摘要
背景
生长分化因子-15(GDF-15)是一种新型心脏应激生物标志物。GDF-15可能是急性胸痛患者全因死亡的更强预测因子，优于高敏心肌肌钙蛋白T和B型钠尿肽(BNP)等传统生物标志物。然而，美国人群的相关数据缺乏。我们的目标是确定GDF-15是否是指数就诊、30天和90天全因死亡或急性心肌梗死(AMI)的独立预测因子。
方法
我们对STOP-CP(高敏心肌肌钙蛋白T优化胸痛风险分层)试验进行了二次分析，该试验在2017至2018年间前瞻性纳入了8家美国急诊科的成年患者(年龄≥21岁)，这些患者疑似急性心肌梗死。在中心实验室对基线和3小时后的样本进行了高敏心肌肌钙蛋白T、BNP和GDF-15检测。主要结局是指数就诊、30天和90天的全因死亡或急性心肌梗死的复合结局。多变量逻辑回归模型评估了GDF-15与指数就诊、30天和90天全因死亡或急性心肌梗死之间的关联，同时调整了年龄、性别、心脏风险因素数量、缺血性心电图表现、高敏心肌肌钙蛋白T和N末端B型钠尿肽前体。
结果
我们研究了1428名患者；中位年龄为58岁(四分位距，49-66岁)，353名(25%)有冠状动脉疾病史。全因死亡或急性心肌梗死的复合结局在指数就诊时发生于169名(12%)患者，30天时额外发生21名(1.5%)，90天时额外发生27名(1.9%)。在多变量逻辑回归模型中，GDF-15与30天(校正比值比每标准差，1.27[95% CI，1.06-1.54])和90天(校正比值比每标准差，1.55[95% CI，1.26-1.94])的全因死亡或急性心肌梗死独立相关，但在指数就诊期间不相关(校正比值比每标准差，1.00[95% CI，0.83-1.16])。
结论
在疑似急性心肌梗死的成年急诊科患者中，GDF-15与随后30天和90天的全因死亡或急性心肌梗死独立相关。这些数据表明，GDF-15在指数就诊时未诊断急性心肌梗死的急诊科患者短期心脏风险分层中可能具有潜在作用。
非标准缩写和简称
GDF-15：生长分化因子-15
MACE：主要不良心脏事件
STOP-CP：高敏心肌肌钙蛋白T优化胸痛风险分层
研究视角
新发现是什么？
• 在我们对疑似急性心肌梗死成年急诊科患者的多中心研究中，新型生物标志物生长分化因子-15在调整可用的人口统计学和临床数据后，与随后30天和90天的全因死亡或急性心肌梗死独立相关。
下一步应解决什么问题？
• 未来工作需要在一个大型、全国代表性人群中确定生长分化因子-15的理想截断值，并开发包含生长分化因子-15的心脏风险分层方法。
心脏生物标志物的使用已经彻底改变了包括急性冠脉综合征(ACS)和心力衰竭在内的各种心血管疾病的管理。心脏肌钙蛋白是诊断急性心肌梗死(AMI)以及预测短期和长期主要不良心脏事件(MACE)最成熟的生物标志物。B型钠尿肽(BNP)和N末端B型钠尿肽前体(NT-proBNP)也已被证明可以预测ACS患者的死亡。生长分化因子-15(GDF-15)是一种新型生物标志物，其表达在心脏组织中被诱导。它是缺血、再灌注损伤、压力超负荷和心力衰竭的促炎性细胞因子和氧化应激依赖性信号反应的一部分。目前，GDF-15检测尚未获得美国食品药品监督管理局批准用于心脏适应症。
GDF-15正成为一种预后生物标志物，在心脏风险分层中发挥着与肌钙蛋白和BNP互补的作用。然而，先前对GDF-15的研究主要局限于美国以外的ACS患者，并测量了较长期的结局。在一项已知ACS患者的荟萃分析中，GDF-15预测了从指数事件起6个月至>5年时间点的死亡和不良心脏事件。两项对非美国人群中急性胸痛患者的研究发现，初始GDF-15水平比6个月时的心脏肌钙蛋白I更准确地预测全因死亡，以及比26个月时的高敏心肌肌钙蛋白T或BNP更准确。据我们所知，没有基于美国的研究评估过GDF-15是否能预测疑似ACS接受评估的急诊科(ED)急性胸痛患者的不良心脏事件。
重要性
先前研究表明，单独使用肌钙蛋白，包括高敏心肌肌钙蛋白T，在美国接受ACS评估的急性胸痛急诊科患者中，不能充分预测30天和90天的主要不良心脏事件。GDF-15在预测该人群中急诊科出院后较短期30天和90天主要不良心脏事件方面的预后价值尚不清楚。
本研究的目标
在本研究中，我们评估了GDF-15在美国急性胸痛急诊科患者中预测指数就诊、30天和90天全因死亡或急性心肌梗死的效用。
方法
研究设计和环境
我们对STOP-CP(高敏心肌肌钙蛋白T优化胸痛风险分层)研究队列进行了二次分析。这是一项前瞻性纳入的观察性队列研究，纳入了胸痛或其他提示ACS症状的患者，急诊科医生已下令进行连续肌钙蛋白检测。排除ST段抬高型心肌梗死或收缩压<90 mm Hg的患者。该队列包括来自8家美国急诊科(佛罗里达大学，盖恩斯维尔；维克森林大学，温斯顿-塞勒姆，北卡罗来纳州；亨利·福特医疗系统，底特律，密歇根州；马里兰大学圣约瑟夫医疗中心，陶森，马里兰州；马里兰大学医疗中心，巴尔的摩，马里兰州；马里兰大学巴尔的摩华盛顿医疗中心，格伦伯尼，马里兰州；加利福尼亚大学戴维斯分校，萨克拉门托，加利福尼亚州；以及犹他大学，盐湖城，犹他州)的年龄≥21岁的患者，入组时间为2017年1月25日至2018年9月6日。本研究获得了每个站点的当地机构审查委员会的批准，并在ClinicalTrials.gov注册(唯一标识符：NCT02984436)，所有受试者均提供了参与的知情同意。患者在指数就诊期间采集了连续血液样本，并通过电话随访和医疗记录回顾在30天和90天进行随访。研究方法和研究队列的详细信息已发表。研究数据不对其他研究人员开放。
研究人群
在STOP-CP研究中，血液样本在基线(<1小时从第一个临床样本，0小时)和3小时后收集在锂肝素和EDTA管中，离心10至15分钟，然后储存在-70°C。初始研究中未耗尽的储存样本随后用于我们的二次分析。如果患者至少有1个0小时的足够实验室血液样本用于GDF-15分析，则将其纳入。
测量
GDF-15水平使用在中心实验室(马里兰大学医学院，巴尔的摩)收集的0小时和3小时血液样本进行测量，测量人员对采集时间和其他受试者变量不知情。从STOP-CP数据库中获取了以下变量：年龄、性别、种族和民族、主诉、胸痛持续时间(<3或>3小时)、心脏风险因素、心电图表现、高敏心肌肌钙蛋白T水平和NT-proBNP水平。心血管风险因素数量定义为以下数量：高血压、高脂血症、糖尿病、烟草使用、终末期肾病、动脉粥样硬化疾病和心力衰竭。
结局
主要结局是指数就诊、指数就诊后30天内(以下简称30天)以及31至90天之间(以下简称90天)的全因死亡和急性心肌梗死的复合结局。如原始STOP-CP研究所述，患者通过电话和医疗记录回顾在30天和90天进行随访。肌钙蛋白升高或急性心肌梗死诊断的病例由2名专家评审员裁决，以确定是否符合使用第四版心肌梗死通用定义的最终研究标准急性心肌梗死。当2名评审员意见不一致时，由第三名专家评审员进行裁决。基于原主要研究中进行的先前敏感性分析，失访患者被认为无事件。
统计分析
计算了适当的描述性统计，包括中位数和频率。针对指数就诊、30天和90天的全因死亡和急性心肌梗死复合结局，将GDF-15作为连续自变量拟合了简单逻辑回归模型。为了确定GDF-15在调整临床和实验室参数后是否独立预测这些结局，针对每个时间点的这些结局拟合了多变量逻辑回归模型，自变量包括：年龄、性别、心脏风险因素数量、缺血性心电图表现、初始高敏心肌肌钙蛋白T和NT-proBNP。这些自变量是根据它们与感兴趣结局的已知关联选择的。在模型拟合前，GDF-15、高敏心肌肌钙蛋白T和NT-proBNP被标准化为均值为0、标准差为1。这种方法确保报告的比值比对应于每个生物标志物增加1个标准差，从而提高效应大小的可解释性。
针对每个时间点的这些结局拟合了第二组多变量逻辑回归模型，用以下个体合并症史替换了心脏风险因素数量：脑血管意外、高脂血症、高血压、外周血管疾病、终末期肾病、心力衰竭、心肌梗死、冠状动脉旁路移植术、经皮冠状动脉介入治疗、糖尿病和烟草使用。第三组多变量逻辑回归模型使用与第一组相同的变量以及年龄和性别的交互项进行拟合。还对初始高敏心肌肌钙蛋白T正常(≤19 ng/L)的患者和无指数急性心肌梗死的患者进行了亚组分析。
进行了受试者工作特征(ROC)曲线分析，并比较了有和无GDF-15的回归模型的曲线下面积，以量化与GDF-15相关的判别能力改善。为了评估GDF-15是否独立预测风险，使用了与GDF-15逻辑回归系数相关的Wald检验。使用敏感性、特异性和ROC曲线确定预测30天和90天全因死亡和急性心肌梗死复合结局的最佳GDF-15阈值。计算了最佳GDF-15阈值对指数就诊、30天和90天患者亚组中全因死亡或急性心肌梗死的阴性和阳性预测值。为了进一步探索年龄与GDF-15预测能力之间的关系，使用具有3个自由度的自然样条并调整其他协变量生成了样条图。所有分析均使用R版本4(R统计计算基金会，奥地利维也纳)进行。
结果
患者特征
在排除35名0小时无足够实验室血液样本用于GDF-15分析的患者后，共有1428名来自STOP-CP队列的患者被纳入我们的分析。平均年龄为58岁(四分位距[IQR]，49-66岁)，大多数患者为男性(765[54%])和白人(828[58%])。最常见的心脏风险因素是高血压(933[65%])、烟草使用(789[55%])和高脂血症(701[49%])。大多数患者(1361[95%])在就诊时胸痛持续时间>3小时。73%(1042)的患者的肌钙蛋白水平低于99th百分位上限参考限值(≤19 ng/L)。完整的患者特征如表1所示。
GDF-15结果
在0小时，GDF-15的中位水平为1233(IQR, 754-2206) ng/L。GDF-15水平在男性患者(1287[IQR, 805-2493] ng/L)与女性患者(1121[IQR, 729-2059] ng/L)之间无统计学显著差异。GDF-15水平在0小时和3小时相似。按合并症分层时，值得注意的是，终末期肾病患者的GDF-15水平(2267[IQR, 1175-4035] ng/L)高于整体研究人群(1233[IQR, 754-2206] ng/L)。按亚组分层的完整GDF-15结果见表2。
GDF-15的中位水平在指数就诊时急性心肌梗死亚组中为2038(IQR, 1056-4321) ng/L，在高敏心肌肌钙蛋白T低于定量限(6 ng/L)的患者中为767(IQR, 576-1102) ng/L。在30天发生全因死亡或急性心肌梗死的亚组中观察到最高的GDF-15水平(中位数，3288[IQR, 1960-7684] ng/L)。
GDF-15与全因死亡和急性心肌梗死的关联
169(11.8%)名患者在指数急诊科就诊期间发生全因死亡或急性心肌梗死，其中167名仅发生急性心肌梗死，1名仅发生死亡，1名同时发生急性心肌梗死和死亡。另外21(1.5%)名患者在30天时发生全因死亡或急性心肌梗死，27(1.9%)名患者在90天时发生。GDF-15与30天(校正比值比[AOR]每标准差，1.27[95% CI, 1.06-1.54])和90天(AOR每标准差，1.55[95% CI, 1.26-1.94])的全因死亡和急性心肌梗死复合结局相关。GDF-15与90天的单独急性心肌梗死(AOR每标准差，1.46[95% CI, 1.20-1.86])以及30天(AOR每标准差，1.60[95% CI, 1.29-2.08])和90天(AOR每标准差，1.50[95% CI, 1.20-1.96])的单独全因死亡相关。高敏心肌肌钙蛋白T仅与30天的全因死亡和急性心肌梗死复合结局相关(AOR每标准差，1.18[95% CI, 1.01-1.38])。男性性别是整体队列中30天结局的最强预测因子(AOR, 2.32[95% CI, 1.09-5.39])和无指数急性心肌梗死队列中的最强预测因子(AOR, 2.87[95% CI, 1.09-8.94])。在初始高敏心肌肌钙蛋白T水平正常或无法检测的患者中——即最有可能从急诊科出院的患者——GDF-15与90天的全因死亡或急性心肌梗死独立相关(AOR每标准差，3.08[95% CI, 1.47-6.30])。我们的多变量逻辑回归模型的完整结果见表3。当在回归模型中用个体合并症替换心脏风险因素数量时(表S1)，当向模型添加年龄和性别的交互项时(表S2)，以及当使用具有3个自由度的自然样条对年龄建模时(表S3)，结果相似。在样条曲线中，30天和90天心肌梗死或死亡的预测风险随年龄增加至≈50岁，然后下降，形成倒U形模式。对于指数心肌梗死或死亡，风险下降至约30岁，然后在60岁达到峰值，之后再次下降，形成S形曲线(图S1)。
有和无GDF-15的测试特性
当使用赤池信息准则和贝叶斯信息准则比较有和无GDF-15的多变量回归模型时，添加GDF-15改善了预测30天和90天全因死亡或急性心肌梗死复合结局的回归模型(P=0.013表示30天，P<0.001表示90天结局；图)。有和无GDF-15的回归模型的ROC曲线如图所示。当在回归模型中用个体合并症替换心脏风险因素数量时，结果相似(图S2)。ROC曲线确定了GDF-15升高的理想截断值为1371 ng/L。
GDF-15的预测价值
在1371 ng/L的理想截断值下，GDF-15对<65岁患者30天全因死亡或心肌梗死的阴性预测值为0.994(95% CI, 0.985-0.998)，对≥65岁患者为0.991(95% CI, 0.951-1.000)，对90天的相同结局具有相似的阴性预测值(表4)。在无合并症的患者中，GDF-15阈值1371对30天全因死亡或心肌梗死的阴性预测值为1.000(95% CI, 0.973-1.000)；在有>2种合并症的患者中，阴性预测值为0.986(95% CI, 0.964-0.996)，对90天的相同结局具有几乎相同的值。30天全因死亡或心肌梗死的阳性预测值范围从有>2种合并症的患者中的0.042(95% CI, 0.024-0.067)到无合并症的患者中的0.074(95% CI, 0.009-0.243)。当年龄和合并症计数都被细分为更细致的类别时，结果相似(表S4)。
讨论
在这项大型前瞻性、多中心队列研究的二次分析中，我们发现GDF-15与30天和90天的全因死亡或急性心肌梗死独立相关。相比之下，高敏心肌肌钙蛋白T显示与30天的主要结局相关，但与90天无关。最值得注意的是，在初始高敏心肌肌钙蛋白T水平正常或无法检测的患者中，GDF-15与90天的全因死亡或急性心肌梗死独立相关。这些发现共同表明，GDF-15在预测急诊科或医院出院后短期心脏风险方面可能具有独特的预后作用。这一作用与高敏心肌肌钙蛋白T不同，后者主要用于指数就诊期间诊断急性心肌梗死。
我们的发现建立在先前数据的基础上，包括最近一项已知急性冠脉综合征患者的荟萃分析，该分析显示GDF-15水平与复发性心肌梗死或死亡等较长期结局相关。我们的数据表明，对于无急性冠脉综合征的急诊科患者也存在相同的关联。此外，这些较短的30至90天时间框架对急诊科医生和心脏病专家更为相关，他们必须决定急性胸痛患者是否可以安全地从急诊科出院。
值得注意的是，我们的发现与两项现有研究中的1项在使用GDF-15对急性胸痛急诊科患者进行心脏风险分层方面的研究结果略有不同。Schaub等人发现，虽然GDF-15比高敏心肌肌钙蛋白T更能准确预测中位随访26个月的全因死亡，但在多变量分析中，两种生物标志物均未预测心血管死亡。我们发现GDF-15和高敏心肌肌钙蛋白T均独立预测30天的全因死亡或急性心肌梗死，但只有GDF-15独立预测90天的这一结局。由于我们评估了不同时间点的不同结局，很难直接比较这两项研究。然而，我们认为全因死亡或急性心肌梗死的复合结局以及较短的时间框架在告知紧急心脏风险分层需求方面更具临床指导意义。需要进一步研究以更好地了解GDF-15在急性胸痛急诊科患者中较长时间内的预后作用。
此外，据我们所知，先前没有研究专门评估GDF-15在预测高敏心脏肌钙蛋白水平正常的患者结局方面的作用。正常或低于定量限的肌钙蛋白水平已得到广泛研究，单独研究或与病史、心电图、年龄、风险因素和肌钙蛋白(HEART[病史、心电图、年龄、风险因素和肌钙蛋白水平]评分)结合研究，以支持无需住院心脏风险分层即可从急诊科出院。我们的数据显示，在这一亚组中，GDF-15而非高敏心肌肌钙蛋白T水平与90天急性心肌梗死或全因死亡相关，表明GDF-15可用于进一步对先前被认为同质低风险的这一组进行心脏风险分层。
我们的研究发现，30天发生全因死亡或急性心肌梗死的患者中GDF-15中位水平为3288(IQR, 1960-7684) ng/L，90天为2979(IQR, 1610-12 357) ng/L。GDF-15在临床环境中的最佳阈值，特别是美国人群中的最佳阈值，仍未知。先前研究使用了1200 ng/L作为正常和1800 ng/L作为显著升高的截断值。由于高敏心肌肌钙蛋白T在欧洲和美国人群中的99th百分位上限参考限值阈值不同，目前尚不清楚这些在欧洲人群中得出的截断点是否适用于美国患者。在我们的研究中，ROC曲线确定了1371 ng/L的理想截断值，这一发现位于先前在英国(1470 ng/L)和瑞士(1375 ng/L)研究中确定的最佳截断值范围内。值得注意的是，GDF-15目前在加拿大已获批用于心脏风险分层，95th百分位值按年龄十年分层(50-69岁平均为1471 ng/L)。在一般人群中，不限于急性胸痛就诊的急诊科患者，GDF-15的最佳截断值先前确定为1233 ng/L，对稳定冠状动脉疾病诊断的特异性和敏感性均为71%，明显低于我们疑似急性冠脉综合征患者群体。
在亚组分析中，GDF-15对<65岁和≥65岁患者的30天和90天全因死亡或心肌梗死具有相似的阳性预测值。相比之下，与无合并症的患者相比，有>2种合并症的患者的GDF-15阳性预测值较低(表4)。这些结果表明，GDF-15在那些可能被归类为短期心血管事件低风险的无合并症患者中可能具有更大的临床效用。GDF-15在有多种合并症的患者中预测性可能较低，因为他们的基线心血管事件风险高于无合并症的患者，因此GDF-15在预测心血管事件方面的增量价值较小。
我们的研究发现表明GDF-15在急诊医学和心脏病学的临床实践中具有应用价值。GDF-15可作为急性胸痛就诊急诊科患者的高敏心脏肌钙蛋白的补充工具。在基于高敏心脏肌钙蛋白排除急性心肌梗死的情况下，GDF-15水平可用于进一步风险分层患者，并协助确定在急诊科出院前或快速门诊评估中是否需要额外的心脏解剖或功能测试。GDF-15在中等风险组中可能具有最大效用，由HEART评分或其他经验证的算法确定，因为高风险患者通常建议住院和住院心脏测试，而低风险患者(<1% 30天主要不良心脏事件由HEART评分预测)建议出院。未来研究应确定最有可能从急诊科GDF-15测试中受益的亚群，并开发包含GDF-15的风险计算器或算法，可以适当风险分层并在急性心肌梗死或全因死亡风险升高的患者中优先进行缺血评估。虽然我们的研究确定了GDF-15的理想截断值为1371 ng/L，但需要进一步调查在大型、全国代表性人群中验证此值和其他提议的阈值。最后，未来研究还可能调查基于年龄和性别的阈值是否可以提高诊断准确性。
作为先前进行的前瞻性观察性队列研究的二次分析，我们的研究受到STOP-CP数据库固有限制的影响。非英语患者被排除在外。鉴于由医生确定无需在急诊科出院前进行连续心脏生物标志物检测的低风险胸痛患者的子集被排除，本研究的结果不能推广到所有就诊胸痛的急诊科患者。同样，这些发现不能推广到非急诊科环境。急性症状的急诊科患者可能更有可能因非心脏应激和炎症而出现GDF-15水平升高，这可能会混淆生物标志物对主要不良心脏事件的预后价值。我们的工作仅限于最初收集的数据和变量，可能限制了探索其他因素或进行STOP-CP研究中最初未包含的特定分析的灵活性。
据我们所知，我们提出了美国GDF-15的最大规模研究，也是美国首个基于急诊科的GDF-15研究。我们的数据显示，GDF-15独立预测30天和90天的全因死亡或急性心肌梗死，这是对急诊科医生和照顾疑似急性冠脉综合征患者的医生最相关的时间框架。这些数据表明，GDF-15在急性胸痛就诊急诊科患者的短期心脏风险分层中具有潜在作用。
资金来源
这项研究者发起的研究由罗氏诊断(Roche Diagnostics)资助。
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