《Journal of the American Heart Association》：Endotypes of Vascular Health Predict Transplantation‐Free Survival in Pulmonary Hypertension
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背景：目前肺动脉高压（PH）基于专家意见的分类在预后判断和治疗指导方面存在局限性。研究人员假设，能够预测生存的新型PH聚类将揭示与所有PH组中血管健康生物标志物相关的机制表型。方法：研究人员首先通过对CC?PH（Cleveland Clinic PH）登记库（
背景：目前肺动脉高压（PH）基于专家意见的分类在预后判断和治疗指导方面存在局限性。研究人员假设，能够预测生存的新型PH聚类将揭示与所有PH组中血管健康生物标志物相关的机制表型。方法：研究人员首先通过对CC?PH（Cleveland Clinic PH）登记库（N=1529）进行无监督聚类分析，识别新型PH临床聚类。研究人员开发分类模型以预测新的PH聚类，随后将其应用于多中心PVDOMICS（Pulmonary Vascular Diseases Phenomics）队列（N=853）进行验证。研究人员比较新PH聚类间的无移植生存情况。研究人员量化精氨酸?一氧化氮（arginine?nitric oxide）通路的代谢物及D?二聚体水平，并计算全球精氨酸生物利用度（GABR，arginine/[ornithine+citrulline]），以评估新聚类中的内皮功能与活化，并将这些生物标志物与临床结局相关联。结果：聚类分析在CC?PH中识别出3个清晰的聚类，并在PVDOMICS中得到验证，且在预测无移植生存方面优于传统分类。与最差生存相关的表型表现为肺弥散能力下降、精氨酸生物利用度和硝酸盐水平降低以及D?二聚体水平升高，符合肺微循环丧失和内皮功能障碍的特征。结论：研究人员识别出与死亡率相关且具有信息量的新型PH表型，这些表型由内皮功能与活化生物标志物所定义。在所有PH谱系中，内皮健康丧失和显著的肺血管稀疏化对死亡率的影响较右心功能更为显著。注册信息：URL: https://www.clinicaltrials.gov；唯一标识符：NCT02980887。
该研究发表于《Journal of the American Heart Association》。目前肺动脉高压（Pulmonary Hypertension，PH）依据世界肺动脉高压研讨会（World Symposium on Pulmonary Hypertension，WSPH）分为5组，主要基于血流动力学、临床特征和潜在病因，近几十年来虽有所修订，但仍存在明显局限。现有分类无法充分捕捉患者异质性与组间重叠，阻碍了精细的生物学区分、预后判断以及基于生物学信息的个体化治疗。尤其是WSPH第1组肺动脉高压（Pulmonary Arterial Hypertension，PAH）的患者人口学特征发生变化，年龄增加且合并症增多，这引发了对现行分类方案局限性的思考，凸显了基于机制进行分组的必要性。PH的发病机制多因素，其中内皮功能障碍起核心作用。肺内皮具有防止渗漏、维持血管张力、白细胞转运、产生生长因子与细胞信号及防止凝血等多重功能。在PAH中，异常的内皮增殖与血管生成导致丛状病变，血管活性介质如一氧化氮（Nitric Oxide，NO）、内皮素?1和前列环素的产生紊乱，引起血管收缩、平滑肌增殖与血管重塑。NO由内皮NO合酶将精氨酸转化为NO与瓜氨酸而产生，功能性NO缺乏是PAH的关键致病机制。全球精氨酸生物利用度（Global Arginine Bioavailability Ratio，GABR，计算为arginine/[ornithine+citrulline]）是评估NO产生的更优指标，也是心血管健康的强预测因子。既往研究显示所有WSPH组中GABR均降低，提示共享的内皮功能障碍，但PH组内及组间的代谢物异质性支持存在不同的肺血管内型。D?二聚体作为内皮活化与血管内血栓形成的标志物在PH中尚未得到充分研究。基于血浆NO?精氨酸代谢物和D?二聚体水平，依据内皮健康对PH患者进行分型此前未被探索。研究人员假设，基于死亡或移植等硬临床终点并结合深度表型分析进行分组，可以揭示具有共享生物学机制的新型亚组，从而实现更精确的治疗干预。为此，研究人员使用CC?PH（Cleveland Clinic Pulmonary Hypertension）队列作为发现集识别临床聚类，并在多中心美国国家心肺血液研究所PVDOMICS（Pulmonary Vascular Diseases Phenomics）队列中进行验证，进一步检验与长期生存相关的PH表型是否伴随高水平GABR与硝酸盐、低D?二聚体及保留的一氧化碳肺弥散量（Diffusing Capacity of the Lung for Carbon Monoxide，DLCO）等内皮健康生物标志物。
为开展研究，研究人员主要使用了两个样本队列：发现队列为CC?PH登记库（N=1529），验证队列为多中心PVDOMICS队列（N=853）。关键技术方法包括：对两个队列进行数据协调与单位统一；筛选56个低共线性且缺失率低于20%的临床变量；采用链式方程法进行多重插补生成5个完整数据集；在CC?PH中发现集上应用K?均值（K?means）聚类算法并结合贝叶斯信息准则确定最优聚类数（K=3）；使用XGBoost梯度提升模型基于聚类变量训练分类器并在PVDOMICS中通过多数投票预测新聚类；采用高效液相色谱法测量精氨酸通路代谢物与尿硝酸盐，使用非靶向代谢组学分析；通过Kaplan–Meier曲线与Cox比例风险模型评估无移植生存；使用多变量逻辑回归以GABR和D?二聚体预测聚类归属并绘制微平均受试者工作特征曲线评估性能。
Results
在无移植生存方面，CC?PH中39.5%参与者死亡，42.0%死亡或接受肺移植，中位无移植生存为9.5年；PVDOMICS中死亡率29.2%，38.2%死亡或移植，中位为6.3年。传统WSPH分组与血流动力学分类的生存曲线存在差异但部分重叠且无全部显著差异。研究人员通过K?means在CC?PH中识别出3个明确聚类：Cluster 1为574人（38%），Cluster 2为470人（31%），Cluster 3为485人（32%）。三者的中位无移植生存分别为23.2年、7.2年和4.3年，Cluster 2风险比（Hazard Ratio，HR）为2.0（95% CI，1.6–2.4），Cluster 3为2.7（95% CI，2.3–3.4），预后由Cluster 1至Cluster 3逐渐恶化（P<0.001）。聚类贡献最重要的前三位变量为肺血管阻力（Pulmonary Vascular Resistance，PVR）、第一秒用力呼气容积（Forced Expiratory Volume in 1 second，FEV1）与B型利钠肽（B?type Natriuretic Peptide，BNP）。临床特征上，Cluster 3年龄最大（约67岁）、女性比例高、6分钟步行距离（6?Minute Walk Distance，6MWD）最短、肺功最差（最低FEV1、用力肺活量（Forced Vital Capacity，FVC）与DLCO），但肺毛细血管楔压（Pulmonary Capillary Wedge Pressure，PCWP）最高（20.3 mm Hg）；Cluster 2血流动力学最重（最高平均肺动脉压（mean Pulmonary Arterial Pressure，mPAP）与PVR，最低心输出量与搏出量）；Cluster 1最轻。新聚类跨越多个WSPH组与血流动力学类型，Cluster 2富集WSPH 1（69.1%），Cluster 3富集WSPH 2（43.7%）与联合前后毛细血管PH。
Validating New PH Clusters in PVDOMICS
在PVDOMICS中，预测归入Cluster 1为503人（59%）、Cluster 2为179人（21%）、Cluster 3为171人（20%）。预测聚类同样显示显著生存分离（P<0.001），Cluster 3中位无移植生存为3.6年，Cluster 2 HR=1.8（95% CI，1.4–2.4），Cluster 3 HR=2.9（95% CI，2.3–3.8）。以PVR、FEV1与BNP简化的模型预测准确率达79.5%。PVDOMICS中聚类临床特征与CC?PH一致：Cluster 3最老、女性多、步行距离短、肺功能差；Cluster 2血流动力学最重、PCWP最高在Cluster 3；超声示Cluster 2右室?肺动脉耦合最差。新聚类同样跨越各WSPH与血流动力学亚型。
NO?Arginine Metabolism and D?Dimer Levels Characterize the New PH Phenotypes
仅在PVDOMICS中有NO?精氨酸代谢物数据。Cluster 1精氨酸最高（106.9 μM），Cluster 3最低（92.1 μM）（P<0.001）；鸟氨酸与瓜氨酸在Cluster 3最高。GABR在Cluster 3降至0.71，Cluster 1为0.95，Cluster 2为0.79（P<0.001）。鸟氨酸/精氨酸与瓜氨酸/精氨酸比值在Cluster 3显著升高，提示精氨酸生物利用度因酶转化增加而降低。不对称二甲基精氨酸（Asymmetric Dimethylarginine，ADMA）与对称二甲基精氨酸合计信号在Cluster 3显著升高（0.38 vs 0.05与0.23）（P<0.001）。D?二聚体在Cluster 3最高（990 ng/mL），Cluster 2为635.3 ng/mL，Cluster 1为520.6 ng/mL（P<0.001）。仅用GABR与D?二聚体的多变量模型微平均曲线下面积为0.71，以此预测的聚类同样显示显著生存分离（P<0.001）；GABR每增加0.1的HR为0.90（95% CI，0.86–0.94），D?二聚体每翻倍HR为1.23（95% CI，1.12–1.35）。
在讨论部分，研究人员指出本研究识别出与生存相关且关联疾病特异性生物学机制（内型）的PH临床表型，提供了超越传统WSPH分类的精确框架以指导广泛PH患者的靶向治疗。血管健康是所有WSPH组中生存的强预测因子。数据驱动的聚类考虑了多变量交互，生成多维表型而非仅靠单一血流动力学阈值。Cluster 1生存最佳、血流动力学较轻、6MWD较高、BNP较低、功能分级较好，包含较多WSPH 1但较Cluster 2更多WSPH 2与3。Cluster 3年龄更大、女性多、心与肺合并症负担重、PCWP更高、肺功与血红素低、肾功能差、DLCO最低、步行距离最短、BNP最高，但其血流动力学除PCWP外较Cluster 2轻（PVR与mPAP更低、心脏指数更高），却生存最差，提示该表型存在显著肺血管丧失与稀疏化。既往研究表明心输出量与右房压预测预后较mPAP与PVR更一致，而本聚类显示Cluster 3代表以肺血管稀疏化为特征的PH表型并导致更高死亡风险。这与第1组PAH中DLCO显著降低的“肺表型”文献相符：年老、有吸烟史、类似第3组PH而非典型PAH，病理上缺乏丛状病变而更多微血管与毛细血管病变。本研究扩展至所有WSPH组并将临床表型关联至内皮健康。三聚类在NO?精氨酸代谢与D?二聚体差异显著：Cluster 3 DLCO降低伴最低GABR、最低尿硝酸盐与最高D?二聚体，符合NO缺乏、血管舒张受损、促血栓状态与气体交换受损的内型。Cluster 3虽PVR较低、心脏指数较高，仍最差生存，说明内皮丧失与NO?精氨酸代谢改变驱动死亡率且独立于血流动力学。仅用GABR与D?二聚体即可分层预测死亡的PH内型，强调保存内皮健康对生存至关重要。靶向与非靶向代谢组均显示Cluster 3功能性精氨酸生物利用度降低：ADMA升高提示NO合酶抑制，鸟氨酸/精氨酸升高提示精氨酸酶转化增强，瓜氨酸/精氨酸升高支持代谢通量增加，结合低GABR表明NO可用性受损由代谢需求增加与竞争性NO合酶抑制共同驱动。
结论部分总结：研究人员在发现队列识别出与死亡率相关的PH表型并在独立队列验证，这些表型跨越多种血流动力学轮廓、WSPH组与合并症，且关联内皮健康，GABR与D?二聚体成为新表型的强预测因子。高危表型以内皮血管舒张丧失、原位血栓形成与肺血管稀疏化导致气体交换显著减少为特征。
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