急性腎損傷生物標志物研究進展

俞夏蓮，王偉銘(上海交通大學醫(yī)學院腎臟病研究所，上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院腎臟科，上海 200025)

急性腎損傷生物標志物研究進展

俞夏蓮，王偉銘
(上海交通大學醫(yī)學院腎臟病研究所，上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院腎臟科，上海 200025)

急性腎損傷(AKI)是住院患者，尤其是重癥患者常見的高致死率病癥。近來，專家們越來越重視通過應用生物標志物輔助診斷以及監(jiān)測AKI的手段以改善AKI的預后。本文就針對腎功能改變以及腎臟損傷的一些標志物進行簡要的介紹。

生物標志物；急性腎損傷

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是臨床常見的危重病癥。AKI的發(fā)病率逐年上升，主要與高齡患者數(shù)量的上升、多合并癥患者增多以及診斷標準的改變有關。目前改善腎臟病全球預后(KDIGO)指南以及RIFLE標準均以血清肌酐和尿量指標作為AKI診斷和分期的標準[1]。但是血清肌酐的異常和少尿的出現(xiàn)往往在腎小管或腎細胞發(fā)生急性損傷進展到臨界閾值之后才出現(xiàn)。國內(nèi)的一項大型橫斷面研究顯示根據(jù)KDIGO標準診斷AKI，其漏診率高達74.2%[2]。血肌酐與尿量指標的局限性在于：血肌酐水平會受到個體的肌肉含量、血容量、檢測干擾以及藥物和感染等因素的影響。同時個體的尿量也可能受到藥物或是尿路梗阻等因素影響。對于慢性腎臟疾病的患者，設定血肌酐的基線值并不是一直有效，因為無法區(qū)分血肌酐的升高是由于慢性腎臟疾病所致還是AKI造成的，對慢性腎臟疾病與AKI的鑒別帶來了混淆。血清肌酐和尿量作為AKI評價標準所存在的不足也促使了近十年來對于AKI標志物研究的發(fā)展。Endre等在第十屆急性透析質(zhì)量會議上建議使用“功能改變”和“腎臟損傷”這兩個標準來診斷和評價AKI，將標志物納入AKI診斷標準中[3]。本文就針對腎臟功能改變以及代表腎臟損傷的一些標志物進行一些簡要介紹。

1 評價腎臟功能性惡化標志物

能夠評價腎臟功能改變的指標主要有血肌酐、血清胱抑素C(cystatin C)以及尿液中的β2微球蛋白、α1微球蛋白以及微量白蛋白[4]。血肌酐和血cystatin C常用于計算腎小球濾過率。由于cystatin C是一個具有穩(wěn)定生成速率，并且可自由透過腎小球，因此它被認為是一種較好的測定腎小球濾過功能的內(nèi)源性標志物。在國內(nèi)一項針對心臟術后AKI早期診斷的研究中，發(fā)現(xiàn)血清cystatin C在 AKI診斷中準確性高(受試者工作曲線下面積為0.992)，相較于血清肌酐可以更早檢測AKI[5]。Zhang等[6]通過對11個國家13項研究的薈萃分析總結了血cystatin C在AKI診斷中的性能，在亞組分析中顯示入院10小時后的血cystatin C具有最佳的診斷準確性，合并診斷比值比為28.2(特異性為92%)。尿液中的中低分子蛋白以及尿液cystatin C主要反映腎小管功能受損。中低分子蛋白及cystatin C通常不會出現(xiàn)在尿液中，當尿蛋白水平升高時，由于重吸收的競爭抑制效應，出現(xiàn)在尿液中。尿Cystatin C對于腎小管早期損傷的價值在Herget-Rosenthal等研究中的評價優(yōu)于其他的尿中低分子量蛋白。Herget-Rosenthal的研究表明尿cystatin C與α1微球蛋白水平的升高可以預測非少尿的急性腎小管壞死患者的不良預后[7]。由于不同體系間測定方法不同，cystatin C測定存在偏差，故而在多中心建立腎小球濾過率估算方程時需考慮cystatin C的標準化。

2 評價腎小管實質(zhì)性損傷的標志物

腎小管酶標志物能夠檢測腎小管早期受損，它們在早期受損的腎小管細胞，尤其是從腎小管刷狀緣或細胞內(nèi)釋放，隨著AKI的進展以及腎小管上皮細胞的壞死，尿酶水平開始下降甚至消失[8]。常見的尿液中的腎小管酶包括尿液N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、堿性磷酸酶、α亞型谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(α-GST)、丙氨酸氨基肽酶(APP)以及γ谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(γGT)。尿液NAG是一種非血源性的酸性水解酶，主要來源于近曲小管上皮細胞中的溶酶體。尿液NAG分子量為140 kDa，它是對于近曲小管損傷非常敏感的生物標志物，由于近曲小管細胞溶酶體內(nèi)含有豐富的NAG，當自身受損時，尿NAG的活性顯著增高并且早于其他尿酶，對于小管損傷的早期診斷有較大價值[9]。臨床中檢測尿液NAG總酶活性，以對硝基苯-β-D-氨基葡萄糖苷(PNP-NAG)速率法為主。而尿液NAG同工酶測定則以雙抗體夾心法最為適宜常規(guī)應用。

Westhuyzen等指出來源于腎小管刷狀緣酶和腎小管胞漿酶均能夠很好預測重癥病房入院患者的AKI，無論是S3段近端小管和升支粗段Henle’s襻都在實驗模型中對缺氧損傷很敏感[8，10]。盡管α-GST(位于近端腎小管)及其同工酶π-GST(位于遠端腎小管)是很好的預測腎小管損傷標志物，但目前主要通過ELISA試劑盒檢測。而定位于腎小管S3段的堿性磷酸酶以及來源于小管刷狀緣的γGT由于檢測方式更為廣泛使用，作為檢測的標志物實際更常用[11]。

尿液中的APP主要來源于腎臟近曲小管刷狀緣，血中該成分通常不通過腎小球基底膜。因此尿中的APP主要來自于腎臟，反映腎小管損傷程度。Westhyzen等的研究顯示，升高的APP和尿NAG水平與較差的臨床預后有關[10]。然而也有一些研究指出尿酶釋放的閾值可能太低，在一些還沒有進展到腎臟實質(zhì)損傷的患者尿液中也可以檢測到尿酶。因此很難解釋一些并未發(fā)展為AKI的患者也出現(xiàn)尿酶升高的現(xiàn)象。

通過尿液中表達升高的蛋白也可以檢測AKI。表達于近曲小管的蛋白尿肝臟型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)、在腎臟表達的以共價鍵形式結合中性粒細胞中的明膠酶中性中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白(NGAL)以及表達在近端小管上皮細胞上的糖基化跨膜蛋白腎損傷分子(KIM-1)，均為AKI的敏感標志物。在缺血性損傷時，KIM-1、L-FABP以及NGAL表達均有上調(diào)，其機制可能與腎小管內(nèi)顯著增高的游離脂肪酸及其氧化產(chǎn)生的過氧化物造成細胞內(nèi)ATP衰竭和氧化應激有關。

Matsui等指出L-FABP是一種能有效早期診斷AKI的腎小管損傷的類生物標志物。轉(zhuǎn)基因鼠研究發(fā)現(xiàn)尿液中L-FABP含量與腎小管間質(zhì)損傷呈正相關[12]。Portilla等在40例經(jīng)心臟搭橋手術患者術后檢測尿液中L-FABP，在術后4小時和12小時，L-FABP分別增加了94倍和45倍。用單因素回歸分析表明體外循環(huán)時間和尿中L-FABP水平都是預測AKI的獨立危險因素。而去除循環(huán)時間的影響，使用多元邏輯回歸模型，術后4小時尿液L-FABP水平是預測AKI的獨立因素，并且在采用尿L-FABP水平增高24倍時，其曲線下面積(AUROC)為0.81，敏感性為0.714，特異性為0.685[13]。同樣Schley等在110例經(jīng)心肺旁路手術的患者中檢測尿液標志物L-FABP，其4小時尿液L-FABP水平有一定診斷能力[14]。

NGAL由遠端腎單位產(chǎn)生，它是一個離子轉(zhuǎn)運單位，當腎臟損傷時其表達上調(diào)。NGAL指標會受到多種因素影響，如炎癥性疾病、代謝類疾病，腫瘤以及慢性腎臟疾病均會引起NGAL水平的升高。可以調(diào)節(jié)NGAL表達的因素包括炎癥前細胞因子：白介素、腫瘤壞死因子α以及干擾素和維生素如視黃酸[15]。Wagener 研究組檢測了426例成年接受心臟手術的患者，所有患者尿液NGAL均在術后升高，其水平與體外循環(huán)時間以及主動脈阻斷次數(shù)顯著相關。推測體外循環(huán)術所導致的炎癥反應引起了NGAL水平的升高[16]。Endre的團隊所進行的納入529例患者的前瞻性隊列研究中，所有標志物的AUC都低于0.7，當校正了腎功能的基線值以及檢測標志物的時間后，其診斷性能提高，而NGAL在eGFR為90～120 ml/min并且在入院6小時內(nèi)檢測時或者在eGFR小于60 ml/min并在入院后12～36小時檢測這兩個條件下，該指標預測AKI的能力最好[17]。

KIM-1在腎臟組織細胞中主要表達為KIM-1b亞型，KIM-1在正常的腎臟并不表達，當腎臟損傷時，主要表達在近端上皮細胞，尤其是近端小管S3段。由于在其他組織表達的KIM1不會引起尿液中含量的升高，故而認為尿液KIM-1水平主要受腎臟源性影響，對腎小管損傷具有高度特異性[18]。Endre團隊的隊列研究表明KIM1在eGFR為90～120 ml/min并且在入院6～12小時檢測時，其預測AKI的診斷效能最好[17]。Shao等通過對11項研究(包括五個前瞻性隊列研究、2個橫斷面研究以及四個病例對照研究)的薈萃分析，總結了KIM-1對于AKI的診斷性能，合并敏感性達到74% (95%CI：61.0%～84.0%)，合并特異性達到86% (95%CI：74.0%～93.0%)，ROC曲線下面積為0.86(0.83～0.89)[19]。Ismail等的研究表明KIM-1缺陷的腎小管上皮細胞不能通過適應性免疫清除凋亡細胞和壞死細胞碎片，而這個過程是通過KIM-1與異三聚體G12α蛋白結合所介導的，該研究表明KIM-1通過抑制Gα12對腎缺血再灌注損傷進行內(nèi)源性保護[20]。在CKD中KIM-1主要與炎癥和纖維化區(qū)域共表達，它與腎移植的纖維化直接相關。實驗表明不同于在AKI中的保護作用，在CKD中KIM-1的持續(xù)性表達通過激活固有免疫系統(tǒng)和募集中性粒細胞，促使慢性炎癥導致腎臟纖維化[21]。近來采用試紙條檢測KIM-1的方法為評估KIM-1水平提供了更簡化的方式[22]。

一些細胞因子如白介素18(IL-18)也是急性腎小管壞死的一個非常敏感的指標，但由于心力衰竭會導致血漿IL-18升高，而IL-18可以通過腎小球濾過膜。因此尿液IL-18(μIL18)水平的升高并不是早期預測AKI的特異性指標，可能只表示腎臟損傷或者引起AKI的原因。Haase在他的前瞻性隊列研究認為uIL18并不能預測心臟手術后突發(fā)的AKI，指出uIL18可以作為一個非特異性指標預測心肺旁路術相關的全身感染[23]。Liang的研究指出將uIL18指標與尿液中KIM-1指標結合作為預測AKI進展的一個指標[24]。一項多中心研究針對心臟術后的兒童患者，術后uIL18的水平與AKI的嚴重程度相關，術后6小時uIL18水平達到峰值，當cutoff值取354 pg/ml時，AUROC為0.72[25]。而Endre團隊指出IL-18在eGFR為90～120 ml/min并且在入院6～12小時檢測時或者入院后12～36小時檢測其eGFR小于60 ml/min，該指標預測AKI的能力最好[17]。

一些細胞周期阻滯蛋白，如金屬蛋白酶組織抑制劑2(TIMP2)以及胰島素樣生長因子結合蛋白7(IGFBP7)也在AKI早期表達升高[26]。TIMP2是分子量為21 kDa的非糖基化蛋白質(zhì)，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶，促進纖維化并且抑制內(nèi)皮細胞的增殖。TIMP2參與細胞周期停滯，而細胞周期停滯在損傷早期出現(xiàn)，因此可以預測AKI的發(fā)生。IGFBP7是表達于血管內(nèi)皮細胞上，與胰島素以及胰島素樣因子結合的蛋白。IGFBP7可以抑制血管內(nèi)皮的再生，并且與TIMP2作用機制類似，IGFBP7可以誘導細胞周期停滯于G1期，因此可以早期診斷AKI[4]。富含半胱氨酸蛋白61(Cyr61)通過對細胞周期的影響在腎小管上皮細胞損傷過程中起到作用。有研究者通過構建轉(zhuǎn)染了Cyr61蛋白的腎小管上皮細胞，證實Cyr61蛋白可通過粘附激酶(FAK)途徑促進CDK2表達，從而使細胞在S期時相延長，抑制細胞的凋亡，在缺氧時腎小管細胞Cyr61表達增加，因而推測Cyr61對腎小管上皮細胞缺氧損傷有一定的保護作用。進一步通過Western印跡法表明缺氧狀態(tài)對Akt/ERK信號通路及BAD蛋白表達的影響[27]。

不同類型的標志物可以從不同程度上反映內(nèi)源性腎損傷和功能性腎損傷的等級。比如尿液標志物可能對于病理性的腎損傷更為敏感，而血清中的標志物對于清除率改變更為敏感。目前對于AKI的診斷標準并不統(tǒng)一，很多研究的標準是建立在血肌酐正常的情況下，采用某項標志物水平升高提示AKI。因此提高了診斷敏感性但卻犧牲了特異性和陽性預測值。然而在缺乏AKI的金標準的同時，醫(yī)師很難在臨床上區(qū)分內(nèi)源性腎損傷(病理上的AKI)和生理上的腎灌注量下降(功能性的腎損傷)，加上存在著病理上AKI與功能性腎損傷并存的灰色地帶。這些無法統(tǒng)一的標準給評價生物標志物的診斷能力帶來挑戰(zhàn)。盡管如此，多標志物的運用可以在患者腎小球濾過率尚未明顯下降時，對多并發(fā)癥的重癥患者AKI發(fā)生的風險進行預估，避免一些腎毒性藥物的使用并且可以指導輸液的選擇，因此通過衛(wèi)生經(jīng)濟學評價以及診斷能力評估選擇合適的標志物以及該標志物最佳的檢測時間納入AKI集束化管理可能幫助提高患者的預后。

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Advances in biomarkers for acute kidney injury

YUXia-lian，WANGWei-ming
(InstituteofNephrology&DepartmentofNephrology，AffiliatedRuijinHospital，SchoolofMedicine，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200025，China)

WANGWei-ming

Acute kidney injury (AKI) is a common disease with high mortality among hospitalized patients，especially patients in ICU.Recently，many experts focused on the novel biomarkers applied to assist diagnosis and monitoring AKI as an approach to improve the outcome of the patients.This review shortly introduces the advances in some AKI biomarkers for changes in kidney function and kidney injury.

Biomarker；Acute kidney injury

國家自然科學基金資助項目(編號：81270782，30771000)，國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)(編號：2012CB517701)，上海市衛(wèi)計委重中之重學科建設項目國家臨床重點?？平ㄔO項目，轉(zhuǎn)化醫(yī)學協(xié)同創(chuàng)新中心合作研究項目

王偉銘，男，博士，主任醫(yī)師，博士生導師。中華醫(yī)學會腎臟病分會常委，中國中西醫(yī)結合腎臟病分會委員。主要研究方向：腎臟病的臨床和基礎研究，生物標記物在腎臟疾病中的探索及應用，腎臟炎癥、纖維化等在腎臟疾病進展中的作用機制及防治研究。

R692

A

1672-6170(2017)02-0004-04

2016-12-23)