急性腎損傷相關新型生物標記物的研究進展

賈會苗 黃立鋒 李文雄

·綜述·

急性腎損傷相關新型生物標記物的研究進展

賈會苗 黃立鋒 李文雄

急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)是住院患者和ICU患者的常見病癥。一旦發(fā)生AKI,患者ICU停留時間和住院時間均顯著延長,病死率明顯增加。因此,早期診斷AKI發(fā)生,防止疾病進展,對改善預后至關重要[1]。2012年,改善全球腎臟病預后組織(kidney disease improving global outcomes,KDIGO)提出了更加全面和統(tǒng)一的AKI診斷和分級標準[2]。該標準以血肌酐和尿量的變化值來定義AKI的發(fā)生和分級。但這兩種指標都不具有腎臟特異性,會受到很多因素的影響。如患者的年齡、種族、飲食、肌肉量、肌酐分布容積以及肝臟疾病等都會影響血肌酐的濃度并導致檢測結果不準確。用血肌酐診斷AKI的發(fā)生還存在一定的延遲性,腎臟受傷后24～36 h之后其濃度才會顯著上升。尿量的影響因素也很多,如利尿劑的應用、血漿滲透壓和腎小管的功能等[3]。因此,臨床一直期望可以找到敏感性更高、特異性更強的新型生物標記物來早期預測AKI發(fā)生,從而實施早期監(jiān)測和有效預防措施,防止疾病進展,降低患者病死率。

AKI新型生物標記物能早期診斷AKI發(fā)生,在血肌酐濃度升高前12～48 h即開始升高[4]。筆者就不同類型標志物進行綜述。

一、腎臟功能標記物

胱抑素C(cystatin c,Cys C)是一種小分子蛋白質,所有的有核細胞都能穩(wěn)定地產(chǎn)生,在體內幾乎可以全部被腎小球濾過。經(jīng)腎小球濾過的Cys C大部分在近端腎小管被重吸收,其余小部分被降解后隨尿液排出體外。與肌酐相比,Cys C反映GFR下降更敏感[5]。當腎小球濾過率(glomerular filtration rate,GFR)下降時血Cys C濃度升高,腎小管損傷,重吸收減少時,尿Cys C濃度升高。有研究表明,尿Cys C不僅可以早期診斷AKI發(fā)生,還可以預測AKI患者腎臟替代治療(renal replacement therapy,RRT)需要和30 d病死率[6]。

二、腎臟結構損傷標記物

1．中性粒細胞明膠酶相關載脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL):NGAL是目前唯一應用于臨床的AKI結構損傷標記物。正常尿液中NGAL含量很少,發(fā)生缺血性AKI時腎小管升支粗段分泌NGAL增多,從而使尿液中濃度增加。發(fā)生AKI時肝臟合成NAGL增多,會導致血液中的NGAL濃度增加[7]。有研究表明早期檢測血和(或)尿NGAL可以早期診斷AKI發(fā)生,評估疾病嚴重程度,預測RRT需要和病死率[8]。Nisula等[9]做了一項前瞻性隊列研究,用尿NGAL預測重癥AKI患者RRT需要率和90 d病死率,結果發(fā)現(xiàn)尿NGAL具有很好評估AKI患者預后的價值。

2．腎損傷分子(kidney injury molecule-1,KIM-1):KIM-1是反映腎小管損傷的一個敏感指標。近端腎小管損傷后 KIM-1表達增加,其胞外段脫落至尿液中,導致尿KIM-1濃度增加[10]。發(fā)生急性腎小管壞死時,尿KIM-1能早期預測AKI發(fā)生,但其預測RRT需要和臨床預后的價值相對較差[11]。

3．N-乙酰β-D-氨基葡萄糖苷酶(n-acetyl-β-D-glucosamininidase,NAG):NAG分子量較大,正常情況下不能被腎小球濾過。其主要存在于近端腎小管的溶酶體中,當腎小管損傷時大量NAG釋放至尿液中,使尿NAG濃度顯著增加[12]。尿NAG也是早期預測AKI發(fā)生的敏感標記物,其濃度上升12 h至4 d后血肌酐才上升至異常值[13]。

4．肝臟脂肪酸結合蛋白(liver fatty acid-binding protein,L-FABP):L-FABP存在于近端腎小管的溶酶體中,經(jīng)腎小球濾過后被近端腎小管重吸收。腎小管損傷后,L-FABP被釋放到腎小管腔內,從而使尿液中L-FABP濃度增加[14]。一項針對心臟術后成年患者的研究,術后即刻留取尿液,檢測L-FABP濃度來預測AKI發(fā)生。結果顯示尿L-FABP具有很好的預測AKI發(fā)生的價值,受試者工作曲線下面積(AUC)為0.832,術后2 h尿L-FABP預測AKI發(fā)生的AUC為0.808[15]。另外一篇薈萃分析結果表明,尿L-FABP不僅可以早期診斷AKI發(fā)生,還可以預測RRT需要和臨床預后[16]。

5.內皮抑制素:內皮抑制素是膠原ⅩⅧC端的一個片段,由膠ⅩⅧ水解產(chǎn)生。膠原ⅩⅧ廣泛存在于腎血管內皮、腎小球及腎小管基底膜中。發(fā)生急性腎損傷時,膠原ⅩⅧ在蛋白酶的作用下分解,釋放C端片段入血,從而使血液中內皮抑制素濃度升高。M?rtensson等[17]做了一項前瞻性隊列研究,共納入93例ICU患者,在患者入ICU 48 h內留取第一份血樣,之后于每天早晚各留取一份血樣檢測血NGAL、Cys C及內皮抑制素濃度。結果顯示,內皮抑制素不僅可以早期預測AKI發(fā)生,而且其價值要優(yōu)于NGAL和Cys C。

三、急性腎應激標記物

金屬蛋白酶組織抑制劑-2(tissue inhibitor of metalloproteinases-2,TIMP-2)和胰島素樣生長因子結合蛋白7(insulin-like growth factor-binding protein 7,IGFBP 7)是目前備受關注的非常具有發(fā)展前景的AKI新型生物標記物。TIMP-2和IGFBP7都屬于G1細胞周期阻滯因子,反應腎臟損傷前的一種急性腎臟應激狀態(tài)。腎臟在受到炎癥或缺血等打擊后,能分泌出G1細胞周期阻滯因子作用于腎小管上皮細胞,使其處于G1細胞周期阻滯階段,待上皮細胞基因整合修復后再重新開始工作[18]。一項前瞻性多中心隊列研究結果表明,尿[TIMP-2]·[IGFBP7]能有效預測AKI的發(fā)生,且其預測價值要優(yōu)于之前研究的包括NGAL、Cys C和L-FABP在內的340種生物標記物[19]。尿[TIMP-2]·[IGFBP7]>0.3 (ng/mL)2/1,000的患者有很高的發(fā)生AKI的風險,其風險是尿[TIMP-2]·[IGFBP7]<0.3(ng/mL)2/1,000患者的7倍[19]。

四、聯(lián)合多種生物標記物

研究結果顯示聯(lián)合多種生物標記物或生物標記物聯(lián)合臨床指標一起預測AKI的發(fā)生、RRT需要和預后有更好的實用價值。有研究結果表明,聯(lián)合NGAL、Cys-C和KIM-1一起預測急性心衰患者發(fā)生AKI的AUC要高于應用任一單一指標[20]。在內皮抑制素預測AKI發(fā)生的研究中,單獨應用內皮抑制素預測AKI發(fā)生的AUC為0.759,當聯(lián)合內皮抑制素和臨床指標一起預測AKI發(fā)生時,AUC增加至0.859[17]。第十屆急性透析質量倡議共識會議主張聯(lián)合腎臟功能標記物和結構損傷標記物一起預測AKI的發(fā)生[21]。根據(jù)AKI生物標記物的檢測結果可分為4個亞組:(1)正常腎臟:兩種標記物檢測無異常值。(2)功能標記物檢測異常值,結構損傷標記物檢測無異常值。(3)功能標記物檢測無異常值,結構損傷標記物檢測異常值。(4)兩種標記物檢測均異常值。當藥物導致腎毒性AKI時,早期可表現(xiàn)為腎小管結構損傷,但無腎功能的改變,標記物檢測結果可以是“功能性標記物(-)損傷性標記物(+)”。但對于循環(huán)容量不足導致的腎前性AKI患者,早期則主要表現(xiàn)為腎功能的下降,腎小球濾過率減少,標記物檢測結果可能為“功能性標記物(+)損傷性標記物(-)”。這種方式有助于評估AKI患者的發(fā)病原因和疾病進展,但花費較大。

五、速尿應激試驗 (Furosemide stress test ,FST)

最新研究表明FST也可用于預測AKI的發(fā)生和發(fā)展。一項針對應用FST預測AKI進展至AKIN標準3期的研究結果表示,FST后2 h總尿量是預測疾病進展至AKIN標準3期的有效預測指標,AUC為0.87,最佳截斷值是200 mL[22]。FST聯(lián)合[TIMP-2]·[IGFBP7]或NGAL一起預測AKI疾病進展和RRT需要的預測價值更高,AUC由0.87增加至0.90-0.91[23]。

六、生物標記物聯(lián)合患者臨床信息

雖然很多AKI新型標記物都表現(xiàn)出早期預測AKI發(fā)生的價值,但沒有一種標記物具有像肌鈣蛋白那樣高的診斷準確性。心絞痛患者用肌鈣蛋白診斷急性冠脈綜合癥(Acute coronary syndrome,ACS)的AUC為0.89～0.91[24],而目前AKI標記物診斷AKI發(fā)生的AUC為0.65至0.84之間[5,19]。經(jīng)過分析比較發(fā)現(xiàn),AKI標記物的診斷價值不如肌鈣蛋白診斷價值高的主要原因可能是檢測標記物的人群沒有選擇性。通常進行肌鈣蛋白檢測診斷ACS的是具有典型心絞痛癥狀的患者,如果在無選擇性的ICU患者中應用肌鈣蛋白診斷ACS的發(fā)生,其診斷價值也會大大降低[24]?；诖?為了確定AKI高?；颊吆统浞职l(fā)揮AKI生物標記物的潛在價值,有學者類比“心絞痛”提出“腎絞痛”的概念[25]。但臨床上AKI患者沒有疼痛或其他特征,所以應用危險因素和臨床體征來共同評估RA。首先,第一步是確定AKI的多種危險因素,如高齡、糖尿病、肝硬化/肝臟衰竭、充血性心衰、慢性腎臟疾病、循環(huán)血量不足、膿毒癥、體外循環(huán)時間、應用腎毒性藥物等。第二步確定是否存在少尿、血肌酐升高和體液潴留。綜合評估危險因素和臨床體征后,確定是否存在RA。兒童患者采用腎絞痛指數(shù)(Renal angina index,RAI)代替RA來評估AKI的發(fā)生風險[26]。Rossaint和Zarbock[27]在兒童RAI的基礎上總結出成人RAI來量化成人RA,通過計算AKI發(fā)生風險的分數(shù)來評估AKI發(fā)生的可能性。Cruz等[28]的研究結果表明，RA與AKI的發(fā)生呈線性相關,敏感度達92%,陰性預測值為99%。Basu等[29]對RAI和AKI標記物進行了研究,結果顯示單獨應用AKI標記物預測AKI發(fā)生的AUC明顯低于RAI預測模型,RAI模型聯(lián)合其中任何一種標記物都可以再提高其預測價值,AUC由0.8可增加至0.84～0.88。綜合來看,RA、RAI及RAI聯(lián)合AKI標記物可以很好的早期預測AKI發(fā)生,其預測和實用價值要優(yōu)于應用單一AKI標記物,為臨床早期預測疾病發(fā)生,早期實施干預措施,改善預后,降低死亡率提供了可能。

七、總結與展望

目前臨床上仍以血肌酐和尿量的變化來診斷AKI發(fā)生和分級。盡管新型生物標記物在AKI發(fā)生、發(fā)展、治療及預后方面都顯示出較好的預測價值，但其應用于臨床的較少。未來研究應主要致力于比較不同生物標記物預測AKI發(fā)生及預后的價值，并篩選出最佳標記物應用于臨床。通過標記物的預測價值早期對患者實施有效干預，改善預后。

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首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(首發(fā)2014-2-2031)；國家自然科學基金資助項目(81372042,30901561)；北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術人才-學科骨干基金(2014-2-022)；北京市“科技新星計劃”資助項目(Z141107001814043)

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(本文編輯:李建忠)