综述：β-地中海贫血中的内皮功能障碍：机制、生物标志物、血管影像学及治疗展望

《Thalassemia Reports》：Endothelial Dysfunction in β-Thalassemia: Mechanisms, Biomarkers, Vascular Imaging and Therapeutic Perspectives

　　

摘要 背景/目的： 内皮功能障碍日益被认为是β-地中海贫血血管并发症的关键促成因素，但在临床评估和治疗试验设计中仍未得到充分整合。本综述总结了β-地中海贫血临床谱系中内皮功能障碍的机制、生物标志物、血管影像学发现及治疗展望方面的现有证据。方法： 使用与β-地中海贫血中内皮功能障碍、一氧化氮、氧化应激、黏附分子、细胞外囊泡、血管影像学和治疗相关的预定义术语，在PubMed进行了聚焦检索。纳入了评估β-地中海贫血患者内皮功能障碍、血管生物标志物、影像学或心血管结局的原始研究和系统综述。结果： 内皮功能障碍源于溶血驱动的一氧化氮耗竭、游离血红素和铁介导的氧化损伤、慢性炎症、细胞外囊泡介导的血管激活以及高凝状态之间的相互作用。荟萃分析显示，细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）、E-选择素、P-选择素和内皮素-1显著升高。新兴生物标志物包括内皮激活和应激指数（EASIX）、脂肪细胞因子和血清代谢组学。血管影像学显示血流介导的扩张受损、颈动脉内中膜厚度增加、脉搏波传导速度升高和肺动脉高压，且在输血依赖性地中海贫血（TDT）和非输血依赖性地中海贫血（NTDT）中表现出不同的血管表型。铁螯合、罗特西普、米替匹韦和基于基因的治愈性疗法在改善内皮功能方面具有强有力的生物学依据，尽管血管终点指标很少被评估。结论： 内皮功能障碍是β-地中海贫血血管病变中一个多维度且潜在可修正的组成部分。未来的临床试验应将标准化的内皮生物标志物和血管影像学作为预设终点，并分别评估TDT和NTDT，以推进基于机制的血管治疗。

3. β-地中海贫血内皮功能障碍的病理生理基础

β-地中海贫血的内皮功能障碍并非由单一途径驱动，而是源于溶血、一氧化氮（NO）耗竭、游离血红素和铁介导的氧化损伤、慢性炎症、细胞外囊泡（EV）释放、血小板活化、高凝状态和血管修复受损等多重因素的交汇。这些机制紧密相连：溶血和铁过载促进氧化应激和内皮激活；激活的内皮反过来增强白细胞和血小板黏附；促凝血细胞外囊泡进一步放大凝血酶生成和血管炎症。各途径在TDT和NTDT中的相对贡献不同，因此在评估生物标志物、血管影像学发现和治疗反应时，进行表型特异性解读至关重要。

3.1. 溶血和一氧化氮耗竭

β-地中海贫血内皮功能障碍的核心机制之一是NO生物利用度降低。在慢性溶血状态下，NO通过多种汇聚机制被耗竭：细胞游离血红蛋白迅速清除NO；裂解红细胞释放的精氨酸酶耗竭L-精氨酸；氧化应激诱导内皮型一氧化氮合酶（eNOS）脱偶联。精氨酸–NO轴在NTDT中尤为重要，持续性溶血和无效造血未被输血有效抑制。在HbE/β-地中海贫血中，循环NO代谢物降低与血流介导的扩张（FMD）受损相关，支持内皮而非血管平滑肌功能障碍为主要缺陷。

3.2. 游离血红素、铁和氧化性内皮损伤

细胞游离血红蛋白、游离血红素和非转铁蛋白结合铁是放大氧化应激和血管炎症的内皮损伤互补介质。游离血红素通过Toll样受体4（TLR4）信号直接激活内皮细胞，诱导ICAM-1、VCAM-1和E-选择素表达，并触发Weibel–Palade小体脱颗粒。铁过载源于慢性输血、血红素抑制导致的肠道铁吸收增加及持续溶血。非转铁蛋白结合铁催化Fenton反应，产生活性氧（ROS），损伤内皮脂质、蛋白质和线粒体。超高效液相色谱-静电场轨道阱质谱（UHPLC–Orbitrap MS）研究鉴定出溶血磷脂酰胆碱（LysoPCs）、多不饱和脂肪酸（PUFA）富集的磷脂酰胆碱等主要判别代谢物，支持磷脂酶A2（PLA2）介导的膜重塑机制。

3.3. 慢性炎症和内皮激活

β-地中海贫血以持续性低度全身性炎症为特征，循环白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、C反应蛋白（CRP）水平升高。在TDT队列中，前臂反应性充血受损伴随IL-6、可溶性VCAM-1（sVCAM-1）和可溶性ICAM-1（sICAM-1）显著升高，且均与血清铁蛋白正相关。TDT患者一致表现为瘦素降低和脂联素升高，两者均与内皮激活标志物相关。多变量分析中，血清铁蛋白和铁螯合延迟启动是血管炎症的主要独立决定因素。

3.4. 细胞外囊泡和微粒

来源于受损红细胞、血小板、白细胞和内皮的细胞外囊泡是内皮功能障碍和血管病理的活跃介质。体外实验表明，β-地中海贫血/HbE患者分离的微粒可直接诱导内皮表达组织因子、IL-6、IL-8、ICAM-1、VCAM-1和E-选择素。脾切除术进一步放大这一致病途径，脾切除患者循环IgG阳性红细胞和血小板来源EV增加。年轻TDT患者循环微粒水平升高与肺动脉高压风险、既往血栓事件、血清铁蛋白、D-二聚体、血管性血友病因子（vWF）及主动脉僵硬度增加相关。

3.5. 高凝状态、血小板活化和脾切除术

β-地中海贫血的内皮功能障碍在更广泛的高凝环境中发展，其特征包括异常红细胞磷脂酰丝氨酸暴露、血小板活化、携带组织因子的微粒、凝血酶生成增强、蛋白C和蛋白S活性受损。脾切除术通过损害异常红细胞、促凝血微粒的清除而加剧促血栓表型。在NTDT中，血栓栓塞事件与脾切除术、有核红细胞和血小板计数升高、肺动脉高压及缺乏规律输血治疗密切相关。

4. 内皮功能障碍的生物标志物

4.1. 黏附分子：ICAM-1、VCAM-1和选择素

可溶性ICAM-1和sVCAM-1是研究最广泛的内皮激活生物标志物。一项纳入41项研究的荟萃分析显示，ICAM-1（标准化均数差[SMD] 2.15）、VCAM-1（SMD 2.50）、E-选择素（SMD 1.21）和P-选择素（SMD 1.62）显著升高。在TDT患者中，sICAM-1和sVCAM-1显著升高，内皮激活与血清铁蛋白相关，血清铁蛋白和铁螯合延迟是黏附分子升高的独立预测因子。

4.2. 内皮素-1

内皮素-1（ET-1）提供内皮血管舒缩功能的补充信息。循环ET-1浓度在荟萃分析中显著升高，并对输血产生动态反应。ET-1通过持续血管收缩和血管平滑肌增殖促进肺血管重塑，对识别肺动脉高压风险患者尤为重要。

4.3. 一氧化氮代谢物、精氨酸、精氨酸酶和ADMA

NO途径可通过血浆亚硝酸盐/硝酸盐（NOx）、L-精氨酸、鸟氨酸、精氨酸酶和不对称二甲基精氨酸（ADMA）评估。成人HbE/β-地中海贫血患者血浆NOx浓度显著低于健康对照，且与FMD受损相关。荟萃分析未发现NO代谢物或ADMA的显著合并差异，反映样本处理、分析方法、输血时机和疾病严重程度的异质性。

4.4. 血管性血友病因子、血栓调节蛋白和内皮微粒

vWF抗原是内皮损伤的标志物，年轻TDT合并超声心动图心脏病患者vWF水平显著升高。可溶性血栓调节蛋白在HbE/β-地中海贫血中升高但不与FMD相关。CD144阳性内皮微粒（EMPs）在年轻β-地中海贫血患者中增加，与vWF浓度相关，在合并超声心动图心脏病者中更丰富。

4.5. 氧化应激标志物和EASIX

丙二醛（MDA）和高铁血红蛋白是血管氧化应激的既定生物标志物，在TDT中均显著升高，并与内皮激活和应激指数（EASIX）强相关。EASIX整合乳酸脱氢酶、肌酐和血小板计数，在TDT中脾切除患者显著更高，并与血清铁蛋白和CRP正相关。异基因造血干细胞移植中，移植前EASIX > 0.85独立预测TDT患者第100天移植相关死亡率。

4.6. 脂肪细胞因子作为整合性血管生物标志物

β-地中海贫血的特征是瘦素降低和脂联素升高，重症患者抵抗素和内脏脂肪素额外升高。这些改变与铁负荷、炎症活动和内皮激活相关，可作为传统标志物的补充。

4.7. 血清代谢组学作为新兴生物标志物模式

非靶向代谢组学提供内皮功能障碍生化紊乱的系统级评估。早期研究确定甘油磷脂、脂肪酸、糖酵解、丙酮酸和丙酸代谢的可重复改变。UHPLC–Orbitrap MS鉴定LysoPCs、花生四烯酸富集磷脂酰胆碱、结合胆汁酸和胆红素为主要判别代谢物，支持铁介导氧化应激、PLA2介导膜重塑与内皮激活之间的机制联系。

4.8. 血管生成和血管修复标志物

循环内皮祖细胞（EPCs）是内皮再生的替代标志物。年轻TDT患者循环EPCs显著增加，合并超声心动图心脏病者进一步升高。可溶性fms样酪氨酸激酶-1（sFlt-1）在NTDT中升高，与内皮功能障碍和肺动脉高压风险标志物相关。

5. 血管影像学和功能评估

5.1. 血流介导的扩张

肱动脉FMD是评估内皮依赖性血管舒张的最广泛验证的无创指标。年轻成人TDT患者FMD显著受损，而硝酸甘油（GTN）介导的血管舒张保留，确认内皮而非血管平滑肌功能障碍。FMD降低与颈动脉僵硬度指数和肱桡动脉PWV负相关。TDT患者前臂反应性充血降低43%，与sICAM-1、sVCAM-1和血清铁蛋白相关。儿科研究同样显示FMD受损和氧化应激增加。

5.2. 颈动脉内中膜厚度

cIMT是亚临床动脉重塑和血管老化的验证标志物。TDT患者cIMT持续增加，并与动脉僵硬度及内皮损伤和修复的循环生物标志物（包括vWF、EMPs和EPCs）相关。β-地中海贫血患者常缺乏传统心血管危险因素，cIMT增加提供了疾病特异性血管环境加速动脉重塑的令人信服的证据。

5.3. 动脉僵硬度与脉搏波传导速度

动脉僵硬度整合结构变化（弹性蛋白断裂、胶原沉积、铁介导中膜损伤）与功能变化。TDT患者颈动脉僵硬度指数和肱桡动脉PWV增加，与FMD负相关。微粒水平与年轻TDT患者主动脉壁僵硬度相关。2026年一项研究显示，重型β-地中海贫血儿童PWV和cIMT显著高于对照，且与ADMA水平密切相关。

5.4. 冠状动脉微血管功能

经胸多普勒超声心动图在药物血管扩张应激下测量的冠状动脉血流储备（CFR）反映冠状动脉宏观和微循环的整合功能容量。TDT患者CFR显著受损，同时FMD降低和cIMT增加，证明同一队列中功能和结构血管异常共存。甲襞视频毛细血管镜检查可能提供评估全身微血管功能障碍的补充无创方法。

5.5. 肺动脉高压评估

肺动脉高压（PH）是β-地中海贫血最重要的临床血管并发症，主要发生在NTDT，尤其是脾切除术后。推荐使用三尖瓣反流速度（TRV）≥ 2.5 m/s的超声心动图筛查，但右心导管检查对确诊至关重要。希腊约阿尼纳的一项单中心研究显示，在双心室功能正常的TDT患者中，血清铁蛋白和螯合延迟启动是肺动脉收缩压升高的唯一独立预测因子。

6. TDT与NTDT的差异

内皮功能障碍并非β-地中海贫血临床谱系中的统一过程。TDT中，规律输血抑制无效造血和慢性溶血，但通过输血铁过载、非转铁蛋白结合铁、同种免疫、慢性炎症引入额外血管应激。TDT的血管表型以铁驱动的氧化性内皮损伤为主要特征。NTDT中，持续性无效造血、慢性溶血、脾切除术和高凝状态是内皮功能障碍的主要驱动因素。脾切除NTDT患者10年静脉血栓栓塞患病率接近29%。未来研究应前瞻性地将TDT和NTDT作为不同血管表型分析，纳入脾切除状态、溶血标志物、输血强度和铁负荷作为关键协变量。

7. 临床血管表型

7.1. 肺动脉高压

肺动脉高压整合溶血驱动的NO耗竭、ET-1升高、血小板活化、促凝血微粒、脾切除术和血管重塑，在NTDT中比优化输血的TDT更常见。在TDT相关PH中，优化螯合是首要治疗；而在NTDT相关PH中，针对溶血和促凝血驱动因素的治疗优先。

7.2. 血栓形成

血栓栓塞事件与NTDT和脾切除术特别相关。β-地中海贫血的高凝状态涵盖异常红细胞磷脂酰丝氨酸暴露、蛋白C和S活性降低、组织因子升高、凝血酶生成增加和纤溶受损。最高风险人群是脾切除的NTDT患者，伴有有核红细胞升高、血小板增多、肺动脉高压和既往血栓栓塞事件。

7.3. 亚临床动脉粥样硬化和早期血管老化

β-地中海贫血的加速血管老化以cIMT增加、动脉僵硬度升高、FMD受损和主动脉弹性异常为特征，即使在没有传统心血管危险因素的儿童和年轻成人中也发生。初步数据显示，老龄化地中海贫血队列中动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）患病率约16%，主要与传统心血管危险因素相关。

7.4. β-地中海贫血的血管-心脏相互作用

内皮功能障碍和动脉僵硬化独立于铁对心室重塑也有贡献。动脉僵硬度增加加重左心室后负荷并损害舒张期充盈，慢性贫血产生高输出状态伴心腔扩张，冠状动脉微血管功能障碍可能限制心肌灌注和收缩储备。全面心血管评估应整合心脏磁共振成像、超声心动图（包括整体纵向应变）、动脉僵硬度指数和内皮生物标志物。

8. 治疗展望

8.1. 优化输血

规律输血通过抑制无效造血、减少慢性溶血来改善内皮功能障碍，但促进进行性铁积累。储存红细胞单位含生物活性脂质和促凝血微粒。在NTDT中，选择性输血可减轻溶血驱动的内皮功能障碍，但需平衡输血铁过载。

8.2. 铁螯合

铁螯合直接靶向非转铁蛋白结合铁和易变血浆铁介导的氧化性内皮损伤。去铁胺、去铁酮和地拉罗司在药理学、组织分布和抗氧化特性上不同。单中心队列数据确定血清铁蛋白和螯合延迟为TDT黏附分子升高和肺动脉高压的主要独立预测因子，支持早期充分螯合作为血管保护策略。

8.3. 抗氧化剂

维生素E、N-乙酰半胱氨酸、槲皮素和姜黄素的小型临床研究显示可降低β-地中海贫血的氧化应激生物标志物，但均未证明改善内皮功能或血管结局。抗氧化疗法在β-地中海贫血中仍处于研究阶段。

8.4. 红系靶向治疗

羟基脲诱导胎儿血红蛋白，减少NTDT患者的无效造血。rHuEPO对照研究未发现sICAM-1、可溶性E-选择素或内皮素-3的显著变化。口服丙酮酸激酶激活剂米替匹韦在ENERGIZE和ENERGIZE-T试验中显著改善贫血和输血负担。罗特西普在成人TDT中减少输血负担，长期NTDT数据确认约4.6年持续血红蛋白改善。这些疗法具有改善内皮功能的生物学依据，但血管终点尚未被评估。

8.5. 抗血小板和抗凝方法

当前指南推荐对已记录的血栓栓塞事件进行抗凝治疗。无既往血栓栓塞事件时的预防性抗血栓治疗目前未被循证指南推荐支持，可在个体化基础上考虑用于精心选择的高危患者。

8.6. 肺动脉高压靶向治疗

肺血管扩张剂治疗不应在右心导管确认毛细血管前肺动脉高压并排除其他原因前启动。大多数超声心动图肺动脉压升高的患者，优化基础疾病仍是首要治疗优先事项。磷酸二酯酶-5（PDE-5）抑制剂和内皮素受体拮抗剂（ERAs）针对NO–ET-1失衡，但结果不一致。

8.7. 造血干细胞移植和基因治疗

异基因造血干细胞移植（HSCT）和基因疗法通过纠正潜在血红蛋白病，可能消除内皮功能障碍的主要驱动因素。基因添加疗法betibeglogene autotemcel和CRISPR-Cas9基因编辑exagamglogene autotemcel在3期研究中实现高比例输血独立。长期随访支持基因添加疗法的持久性。治愈性疗法能否逆转已确立的血管病变或主要预防其进展仍是未解问题。

9. 未来方向和结论

内皮功能障碍已成为连接慢性溶血、NO耗竭、铁和血红素介导的氧化应激、炎症、细胞外囊泡释放、高凝状态和血管修复受损与β-地中海贫血主要心血管并发症的核心机制。当前证据受限于异质性横断面研究和不一致的血管结局指标。未来研究应前瞻性评估TDT和NTDT作为不同血管表型，标准化内皮生物标志物、EV分析、代谢组学分析和血管影像学。尽管当前疗法已改变β-地中海贫血管理，但其血管获益仍未得到证实，因为尚无研究使用内皮生物标志物或血管影像学作为预设主要终点。证据支持将内皮功能障碍视为β-地中海贫血心血管风险的核心决定因素和潜在可修正的治疗靶点。