體外循環(huán)術(shù)后急性腎損害早期診斷生物標志物的研究進展

劉昱兵　吳慶琛

摘要：急性腎損害（AKI）是體外循環(huán)（CPB）后的嚴重并發(fā)癥之一，由于CPB術(shù)后AKI（CPB-AKI）診斷標準的不統(tǒng)一及確診的延遲，其臨床預后較差。因此，針對CPB術(shù)后AKI的防治工作便顯得尤為重要，本文就CPB-AKI的生物標志物相關(guān)研究進展綜述如下，旨在為體外循環(huán)術(shù)后腎損害早期診斷的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：體外循環(huán)術(shù)后腎損害；急性腎損害；早期診斷；生物標志物

急性腎損害（AKI）是體外循環(huán)（CPB）后的嚴重并發(fā)癥之一，但既往缺乏統(tǒng)一的AKI診斷標準，不同研究報道的AKI發(fā)病率也相差甚遠。雖然腎功能不全在CPB術(shù)后發(fā)生率不是很高，但患者一旦進入腎功能衰竭并需要血液透析治療時，病死率就成倍上升至60%～80%；即使部分腎功能不全患者不需要血液透析治療，這部分患者仍有高達30%的病死率[1]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)心臟術(shù)后急性腎損害不僅可以引起短期死亡率的顯著升高[2]，還會增加慢性腎臟病發(fā)病風險，顯著影響患者的遠期生存率[3]。由于AKI的早期診斷較為困難及診斷標準的不統(tǒng)一，使治療效果與臨床預后較差.因此本文對AKI的生物標志物進行綜述，旨在為CPB術(shù)后AKI的早期診斷做參考。

1 體外循環(huán)術(shù)后急性腎損害（CPB-AKI）的診斷現(xiàn)狀

體外循環(huán)術(shù)后急性腎損害（CPB-AKI）是一種CPB后突發(fā)的（48h內(nèi)）、持續(xù)性的腎功能不全，具體表現(xiàn)為腎小球率過濾的降低。但介于既往缺乏統(tǒng)一的AKI診斷標準，文獻報道的CPB-AKI的發(fā)病率介于0.3%～29.7%之間，而術(shù)后腎衰竭（ARF），需要行透析治療的患者發(fā)病率為1.2～3.0%。2004年，急性透析質(zhì)量倡議小組（ADQI）制訂了ARF的RIFLE分級診斷標準[15]，依據(jù)血肌酐、腎小球濾過率（GFR）和尿量的變化對急性腎衰竭的診斷、監(jiān)測、分期分級進行了細致的描述，被學界所廣泛接受。隨后在2005年，AKI網(wǎng)絡（Acute Kidney Injury Network AKIN）在對于AKI的診斷，在RIFLE的基礎(chǔ)上進行了進一步的修訂，為目前最常用AKI診斷標準。AKIN將AKI定義為：48h內(nèi)血清肌酐（Scr）上升≥26.4μmoL/L或較基礎(chǔ)值（術(shù)前最低Scr值）增幅≥50%和（或）尿量<0.5mL/（kg·h）達6h。2006年，ADQI在對AKI的定義下對其進行進一步細化分級：分為腎功能不全的危險、腎功能受損、腎衰竭、腎功能喪失和終末期腎衰竭5 個級別，強調(diào)了AKI發(fā)生的動態(tài)過程，也有助于發(fā)現(xiàn)及診斷早期的AKI患者。但在腎損害早期，血肌酐和尿素氮值通常不高，只有腎實質(zhì)嚴重損害，腎小球濾過率下降至超過正常人的50%以上時[4]，血肌酐水平才會急劇升高，同時受多種因素影響，故敏感性差，無法及早反應腎功能變化、早期診斷AKI，診斷標準仍需不斷修改完善。

2 體外循環(huán)術(shù)后腎功能的監(jiān)測

2.1中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白（NGAL） NGAL是一種小分子量分泌性蛋白，屬于lipocalin蛋白家族，在細胞內(nèi)鐵離子的轉(zhuǎn)運、炎性反應、腫瘤的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要的作用。其最早被Mishra等發(fā)現(xiàn)在小鼠腎臟缺血模型中，NGAL基因早期即有存在表達；對CPB圍手術(shù)期兒童尿液、血液標本進行檢測，通過比較發(fā)現(xiàn)，NGAL在CPB 2h后，無論是血液、尿液中都有顯著升高，并且通過多變量分析顯示，CPB 2h后尿液中NGAL總量，是最有力的獨立預測AKI因子。相較于傳統(tǒng)的血清學指標血清肌酐，NGAL在對AKI的預測效能要強的多。近年來有研究指出，AKI時NGAL的增高比出現(xiàn)診斷性肌酐增高要早24～72h，同時該研究通過Meta分析進一步指出：血清、尿NGAL對CPB-AKI的早期診斷ROC曲線下面積為0.78。此外，術(shù)后12h血清NGAL水平跟平均住院時間、死亡率還有很強的關(guān)聯(lián)[5]。盡管NGAL擁有以上種種優(yōu)勢，但在不同文獻[6]報道的AKI診斷過程中的差異性表現(xiàn)尚缺乏充分解釋，這使得NGAL在臨床廣泛應用，還有很長的路要走。

2.2腎損傷分子-1（Human kidney injury molecule-1，KIM-1） KIM-1是近年來研究發(fā)現(xiàn)的位于近端腎小管上皮細胞的跨膜蛋白質(zhì)。在正常人的腎臟和尿液中，KIM-1的基因、蛋白表達不可被測得，而對急性腎小管壞死的患者進行尿液檢測發(fā)現(xiàn)，尿KIM-1能在鏡下發(fā)現(xiàn)任何管型之前被檢出，且可持續(xù)到恢復階段；糖尿病性腎病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡腎病患者的尿KIM-1水平即使在出現(xiàn)明顯尿蛋白之后也不增高；因此，尿KIM-1還可用于AFR的病因?qū)W診斷，使有效治療能早期實施。已有動物試驗證實，在缺血性和中毒性腎損傷時，近曲小管上皮細胞的KIM-1表達早期即急劇升高，其增高水平與腎小管損傷程度密切相關(guān)，是一種敏感性和特異性都較高的早期診斷腎損傷的標志物。目前已有報道國外學者將KIM-1應用于經(jīng)皮冠狀動脈介入治療術(shù)后的腎前性腎損害的早期診斷[7]。相較于NGAL，KIM-1在健康人體不表達、定位準確以及分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易受尿液中理化因素的影響等為其作為理想的腎損害生物標志物更添優(yōu)勢[8]。

2.3 尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶 （N-acetyl-b-D-glucosaminidase NAG） NAG是一種主要被發(fā)現(xiàn)在近端小管上皮細胞中高相對分子質(zhì)量的溶酶體酶。尿NAG活性增高常提示腎小管細胞損傷，同時尿NAG也可被作為衡量腎小管上皮細胞功能的生物標志物。在正常情況下，NAG不能通過腎小球濾過膜，但在腎病活動期尿NAG可持續(xù)性增高；除此之外非細胞性損傷的溶酶體活性增高也能導致尿NAG增高。在AKI致尿NAG排泌增多的報道中，病因主要考慮以下三點：藥物毒副作用、心血管術(shù)后以及腎移植術(shù)后，然而研究發(fā)現(xiàn)慢性腎小球疾病如糖尿病腎病也可導致尿NAG的增高，其特異性相對不佳，真正臨床使用價值仍然有限。近年來，國內(nèi)、外專家針對NAG的應用展開大量臨床實驗，1999年小范圍臨床研究發(fā)現(xiàn)CPB術(shù)后ARF組與未并發(fā)ARF組患者尿液中NAG含量雖有差異，但并不具有統(tǒng)計學意義，值得注意的是，Hamada選擇的病例數(shù)只有22例，其樣本量的欠缺是否導致錯誤結(jié)論尚值得探討。國內(nèi)孫龍報道利用NAG動態(tài)觀察體外循環(huán)與非體外循環(huán)下患者搭橋術(shù)后腎功能的改變，發(fā)現(xiàn)術(shù)后第3d、第5d差異具有顯著性，同時認為NAG可以作為CPB后觀察腎功能的指標。2009年Liangos等[9]同時對CPB圍手術(shù)期多個腎損傷指標進行比較，認為NAG在早期診斷AKI的敏感性上有欠缺。

2.4白細胞介素 18 （Interleukin-18，IL-18） IL-18是白細胞介素1家族的成員之一，是一種功能強大的前炎癥細胞因子，其以前體形式表達于單核巨噬細胞、未成熟樹突狀細胞、T、B淋巴細胞等表面。在正常人類腎臟的腎小管上皮細胞是IL-18的重要來源，具體定位于遠曲小管遠端、連接小管、集合管。在動物模型中，已經(jīng)證實IL-18與AKI的進展密切關(guān)聯(lián)[10]，這預示著IL-18可能成為診斷AKI新的標志物，近年來已有多項研究驗證其在臨床方面的應用的可能：Endre等對入ICU的成年患者研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過尿肌酐濃度校正的IL-18對入ICU后48h內(nèi)發(fā)生AKI患者的預測效能為AUC=0.55 （CI 0.47-0.62）[11]。Metzger等在針對早期AKI診斷的準確率方面研究，通過比較傳統(tǒng)腎功標志物跟尿蛋白組學分析，發(fā)現(xiàn)IL-18的ROC曲線下面積僅為0.57，然而Siew等[12]的大樣本（n =451）研究報道指出，IL-18對入ICU后24h內(nèi)發(fā)生AKI患者的預測效能為AUC=0.62 （CI 0.54-0.69）。Liangos等通過多因素回歸分析，顯示IL-18在CPB術(shù)后2h上升2倍者，出現(xiàn)AKI的概率為對照組1.38倍（P=0.04），此時最佳的預測效能為AUC=0.66 （CI 0.49-0.83）。

2.5肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白 （Liver fatty acid binding protein，L-FABP） L-FABP屬于脂肪酸結(jié)合蛋白家族，是一種分子量為14400 Mr 細胞質(zhì)蛋白，正常生理條件下，各脂肪酸代謝旺盛的組織表達L-FABP，經(jīng)腎小球過濾后在近曲小管被重吸收[13]。腎臟疾病狀態(tài)下，小管間質(zhì)性損害可減少近曲小管L-FABP的重吸收，導致尿中L-FABP升高[14]。Portilla等[15]對兒童心臟手術(shù)的前瞻性研究報道，AKI患者的尿L-FABP明顯升高，并且尿L-FABP在心臟手術(shù)后的4h出現(xiàn)高峰，其中，需要注意L-FABP也在肝臟大量的表達，尿L-FABP可能會受到血 L-FABP的影響；但是在CPB術(shù)后的AKI的病例研究中發(fā)現(xiàn)，既有急性肝損傷又有AKI的一組患者，其血L-FABP水平是在術(shù)后12h出現(xiàn)高峰，而尿L-FABP在術(shù)后4h出現(xiàn)高峰，12h開始下降，由此可以推斷尿L-FABP是由于近端腎小管分泌的，而不是來源于血清L-FABP的濾過。同時多項研究也提示[16-17]，尿L-FABP在多種病因?qū)е碌腁KI早期即會短時間內(nèi)顯著增高，如急性腎小管壞死、膿毒血癥、對比劑腎病、腎毒性物質(zhì)接觸、心臟大血管術(shù)后等。這些都證明尿L-FABP在多種類型的AKI早期評價中具有重要價值，尤其是作為近端小管損傷的敏感標記物。

3 結(jié)語

隨著醫(yī)學的發(fā)展，心臟病體外循環(huán)術(shù)日臻成熟，其并發(fā)癥發(fā)生率明顯降低，但急性腎損傷仍然是其術(shù)后較嚴重并發(fā)癥之一，尚缺乏有效的治療措施；因此，早期發(fā)現(xiàn)急性腎損害的意義重大，目前臨床上診斷AKI主要依靠術(shù)后血清肌酐的變化，但是血清肌酐變化易受性別、年齡、進食、肌肉含量及藥物等因素影響，特異度和敏感度均較低，通常在腎功能受損后數(shù)日才有明顯升高，用作外循環(huán)術(shù)后AKI的早期診斷有一定局限性，會明顯延誤AKI的診斷。本文介紹的5種生物標志物靈敏度高、檢測取材簡便、快速，相較于肌酐在某些方面有著巨大優(yōu)勢，但是目前的研究尚處于初級階段，這些新發(fā)現(xiàn)的AKI早期診斷生物學指標是否能夠應用于臨床，還需要進一步的大樣本多中心的臨床試驗驗證。

參考文獻：

[1]Rodrigues AJ，Evora PR，Bassetto S，et al.Risk factors for acute renal failure after heart surgery[J].Rev Bras Cir Cardiovasc，2009，24（4）441-446.

[2]Lo LJ，Go AS，Chertow GM，et al.Dialysis-requiring acute renal failure increases the risk of progressive chronic kidney disease[J].Kidney Int，2009，76：893-899.

[3]Lafrance JP，MillerDR.Acute kidney injury associatesd with increased long-term mortality[J].J Am Soc Nephrol，2010，21：345-352.

[4]Haase M，Bellomo R，Matalanis G，et al.A comparison of the RIFLE and Acute Kidney Injury Network classifica-tions for cardiac surgery-associated acute kidney injury：a prospective cohort study[J].J Thorac Cardiovasc Surg，2009，138：1370-1376.

[5]McIlroy DR，Wagener G，Lee HT. Biomarkers of acute kidney injury：an evolving domain[J].Anesthesiology，2010，112：998-1004.

[6]Perry TE， Muehlschlegel JD，Liu KY，et al.Plasma neutrophil gelatinase-associated lipocalin and acute postoperative kidney injury in adult cardiac surgical patients[J].Anesth Analg，2010，110：1541-1547.

[7]Luo Q，Zhou F，Dong H et al .Implication of combined urinary biomarkers in early diagnosis of acute kidney injury following percutaneous coronary intervention[J].Clin Nephrol，2013，79：85-92.

[8]Bonventre JV.Kidney injury molecule-1（KIM-1）a urinary biomarker and much more[J].Nephrol Dial Transplant，2009，24：3265-3268.

[9]Liangos O，Tighouart H，Perianayagam MC，et al.Comparative analysis of urinary biomarkers for early detection of acute kidney injury following cardiopulmonary bypass[J].Biomarkers，2009，14（6）：423-431.

[10]de Geus H R H，Betjes M G，Bakker J.Biomarkers for the prediction of acute kidney injury：a narrative review on current status and future challenges[J].Clinical kidney journal，2012，5（2）102-108.

[11]Endre ZH，Pickering JW，Walker RJ，et al.Improved performance of urinary biomarkers of acute kidney injury in the critically ill by stratification for injury duration and baseline renal function[J].Kidney Int，2011，79：1119-1130.

[12]Siew ED，Ikizler TA，T，et al.Elevated urinary IL-18 levels at the time of ICU admission predict adverse clinical outcomes[J].Clin J Am Soc Nephrol，2010，5：1497-1505.

[13]Manabe K，Kamihata H，Motohiro M，et al.Urinary liver-type fatty acid-binding protein level as a predictive biomarker of contrast-induced acute kidney injury[J].Eur J Clin Invest，2012，42：557-563.

[14]Matsui K，Kamijo-Ikemori A，Hara M，et al.Clinical significance of tubular and podocyte biomarkers in acute kidney injury[J].Clin Exp Nephrol，2011，15：220-225.

[15]Portilla D，Dent C，Sugaya T，et al.Liver fatty acid-binding protein as a biomarker of acute kidney injury after cardiac surgery[J].Kidney Int，2008，73：465-472.

[16]Ferguson MA，Vaidya VS，Waikar SS，et al.Urinary liver-type fatty acid-binding protein predicts adverse out-comes in acute kidney injury[J].Kidney Int，2010，77：708-714.

[17]Matsui K，Kamijo-Ikemori A，Sugaya T，et al.Use-fulness of urinary biomarkers in early detection of acute kidney injury after cardiac surgery in adults[J].Circ J，2012，76：213-220.

編輯/哈濤