缺血性心脏病中心脏衰老的进展：来自CMR和ECG分析的见解

《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》：Advancing Heart Ageing in Ischemic Heart Disease: Insights from CMR and ECG Analysis

　　

目的：缺血性心脏病（IHD）患者经历的近期心血管改变可加速心脏衰老。利用先进的心脏磁共振（CMR）和心电图（ECG）衍生表型评估生物学心脏年龄，为心脏衰老提供了生物标志物。研究人员利用生物学年龄估计生物标志物探讨了IHD与心脏衰老的关系，以及常规心脏成像指标和血管危险因素（VRFs）的贡献。方法与结果：研究人员在现患IHD病例（n=2,142）中，结合CMR放射组学和ECG特征估计了心脏年龄。计算了心脏年龄差距（HAG），即预测心脏年龄与实际心脏年龄之间的差异。IHD受试者的心脏年龄显著高于无该疾病者（HAG: 1.55年 ± 5.66; p <0.001）。与IHD中心脏衰老相关的主要放射组学和ECG特征描绘了一种在衰老心脏中不典型的结构和电重构表型。常规CMR指标仅解释了IHD与HAG之间关联的极小部分。在VRFs中，肥胖和高血压与IHD中HAG的增加显著相关。结论：IHD个体显示出比对照组更高的估计心脏衰老，与正常心脏衰老的更大偏差一致，并且这与选定的VRFs相关。这种关系仅被常规CMR指标最小程度地解释，提示心脏年龄模型捕获了超出标准CMR测量之外的额外成像和电特征。HAG可能为表征IHD的表型异质性和背景化心血管风险提供一个探索性框架；然而，在临床应用之前需要进行前瞻性验证。

缺血性心脏病（IHD）是全球重大健康负担，人口老龄化加剧了其患病率与医疗影响。衰老过程引发多种心血管改变，结合血管危险因素（VRFs，如高血压、糖尿病、肥胖），促进心血管疾病（CVD）包括IHD的发生发展。实际（实际）年龄无法完全捕捉个体间衰老差异，因此生物学年龄估计被提出作为替代框架，通过数学模型量化衰老相关表型。心脏年龄差距（HAG）即实际年龄与估计生物学心脏年龄的差异，可提供更全面的健康指标。先前研究虽整合心脏磁共振（CMR）放射组学评估心脏衰老，但未探讨IHD中这些改变如何偏离正常年龄相关心脏变化。本研究旨在利用CMR放射组学与心电图（ECG）特征的新整合方法量化HAG，评估IHD与心脏衰老的关系，并分析常规心脏结构与功能指标及VRFs的贡献。研究人员利用英国生物银行（UK Biobank）数据，包括31,167名无CVD对照和2,142名IHD患者，构建贝叶斯岭回归模型估计心脏年龄，计算HAG。结果显示，IHD患者HAG显著高于对照组（均值1.55年 vs -0.10年，p<0.001），且该模式不限于既往心肌梗死（MI）患者。常规CMR指标仅解释IHD与HAG关联的极小部分（中介比例<0.15%），提示整合模型捕获了标准CMR测量外的额外结构及电特征。在VRFs中，肥胖（BMI、腰臀比）和高血压与IHD中HAG显著正相关，而糖尿病、高胆固醇、吸烟则无显著关联。该研究为HAG作为表征IHD表型异质性和背景化心血管风险的研究生物标志物提供了框架，但需前瞻性验证。论文发表在《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》。

主要关键技术方法包括：样本队列来源于英国生物银行（UK Biobank），选取有ECG和CMR指标的参与者，排除缺失值与异常值后，建立无CVD对照（n=31,167）与IHD（n=2,142）队列。心脏年龄模型采用贝叶斯岭回归，以ECG特征（12导联定量数据，如振幅、间期、面积）和CMR放射组学特征（从左右心室、心房及心肌分割提取的210个心房和636个心室放射组学特征，包括形状、一阶统计及纹理特征）作为预测因子，经主成分分析（PCA）降维后估计心脏年龄。模型性能通过平均绝对误差（MAE）和决定系数（R²）评估，并校正年龄依赖偏差后计算HAG。解释性分析采用Shapley Additive Explanations（SHAP）量化主成分贡献。关联分析使用逻辑回归评估HAG与IHD状态的关系，中介分析检验常规CMR指标（如左心室射血分数、容积）的间接效应，VRF关联通过线性回归分别评估各风险因素在对照与IHD组中的效应。

研究结果如下：

**研究队列特征**：通过描述性统计比较，IHD组较对照组年龄更大（均值68.4 vs 63.3岁）、男性比例更高（71.3% vs 46.7%），且VRFs患病率显著升高（如高血压66% vs 26.3%，糖尿病15.4% vs 4.6%），组间差异均达统计学显著（p<0.001）。

**心脏年龄估计**：贝叶斯岭回归模型在训练集表现（MAE=4.7年，R²=0.43）与测试集（MAE=4.6年，R²=0.41）一致。校正年龄依赖偏差后，IHD组HAG均值1.55年（±5.66），对照组-0.10年（±5.70），组间差异1.65年（95%置信区间[CI] 1.401–1.917，p<0.001）。在IHD亚组中，非MI者HAG均值（1.81±5.56年）略高于MI者（1.17±5.78年），差异0.64年（95% CI 0.28–0.99，p=0.009），但效应量极小（Cohen's d≈0.11），分布高度重叠，提示HAG升高反映IHD整体特征而非MI特异性表型。

**放射组学和ECG变化对IHD与对照心脏衰老的贡献**：通过SHAP分析识别关键主成分中的高负荷特征。放射组学方面，IHD中心脏衰老与左心室（LV）腔几何形状改变（Surface Area to Volume Ratio降低，表明更球形）、心肌纹理更不均匀（Difference Average、Gray Level Non-Uniformity升高）及均匀区域减少（Zone Variance、Large Area Emphasis降低）相关；右心室（RV）容积增大、右心房（RA）增大并更球形化（Sphericity降低）及组织纹理改变。ECG方面，IHD中下壁导联（II、III、aVF）QRS面积降低、S波振幅与面积增大、QRS平衡指数降低，反映心室除极模式改变。

**中介分析**：采用探索性中介框架评估常规CMR指标（如LVEDV、LVEF、RVEDV、RVSV）的间接效应。尽管部分间接效应置信区间排除零，但中介比例均极小（<0.15%），提示常规CMR指标仅解释IHD与HAG关联的极小部分。

**HAG与VRFs的关联**：线性回归（校正年龄、性别）显示，对照组中所有VRFs（BMI、腰臀比、高血压、糖尿病、高胆固醇、吸烟）均与HAG显著正相关（p<0.001）。在IHD组中，仅BMI（beta=0.0640，95% CI 0.0340–0.0939）、腰臀比（beta=3.5831，95% CI 2.0273–5.1388）和高血压（beta=0.8432，95% CI 0.4972–1.1891）与HAG显著正相关（p<0.001），而糖尿病、高胆固醇、吸烟无显著关联。IHD组中肥胖相关指标的系数估计值数值上大于对照组，但未进行正式交互检验。

总结讨论部分：IHD患者HAG更高，反映心脏衰老加速，且不限于既往MI者。肥胖与高血压与IHD中HAG增加相关，符合心脏代谢风险负担与生物学心脏衰老的广泛联系。常规CMR指标仅解释极小部分关联，提示整合CMR放射组学与ECG特征的模型捕获了标准CMR测量未反映的额外结构和电模式。HAG可能作为表征IHD异质性和基于心脏衰老背景化心血管风险的研究生物标志物，支持未来纵向与干预研究评估其预后相关性与转化价值。研究结论：IHD与基于CMR放射组学和ECG特征联合估计的更高心脏年龄（由HAG反映）相关，且此模式不限于既往MI个体。在IHD中，肥胖和高血压与更高HAG相关，与心脏代谢风险负担与生物学心脏衰老的广泛联系一致。常规CMR指标仅解释IHD-HAG关联的极小部分，提示整合模型捕获了标准CMR指标未反映的额外结构和电模式。HAG可能作为表征IHD异质性和基于心脏衰老背景化心血管风险的有用研究生物标志物，支持未来纵向与干预研究评估其预后相关性与转化价值。