细胞外DNA清除功能受损与心脏手术后的心房颤动及死亡率升高相关

《Heart Rhythm》：Impaired extracellular DNA clearance is associated with post-operative atrial fibrillation and mortality after cardiac surgery

　　

摘要

背景

术后心房颤动是一种由原有易感因素与手术相关应激因素共同作用导致的疾病。虽然CHA₂DS₂-VA评分等临床风险评分能够反映临床风险因素，但却无法体现生物学机制。中性粒细胞活化以及细胞外DNA的释放，再通过内源性DNase的调节，可能构成术后心房颤动发展的关键机制。

目的

本研究旨在探讨中性粒细胞标志物与DNase活性作为术后心房颤动预测指标的可行性。

方法

本研究共纳入503名接受大型心血管手术的患者。在手术前检测了这些患者的dsDNA、瓜氨酸化组蛋白H3、中性粒细胞弹性酶、髓过氧化物酶以及DNase活性。通过调整CHA₂DS₂-VA评分后的逻辑回归分析，评估这些指标与术后心房颤动之间的关联。同时运用Cox回归分析心血管疾病死亡率和全因死亡率，通过比较嵌套回归模型来评估各项指标的预后价值。

结果

共有42.1%的患者出现了术后心房颤动。虽然各组患者的基线dsDNA水平没有差异，但多变量分析显示dsDNA与术后心房颤动存在独立关联。而DNase活性则与较低的术后心房颤动风险相关。将dsDNA除以DNase活性所得的DNase因子反而会增加术后心房颤动的风险。在加入该因子后，模型的拟合度显著提升。在中位数为72个月的随访期内，共有109名患者（21.7%）死亡，且dsDNA水平可独立预测患者死亡率，较高的DNase活性则与较低的死亡率相关。

结论

术前细胞外DNA负荷与DNase活性与术后心房颤动以及大型心血管手术后的长期死亡率密切相关。细胞外DNA调控异常反映了现有临床风险评分未能捕捉到的易感特征，可为疾病预后提供更多参考信息。

引言

术后心房颤动是大型心血管手术后的常见并发症，其发生率在1%到50%之间¹²³，且大多发生在手术后的72小时内⁴⁵。尽管这类心律失常通常无症状且呈阵发性，但它仍会导致较高的发病率和死亡率，还会增加住院时间⁶以及医疗成本²⁷。术后心房颤动的危险因素包括男性性别、年龄、原有心力衰竭、左心房扩大以及糖尿病³。目前已有多种结合人口统计学信息和手术相关因素的临床风险评分被用于预测术后心房颤动的发生⁸⁹¹⁰¹¹，不过其发病机制仍未完全明确。

中性粒细胞拥有多种功能机制，其中包括释放具有细胞毒性和促炎作用的物质，如髓过氧化物酶和中性粒细胞弹性酶¹²¹³。此外，在一种不同于凋亡和坏死的细胞死亡过程中，中性粒细胞还会释放出混有组蛋白和颗粒蛋白的解聚DNA纤维，这一过程被称为中性粒细胞外陷阱的形成¹⁴。中性粒细胞及其产生的中性粒细胞外陷阱是炎症及多种疾病的重要诱因，包括动脉粥样硬化、动脉血栓形成、糖尿病、自身免疫性疾病以及癌症¹⁵¹⁶。

越来越多的研究表明中性粒细胞外陷阱与炎症反应密切相关¹⁵¹⁷¹⁸。我们此前已经证实中性粒细胞外陷阱会对内皮细胞产生促炎作用¹⁹。除此之外，还有证据表明中性粒细胞外陷阱与纤维化之间存在因果关系。在小鼠模型中，中性粒细胞外陷阱被证明与年龄相关性心脏纤维化有着密切关联²⁰。而受到中性粒细胞外陷阱刺激的人类成纤维细胞则会增加胶原蛋白和结缔组织生长因子的表达²¹。此外，中性粒细胞外陷阱还会通过增强成纤维细胞的活性以及促进其从单核细胞分化而来，进而加重心肌纤维化²²，而这些单核细胞正是组织驻留成纤维细胞的前体细胞²³。脱氧核糖核酸酶具有降解中性粒细胞外陷阱和细胞外染色质的能力，正常的DNase功能有助于维持细胞外染色质与其降解产物之间的平衡²⁴²⁵。事实上，DNase缺乏与多种疾病相关，比如系统性红斑狼疮²⁶和血栓性微血管病²⁷。

目前有观点认为，纤维化和炎症都是导致心房颤动以及术后心房颤动发生的重要因素²⁸。在诱发心房颤动的实验性右心房切开术中，心房内的髓过氧化物酶活性以及心肌中的中性粒细胞浸润程度与心房激活的不均匀性呈正相关²⁹。在急性缺血性中风患者中，有心房颤动病史的患者体内，与中性粒细胞相关的双链DNA和瓜氨酸化组蛋白H3的水平会升高³⁰。不过除了这一发现之外，中性粒细胞炎症对心房颤动以及术后心房颤动的具体影响仍不明确。

本研究旨在探究中性粒细胞活化状态和DNase活性与接受大型心脏手术患者术后心房颤动发生之间的潜在关联。为此，我们在手术前采集了患者的血液样本，并推测那些无法被内源性DNase活性有效抑制的中性粒细胞活化标志物，会增加患者出现术后心房颤动的风险。

章节节选

研究对象

本研究前瞻性招募了503名在2013年5月至2018年10月期间因瓣膜性疾病或冠状动脉旁路移植术而接受选择性手术的患者³¹。纳入标准为年龄≥18岁，且计划接受冠状动脉旁路移植术或瓣膜置换手术。排除标准包括自身免疫性疾病、慢性炎症性疾病、活动性感染、正在接受免疫调节治疗、有恶性肿瘤病史，以及在手术时或手术前三个月内出现过心房颤动的情况。

统计分析方法

数据的分布情况通过Kolmogorov-Smirnov检验、Shapiro-Wilk检验以及直方图来进行分析。对于呈正态分布的数据，以均值±标准差的形式呈现；而对于非正态分布的数据，则以中位数[四分位数范围]的形式表示。在比较正态分布的变量时，使用非配对学生t检验，否则则采用Wilcoxon符号秩检验。根据数据分布的不同，分别运用皮尔逊相关系数或斯皮尔曼等级相关系数来计算变量间的相关性。

为了评估各种标志物之间的关联

患者基本信息

本研究共纳入503名患者在奥地利维也纳医科大学的心脏外科和心脏病学部门接受瓣膜置换术或冠状动脉旁路移植术之前的信息。这些患者的详细特征见表1。其中共有212名患者（42.1%）出现了术后心房颤动。与未出现术后心房颤动的患者相比，患有该病的患者的CHA₂DS₂-VA评分明显更高（见补充图S1A）。此外，患有术后心房颤动的患者年龄也大于未患该病的患者（见补充资料）

讨论

本研究探讨了中性粒细胞相关生物标志物，包括dsDNA以及作为其天然拮抗因子的DNase活性，在大型心脏手术术后心房颤动发展中的作用。我们的主要研究发现，手术前的dsDNA水平升高会独立增加术后心房颤动的发生风险，而较高的内源性DNase活性则具有保护作用（见图形摘要）。除了直接导致术后心房颤动之外，血浆中中性粒细胞相关标志物水平的升高还会与其他不良结局相关

结论

术前细胞外DNA水平与DNase活性与术后心房颤动以及长期死亡率存在关联，这表明细胞外DNA和先天免疫系统的活化可能是接受心血管手术患者原有的易感特征。在常规实验室检查中加入dsDNA和DNase活性的检测，有望进一步提升对这类手术患者风险的预测精度。在未来研究中，DNase或许可以作为潜在的治疗靶点进行进一步研究

数据与材料的获取途径

本研究中所使用和分析的所有数据集，可在合理请求下从相应作者处获取。

作者贡献

TMH负责该研究的构思、方法设计、数据测量与分析、项目整体管理、结果可视化处理、资金筹集以及论文撰写工作。ASO参与了方法设计、数据测量与分析，并对论文进行了审阅。AA、MB和TA负责数据测量与分析，同时也参与了论文审阅工作。FH、NK、AH、DZ和BS负责对患者进行相关调查，并对论文进行了审阅。IML负责对论文进行最终审校。AN和PS则负责项目的其他管理工作

致谢

无。

资金支持

本研究得到了奥地利维也纳市高校周年纪念基金的支持（项目编号：H-401401-2021）。

托马斯·M·霍夫鲍尔|安娜·S·翁德拉塞克|泰勒·阿特纳|阿德里安娜·阿斯兰|费利克斯·霍费尔|尼玛·卡泽姆|安德烈亚斯·哈默|米拉·布雷卡洛|丹尼尔·津普费尔|芭芭拉·施泰因莱希纳|艾琳·M·朗|亚历山大·尼斯纳|帕特里克·苏尔茨格鲁伯

奥地利维也纳大学医学部内科二科及心脏病科，地址：Waehringer Guertel 18-20，A-1090维也纳