件的患者占6.2%（325/5238）。30天内各结局发生率见表2。术后30天时有0.3%的患者失访，这些患者的最后一次随访情况被纳入统计分析。  

经RCRI调整的Cox比例风险分析预测非心脏手术后30天内心肌损伤和血管源性死亡率的三个GDF-15阈值为1000、1500和3000 pg/ml。根据GDF-15浓度分组的患者的基本情况详见电子版补充材料。与GDF-15浓度较低的患者相比，GDF-15值较高的患者年龄较大，并且有更严重的合并症。GDF-15< 1000 pg/ml的患者非心脏手术后心肌损伤风险和血管源性死亡率为5.8%（95% CI，4.8-7.0%），GDF-15在1000-1500 pg/ml的患者，该发生率为12.1% （95% CI，10.4 - 14.0%), GDF-15在1500-3000 pg/ml的患者，该发生率为20.5%（95%CI，18.5-22.6%），GDF-15>3000 pg/ml的患者，该发生率为34.1%（95% CI，30.7-37.6%)。根据GDF-15浓度，各组患者心肌梗死和全因性死亡的风险分别为1.6%（95% CI，1.1 - 2.4%），3.4%（95% CI, 2.5 - 4.5%），6.4% （95% CI，5.3-7.8）和11.6%（95% CI，9.5 - 14.1%）。图1所示为根据GDF-15阈值分组的非心脏手术后心肌损伤或血管源性死亡的累积风险。加入术前GDF-15浓度的风险模型显示，与GDF-15<1000 pg/ml的患者相比，GDF-15在1000-1500 pg/ml的患者在非心脏手术后30天内发生心肌损伤或血管死亡的风险比为1.93（95% CI，1.50-2.48)，GDF-15在1500-3000 pg/ml范围的患者，风险比为3.04 （95% CI，2.41-3.84)。GDF-15>3000 pg/ml或更高的组风险比为4.8（95% CI，3.76-6.14;表3)。另外，本研究未发现术前GDF-15与肾小球滤过率（P=0.36）、性别（P=0.91）或癌症（P=0.44）之间存在相互性。  

将术前GDF-15浓度加入风险预测 ，与单独依据RCRI相比，对于发生心血管不良事件的患者，风险分层可改善5.6%，对于34.6%未发生不良事件的患者，风险分层可改善30.1%（301/1000）。表4所示为重新分类情况。以出现25%的相对风险变化为标准，NRI也提示纳入术前GDF-15浓度可以改善风险预测。和以单独RCRI作为风险预测相比，纳入GDF-15还提高了术后30天内心血管不良事件风险预测能力（单独RCRI：c-statistic 0.649；联合GDF-15：c-statistic 0.722）。结合了GDF-15和RCRI的预测模型也显示出良好的校准度（图2）。  

术前GDF-15与NT-proBNP用于预测风险的比较

在术前有NT-proBNP结果的患者亚组（n = 4246）中，非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡的发生率为14.3%（606例），心肌梗死和全因性死亡发生率为4.9%（210例）。在包含术前RCRI和NT-proBNP分类的多变量模型中，GDF-15和NT-proBNP与非心脏手术后心肌损伤和30天血管源性死亡率仍然独立相关（表5）。加入GDF-15后，NT-proBNP和RCRI预测模型的c-statistic从0.723提高至0.751。将术前GDF-15纳入还改善了风险分层，NRI为16.1%（161/1000）。NT-proBNP浓度≥200 pg/ml和GDF-15≥1500 pg/ml均与心肌梗死和全因死亡风险独立相关，详见电子版补充材料5 。将GDF-15加入NT-proBNP预测模型或RCRI预测模型，对于预测心肌梗死或全因死亡时显示出同样的改善程度（c-statistic, 0.723），但当与RCRI指数联合用于预测风险时，其预测能力进一步提高（c-statistic, 0.744）。   在包含术前RCRI和NT-proBNP分类的多变量模型中，GDF-15和NT-proBNP均与非心脏手术后心肌损伤和30天血管源性死亡独立相关（表5）。加入GDF-15分类后，预测模型c-statistic从0.723提高至0.751。加入GDF-15后，该预测模型NRI为16.1%（161/1000），提示加入GDF-15还改善了风险分层。NT-proBNP浓度≥200 pg/ml和GDF-15≥1500 pg/ml均与心肌梗死和全因死亡风险独立相关。GDF-15和NT-proBNP分别加入RCRI预测模型时，对心肌梗死或全因死亡的风险辨别能力有同样的提高（c-statistic, 0.723），但三者联合使用时，风险预测能力得到了进一步提高（c-statistic, 0.744）。

术前任一生物标志物均未升高的患者（即NT-proBNP<200 pg/ml，GDF-15<1500 pg/ml），非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡的发生率为6.6%（95% CI, 5.6-7.7）。相比之下，两种生物标志物中只有一种升高的患者（即NT-proBNP≥200 pg/ml，或GDF-15≥1500 pg/ml)，非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡的发生率升高至16.2%（95% CI, 14.3-18.3）。对于两种生物标志物均升高的患者，非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡的发生率上升至33.6%（95% CI, 30.2-37.0）。上述三种情况相对应的心肌梗死和全因性死亡的发生率分别为1.9%（95% CI, 1.4-2.5）、6.0%（95% CI, 4.8-7.3）和12.3%（95% CI, 10.1-14.8）。

事后分析

当术前生物标志物作为连续变量添加到模型中并添加年龄时，我们进行了额外的分析，以探索模型在预测非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡方面的效能。结果表明，与以RCRI、年龄和术前NT-proBNP为连续变量的模型（c-statistic, 0.746）相比，加入术前GDF-15改善了区分度（c-statistic, 0.755）。与以RCRI、年龄和术前NT-proBNP分类为连续变量的模型（c-statistic, 0.760）相比，加入术前GDF-15分类也改善了区分度（c-statistic, 0.768）。提示在多变量模型中加入NT-proBNP和GDF-15浓度来预测非心脏手术后心肌损伤和血管源性死亡提高了模型的效能。

该研究还探讨了GDF-15是否可以预测术前无已知缺血性心脏病或充血性心力衰竭的患者的术后事件（这类患者RCRI评分为0）。在RCRI为0的患者亚组中，术前GDF-15值在1000-1500、1500-3000和大于3000 ng/l时，风险比分别为2.07（95% CI, 0.76-5.5）、4.7（95% CI, 1.74-12.9）和7.1（95% CI, 2.56-19.7）。此外，本研究还探讨了术前GDF-15与cTnT之间是否存在相互作用，结果证明没有相关性（P = 0.89）。

讨论

在接受重大非心脏手术的患者中，除RCRI外，GDF-15与术后心血管不良事件和改善心脏风险分层显著相关。术前GDF-15≥1500 pg/ml时，非心脏手术后心肌损伤或血管源性死亡风险为24.9%，30天内心肌梗死和死亡风险为8.1%，而GDF-15<1500 pg/ml的患者分别为8.6%和2.4%。GDF-15与术前NT-proBNP以及RCRI的联合使用也改善了风险预测效能，并使1/6的患者的风险预测得到改善。GDF-15 在一些心脏手术研究中已被用于风险预测，但在非心脏手术中的预测能力尚未见研究。在504例接受择期冠状动脉搭桥手术和/或心脏瓣膜修复的患者队列中，Kazem等人发现术前GDF-15与1年全因死亡率和心血管死亡率相关，将GDF-15加入欧洲心脏手术风险评估系统（EuroSCORE II）改善了其对长期生存的预测能力。Heringlake等人的一项研究观察了1458名接受心脏手术的患者的术前GDF-15，发现30天死亡的患者术前GDF-15的中位数明显高于未死亡的患者（2537 pg/ml vs. 1057 pg/ml）。在多变量回归模型中，与单独的EuroSCORE II相比，加入GDF-15改善了风险预测能力，并且GDF-15是30天和1年死亡率的独立预测因子。在这些分析中，NT-proBNP与术后死亡率无关。与EuroSCORE II相比，GDF-15在预测30天死亡率方面NRI值提高了41.4%。尽管心脏和非心脏手术在术后死亡率和心血管事件风险方面存在差异，但这些发现与本研究的发现一致，即GDF-15可独立预测术后不良结局，并提供除常用围手术期风险评分和NT-proBNP之外的其他预测结局的信息。一些非围术期的研究也表明，GDF-15与心血管疾病之间存在关联，包括急性冠状动脉综合征，稳定性冠状动脉疾病，心力衰竭和房颤等。在一项血小板抑制与预后研究（PLATO）试验中，将急性冠状动脉综合征患者（n = 16876例）随机分配到替格瑞洛或氯吡格雷组，发现较高的GDF-15浓度与冠心病严重程度相关，并与12个月时心肌梗死、卒中和心血管死亡风险增加相关。血浆GDF-15的增加由多种刺激引发，如细胞缺血、氧化应激和炎症，这些刺激与动脉粥样硬化的进展有关。GDF-15通常在健康组织中不表达，在受到损伤时显著释放，并在血管损伤的内皮适应调节中发挥作用。鉴于其在动脉粥样硬化中的病理意义以及与心血管疾病的密切关联，GDF-15可能是预测围手术期并发症的指标，而这一结论在本研究以及几项心脏手术的研究中得到了验证。另外，一些研究报道了GDF-15浓度随性别、肾小球滤过率和癌症的变化，但在本研究中未发现GDF-15与这些因素之间有相关性。本研究的另一个重要发现是，术前GDF-15和NT-proBNP均升高的患者（即GDF-15≥1500 pg/ml, NT-proBNP≥200 pg/ml），术后心脏不良事件和死亡的风险是未升高患者的6倍，是其中一项指标单一升高的患者的2倍。这两种生物标志物的结合可以帮助识别术后心脏并发症高风险患者，以便预防、早期识别和采取干预措施。

研究不足

本研究存在一定局限性。GDF-15以连续测量的浓度表示，浓度越高，心血管事件的风险越大，风险的分布也是连续的。从统计学角度来看，在进行关联分析时更倾向于使用连续的变量。然而，在临床上，规定阈值更方便临床医生决策。临床上绝大多数生物标志物都需要用阈值来定义，也有某些生物标志物是以健康人群中第99个百分位数定义的正常上限（例如急性冠状动脉综合征中的hs-cTnT），而其他生物标志物的阈值与预后相关（例如胆固醇浓度和心血管疾病）。本研究确定了术前GDF-15阈值与预后的显著变化以及临床危险因素相关，可用于围手术期的风险预测。本研究的另一个局限性是急诊非心脏手术患者的数据相对较少。由于biobank的设计以及患者必须在术前采集血清样本才能纳入研究，本研究急诊手术患者比例低于VISION研究（3.2% vs. 10.5%），只有167名急诊手术患者。由于样本量较小，GDF-15与主要结局之间未见显著的相关性（P = 0.18）。该研究的普遍性也可能在某些手术亚型中受到限制，特别是血管手术（详见补充数字内容9）。考虑到GDF-15在动脉粥样硬化患者中表达升高，GDF-15的表达可能与外周动脉疾病有关，而不是与心脏疾病有关。本研究中血管手术患者的数量（n = 314），无法进行亚组分析。

最后，纳入VISION研究前半部分的患者进行了第四代非高敏感性肌钙蛋白T检测，其中966例（22.8%）纳入本研究，其余患者术后采用高敏感性肌钙蛋白T（hs-cTnT）监测，因此非心脏手术后心肌损伤的发生率可能被低估。总之，本研究中证实了术前GDF-15与非心脏手术后30天心血管事件的发生有关。联合GDF-15和RCRI显著改善了1/3患者的心脏风险分层。GDF-15联合术前NT-proBNP可进一步增强风险预测能力，有助于识别术后心血管不良事件高危患者。

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