基因多態(tài)性與急性腎損傷的研究進展*

王澤敏， 周芳芳， 羅 群△

(1寧波大學醫(yī)學院, 2寧波市第二醫(yī)院， 浙江 寧波 315010)

?

基因多態(tài)性與急性腎損傷的研究進展*

王澤敏1， 周芳芳2， 羅 群2△

(1寧波大學醫(yī)學院,2寧波市第二醫(yī)院， 浙江 寧波 315010)

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)表現為多種原因造成的腎功能急性下降，是影響多器官、多系統(tǒng)的臨床重癥。盡管近年來重癥監(jiān)護病房(intensive care unit，ICU)治療及腎臟替代技術均有了長足的進步，但死亡率卻無明顯下降。早期診斷和治療對減少患者的并發(fā)癥，降低死亡率有著重要意義。2005年國際腎臟病學界和急救醫(yī)學界提出應用“急性腎損傷”來取代傳統(tǒng)“急性腎功能衰竭”的概念，目的是使診斷提前。根據2012年改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)指南的AKI診斷標準為：48 h內血清肌酐(serum creatinine，SCr)上升≥26.5 μmol/L(≥0.3 mg/dL)，或7 d內SCr升至≥1.5倍基線值，或連續(xù)6 h尿量<0.5 mL· kg-1·h-1。但上述診斷仍延用SCr作為標志物，SCr受諸多因素影響, 存在明顯不足。近年來研究發(fā)現AKI診斷的新型生物標志物如中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGEL)、腎損傷分子1(kidney injury molecule-1，KIM-1)等也有局限性[1-2]。隨著基因研究技術的發(fā)展，越來越多的證據顯示宿主因素與AKI的發(fā)病風險和預后有著重要關系[3-5]。對基因多態(tài)性的研究可用于判別AKI的發(fā)病風險和預后進展,對AKI 的早期診斷和干預有著重要的指導意義。本文就近年來關于基因多態(tài)性與AKI的相關研究做一綜述。

1 炎癥相關基因

腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)是機體調控免疫炎癥反應的關鍵分子[6]，其基因多態(tài)性位點主要位于啟動子上游的部分區(qū)域，如轉錄起始上游-308位點存在G/A替代。TNF-αA等位基因能夠增強TNF-α的轉錄6～7倍,加重炎癥反應。Susantitaphong等[7]回顧性研究262例AKI住院患者，結果顯示TNF-αA等位基因患者有著更高的SCr水平，更高的腎小管損傷標志物尿KIM-1水平和更高的多器官功能衰竭(multiple organ failure，MOF)評分，提示TNF-αA等位基因可預示AKI的不良預后及并發(fā)多器官衰竭風險。

白細胞介素10(interleukin-10，IL-10)基因位于1號染色體的長臂，可抑制TNF-α等炎性因子的分泌，減輕炎癥反應，具有腎保護作用[8]。IL-10的基因多態(tài)性主要位于啟動子區(qū)域轉錄起始位點上游(rs1554286、rs3021094、rs3790622和rs1800896)[9]，上述SNPs位點的突變影響IL-10的表達。Chang等[9]回顧性研究508例經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)的患者，其中53例發(fā)展為AKI。與對照組相比，AKI患者IL-10的CC(rs1554286)和AG+GG(rs1800896)的基因型頻率增加，TNF-α的GA+AA(rs1800629)基因型頻率也呈顯著增加。研究提示IL-10和TNF-α的基因多態(tài)性與PCI術后并發(fā)AKI風險有著緊密聯系。

但上述研究中也有不足之處，如研究的種族單一，可能不適用于其他種族。研究的規(guī)模較小，缺乏前瞻性。目前炎癥相關基因多態(tài)性對AKI的關系研究并不多，尚需要更多大規(guī)模前瞻性研究來驗證。

2 低氧誘導因子1α基因

低氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)是一種轉錄因子，在組織缺氧時的細胞反應中起到重要調節(jié)作用，并在腎臟缺血再灌注損傷時也有重要意義[10]。正常情況下，HIF-1α快速降解，不表現生物活性；缺氧情況下，HIF-1α降解受抑，在細胞內積聚，形成穩(wěn)定的HIF-1，并進一步與缺氧反應元件(hypoxic response element，HRE)結合，激活相關基因的轉錄，刺激血管生成，影響細胞代謝[10]。HIF-1α基因多態(tài)性位點主要是第12個外顯子+85上的C/T替代，使HIF-1α降解敏感性下降，增加HIF-1α的反式激活能力，加重腎小管損傷，影響AKI的發(fā)病及進展。Kolyada等[11]對241例AKI住院患者進行回顧性研究，發(fā)現HIF-1αT等位基因型的患者透析要求率、輔助機械通氣率、住院死亡率和MOF評分均較C等位基因患者增高。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor A，VEGF-A)基因是HIF-1α調節(jié)的靶向基因，可促進細胞分裂、增殖及遷移，促進新生血管生成，目前已證實在多種危重疾病中有著重要作用[12]。Kolyada等[11]通過ELISA測定患者的血VEGF-A的水平，發(fā)現與HIF-1αC等位基因患者相比，T等位基因型患者有著更高的VEGF-A水平。但HIF-1α基因表達的調節(jié)因素復雜，存在多種靶向基因，因此HIF-1α基因多態(tài)性對AKI的發(fā)病的作用尚需要進一步研究。

3 腎上腺素相關基因

苯乙醇胺N-甲基轉移酶(phenylethanolamineN-methyltransferase，PNMT)是兒茶酚胺生物合成的終點酶，能催化去甲腎上腺素合成為腎上腺素，其活性變化可影響體內去甲腎上腺素和腎上腺素的水平。PNMT基因位于17號染色體q21～22，在血管緊張素轉換酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)基因附近，其轉錄受早期生長反應基因1(early growth response gene-1，Egr-1)、銜接蛋白AP-2(adaptin-2)和糖皮質激素受體等因子調節(jié)，編碼PNMT，通過對去甲腎上腺素去甲基化作用，合成腎上腺素[13]。目前的研究發(fā)現PNMT啟動子G-161A(rs876493)和終止子A+1543G(rs5638)基因多態(tài)性影響腎上腺素的合成，對AKI產生影響的機制可能為：導致應激時腎上腺素的釋放失去原有的平衡狀態(tài)；過量的腎上腺素導致交感神經過度興奮；影響尿蛋白的排泄等[14]。Alam等[15]回顧性研究961例ICU白種人患者，其中194例患者發(fā)展為AKI。研究發(fā)現PNMT +1543 G等位基因患者AKI發(fā)病率和少尿發(fā)生率顯著增高。PNMT-161 A等位基因患者的休克發(fā)生率和尿中腎上腺素含量顯著降低，提示PNMT基因多態(tài)性與AKI的發(fā)病率和預后有著密切關系。

兒茶酚氧位甲基轉移酶(catechol-O-methyl transferase，COMT)具有調節(jié)多巴胺降解的作用，其基因第4號外顯子(rs4680)存在G/A替代，使編碼的108或158位的氨基酸由纈氨酸被甲硫氨酸取代，導致COMT活性改變。Kornek等[16]研究發(fā)現，與G等位基因患者相比，A等位基因患者的AKI發(fā)病率顯著增高，提示COMT基因多態(tài)性與AKI發(fā)病相關。

4 細胞凋亡相關基因

B細胞白血病/淋巴瘤2(B-cell leukemia/lymphoma-2，bcl-2)基因是抑制細胞凋亡的重要基因之一[17]，其外顯子中存在多個突變位點，變異后可導致細胞凋亡受阻。絲氨酸蛋白酶抑制蛋白A4(serpin protease inhibitor A4，SERPINA4)基因表達的人組織激肽釋放酶結合蛋白(kallistatin)具有抗細胞凋亡作用，SERPINA4基因位點變異，可影響kallistatin的表達，可能對AKI的發(fā)病和預后產生一定影響[18-19]。Frank等[20]回顧性研究887例感染性休克的白種人患者，其中441例患者在入ICU后72 h 內發(fā)展為AKI。研究發(fā)現攜帶bcl-2的2個SNPs(rs8094315、rs12457893)和SERPINA4的1個SNP(rs2093266)患者的AKI發(fā)病率呈顯著降低。目前關于bcl-2基因和SERPINA4基因與AKI關系的研究并不多，尚需要更多大規(guī)模前瞻性研究來驗證。

5 血管緊張素轉化酶基因

ACE是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)中的重要成分，在機體調節(jié)血壓和水鹽代謝方面起著重要作用。ACE基因位于17號染色體長臂(17q23)，在其第16號內含子287 bp DNA序列存在插入/缺失(I/D)替代[21]。ACEI等位基因型患者體內的ACE活性較正常人群低[21]，其作用相當于一直慢性使用ACE抑制劑，增加血流動力學不穩(wěn)定患者發(fā)生AKI的風險。du Cheyron等[22]前瞻性檢測了180例ICU患者的ACE基因I/D多態(tài)性的分布，發(fā)現ACEI等位基因型在AKI患者中占42%，非AKI患者為13%；ACEI等位基因型患者有著顯著增加的AKI的發(fā)病風險和顯著增高的死亡率。Isbir等[23]回顧性研究280例PCI術后的患者，其中21.8%的患者發(fā)生AKI,ACED等位基因型在AKI患者中占62%，測得血漿中的ACE水平較ACEI等位基因患者顯著升高。ACEI/D基因可能通過影響RAAS對AKI的發(fā)病和預后產生影響，但是其影響機制尚存在爭議[24]。

6 內皮型一氧化氮合酶基因

內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)主要存在于內皮細胞中，是催化生成一氧化氮(nitric oxide，NO)的關鍵酶，NO不僅是細胞內的一種重要生物活性遞質，它還具有舒張平滑肌，抑制血管收縮因子如血管緊張素、內皮素等功能。eNOS基因定位于染色體7q35～36，存在多種位點變異，目前研究較多的是該基因啟動子786位點的T/C替代，可影響eNOS的活性，導致血管內皮損害、血小板激活并聚集各種血管炎性因子，影響AKI的發(fā)生[25]。Popov等[26]回顧性研究了497例PCI術后的患者，發(fā)現eNOSC等位基因型患者的SCr顯著增加，而與Liakopoulos等[27]所做的研究相比，C等位基因患者的腎小球濾過率更低，透析要求率更高。這些研究提示eNOS的基因多態(tài)性與AKI的預后有著密切關系。

7 激肽釋放酶1基因

激肽釋放酶1(kallikrein 1，KLK-1)屬于激肽釋放酶家族，主要在腎臟中表達，通過血管舒張和尿鈉排泄來影響腎功能[28]。研究顯示在高血壓腎病、糖尿病腎病和氨基糖苷類抗生素導致的AKI時，腎組織的KLK-1水平明顯減少[29]。KLK-1基因位于第19號染色體，其啟動子區(qū)域存在多個突變位點。Susantitaphong等[29]回顧性研究481例AKI住院患者，發(fā)現KLK-1的F、G、H、I和K等位基因與AKI的風險有關，I和G等位基因可歸類于風險基因，F、H和K可歸為保護基因。與正常人相比，KLK-1的I和G等位基因患者血清肌酐值、少尿發(fā)生率和透析要求率均呈顯著增加。

8 血紅素加氧酶1基因

血紅素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)是血紅素分解代謝過程中的一種限速酶，HO-1 的產生過程是一種對有害性刺激的適應性及保護性反應。近年來有研究表明，HO-1與腫瘤的增殖、血管發(fā)生、細胞凋亡和機體抗氧化能力[30]等密切相關。HO-1基因定位于人染色體22q12，具有4個內含子和5個外顯子，目前研究最多的是啟動子區(qū)(GT)n雙核苷酸長度重復多態(tài)性，(GT)n重復次數越多，HO-1基因的表達上調能力越低。Leaf 等[31]對2 377例體外循環(huán)手術的患者進行研究，發(fā)現相比短等位基因(GT重復次數<27)雙拷貝的患者，長等位基因(GT重復次數≥27)雙拷貝患者急性腎損傷的發(fā)生率增加50%以上。研究提示HO-1基因可能參與心臟術后AKI的發(fā)生，并可作為治療的潛在靶點。

9 存在的問題

隨著精準醫(yī)學時代的到來，將個體疾病的遺傳學信息用于指導其診斷或治療，已成為目前疾病診治發(fā)展的重要方向之一。隨著基因檢測技術的提升，人類基因組圖譜的完善，早期檢測的基因多態(tài)性可有效提高對高危AKI人群判別，優(yōu)化個體化防治，為AKI的早期診斷和預后判斷提供新的思路。目前AKI基因多態(tài)性的研究已有較多進展，但仍存在多種問題，如樣本量少，研究人群種族單一，多限于回顧性研究，AKI診斷標準不一等，今后的研究仍需繼續(xù)探索基因在AKI發(fā)病過程中的作用機制，并在前瞻性、多種族、大樣本的研究中進一步驗證。

[1] Zhou F, Luo Q, Wang L, et al. Diagnostic value of neutrophil gelatinase-associated lipocalin for early diagnosis of cardiac surgery-associated acute kidney injury: a meta-analysis[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2016, 49(3):746-755.

[2] 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(2):85-92.

[3] Genomic DP. Proteomic characterization of acute kidney injury[J]. Nephron, 2015, 131(2):85-91.

[4] Varrier M, Ostermann M. Novel risk factors for acute kidney injury[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens, 2014, 23(6):560-569.

[5] Cardinal-Fernandez P, Ferruelo A, Martin-Pellicer A, et al. Genetic determinants of acute renal damage risk and prognosis: a systematic review[J]. Med Intensiva, 2012, 36(9):626-633.

[6] Singh K, Prasad KN, Mishra P, et al. Association of tumour necrosis factor-α polymorphism in patients with end stage renal disease[J]. Nephrology, 2015, 20(6):387-391.

[7] Susantitaphong P, Perianayagam MC, Tighiouart H, et al. Tumor necrosis factor alpha promoter polymorphism and severity of acute kidney injury[J]. Nephron Clin Pract, 2013, 123(1-2):67-73.

[8] Jung M, Sola A, Hughes J, et al. Infusion of IL-10-expressing cells protects against renal ischemia through induction of lipocalin-2[J]. Kidney Int, 2012, 81(10): 969-982.

[9] Chang CF, Lu TM, Yang WC, et al. Gene polymorphisms of interleukin-10 and tumor necrosis factor-α are associated with contrast-induced nephropathy[J]. Am J Nephrol, 2013, 37(2):110-117.

[10]Haase VH. Hypoxia-inducible factor signaling in the development of kidney fibrosis[J]. Fibrogenesis Tissue Repair, 2012, 5(Suppl 1):S16.

[11]Kolyada AY, Tighiouart H, Perianayagam MC, et al. A genetic variant of hypoxia-inducible factor-1α is associated with adverse outcomes in acute kidney injury[J]. Kidney Int, 2009, 75(12):1322-1329.

[12]Chancharoenthana W, Tiranathanagul K, Srisawat N, et al. Enhanced vascular endothelial growth factor and inflammatory cytokine removal with online hemodiafiltration over high-flux hemodialysis in sepsis-related acute kidney injury patients[J]. Ther Apher Dial, 2013, 17(5):557-563.

[13]Huang C, Zhang S, Hu K, et al. Phenylethanolamine N-methyltransferase gene promoter haplotypes and risk of essential hypertension[J]. Am J Hypertens, 2011, 24(11):1222-1226.

[14]Estrella MM, Sperati CJ, Kao WH, et al. Genetic epidemiology of chronic kidney disease[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens, 2010, 19(3):283-291.

[15]Alam A, O’Connor DT, Perianayagam MC, et al. PhenylethanolamineN-methyltransferase gene polymorphisms and adverse outcomes in acute kidney injury[J]. Nephron Clin Pract, 2010, 114(4):c253-c259.

[16]Kornek M, Deutsch MA, Eichhorn S, et al. COMT-Val158Met-polymorphism is not a risk factor for acute kidney injury after cardiac surgery[J]. Dis Markers, 2013, 35(2):129-134.

[17]Andrea H, Borkan SC. Apoptosis and acute kidney injury[J]. Kidney Int, 2011, 80(1):29-40.

[18]Zhou S, Sun Y, Zhuang Y, et al. Effects of kallistatin on oxidative stress and inflammation on renal ischemia-reperfusion injury in mice[J]. Curr Vasc Pharmacol, 2015, 13(2):265-273.

[19]Shen B, Gao L, Hsu YT, et al. Kallistatin attenuates endothelial apoptosis through inhibition of oxidative stress and activation of Akt-eNOS signaling[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2010, 299(5):H1419-H1427.

[20]Frank AJ, Sheu CC, Zhao Y, et al. BCL2 genetic variants are associated with acute kidney injury in septic shock[J]. Crit Care Med, 2012, 40(7):2116-2123.

[21]Elshamaa MF, Sabry SM, Bazaraa HM, et al. Genetic polymorphism of ACE and the angiotensin II type1 receptor genes in children with chronic kidney disease[J]. J Inflamm (Lond), 2011, 8:20.

[22]du Cheyron D, Fradin S, Ramakers M, et al. Angiotensin converting enzyme insertion/deletion genetic polymorphism: its impact on renal function in critically ill patients[J]. Crit Care Med, 2008, 36(12):3178-3183.

[23]Isbir SC, Tekeli A, Ergen A, et al. Genetic polymorphisms contribute to acute kidney injury after coronary artery bypass grafting[J]. Heart Surg Forum, 2007, 10(6):E439-E444.

[24]Zhang JS, Zhang YL, Wang HX, et al. Identification of genes related to the early stage of angiotensin II-induced acute renal injury by microarray and integrated gene network analysis[J]. Cell Physiol Biochem, 2014, 34(4):1137-1151.

[25]Savard S, Lavoie P, Villeneuve C, et al. eNOS gene delivery prevents hypertension and reduces renal failure and injury in rats with reduced renal mass[J]. Nephrol Dial Transplant, 2012, 27(6):2182-2190.

[26]Popov AF, Hinz J, Schulz EG, et al. The eNOS 786C/T polymorphism in cardiac surgical patients with cardiopulmonary bypass is associated with renal dysfunction[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2009, 36(4):651-656.

[27]Liakopoulos OJ, D?rge H, Popov AF, et al. Influence of eNOS gene polymorphisms (894G/T; -786C/T) on postoperative hemodynamics after cardiac surgery[J]. Thorac Cardiovasc Surg, 2006, 54(4):233-238.

[28]Sun WK, Shih PB, Mathew RO, et al. Renal kallikrein excretion and epigenetics in human acute kidney injury: expression, mechanisms and consequences[J]. BMC Nephrol, 2011, 12:27.

[29]Susantitaphong P, Perianayagam MC, Kang SW, et al. Association of functional kallikrein-1 promoter polymorphisms and acute kidney injury: a case-control and longitudinal cohort study[J]. Nephron Clin Practice, 2012, 122(3-4):107-113.

[30]陳杜林， 余劍波， 宮麗榮， 等. PI3K/Nrf2通路在內毒素休克兔腎損傷中的作用[J]. 中國病理生理雜志，2016, 32(1):129-133.

[31] Leaf DE， Body SC, Muehlschlegel JD, et al. Length polymorphisms in heme oxygenase-1 and AKI after cardiac surgery[J]. J Am Soc Nephrol, 2016, 27(11):3291-3297.

(責任編輯： 盧 萍， 羅 森)

Progress in genetic polymorphism and acute kidney injury

WANG Ze-min1, ZHOU Fang-fang2, LUO Qun2

(1MedicalSchoolofNingboUniversity,2TheSecondMunicipalHospitalofNingboCity,
Ningbo315010,China.E-mail:nbluoqun@163.com)

Acute kidney injury (AKI) is a frequent syndrome in hospitalized patients. Recently, a number of studies have been reported that the close relationship exists between genetic polymorphism and AKI. The current research on genetic polymorphism related with AKI is reviewed in this article.

急性腎損傷； 基因多態(tài)性

Acute kidney injury; Genetic polymorphism

1000- 4718(2017)01- 0189- 04

2016- 06- 22

2016- 08- 25

浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技項目(No. 2013KYB236; No. 2015KYA200； No. 2017KY592)； 寧波市自然科學基金資助項目(No. 2013A610266)

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.01.033

雜志網址： http://www.cjpp.net

△通訊作者 Tel: 0574-83870219; E-mail: nbluoqun@163.com