急性腎損傷早期生物學(xué)標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀

周收平,王昌兵綜述，顧 恒審校

0 引 言

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)的診斷標(biāo)準(zhǔn)為腎功能在48 h內(nèi)突然減退，血清肌酐絕對值升高≥0.3 mg/dL(26.5 μmol/L)，或7 d內(nèi)血肌酐增至≥1.5倍基礎(chǔ)值，或尿量<0.5 mL/(kg·h)，持續(xù)時間>6 h[1-2]。AKI在臨床中具有發(fā)病率高、死亡率高和預(yù)后差等特點，據(jù)統(tǒng)計，AKI的發(fā)病率高達(dá)5‰，住院患者中約5%可發(fā)生AKI，ICU患者死于AKI達(dá)到50%～80%，其中，重癥患者預(yù)后往往較差，需要進(jìn)行腎替代療法治療，而且容易進(jìn)展為慢性腎病甚至終末期腎病[3-4]。由于傳統(tǒng)的AKI診斷指標(biāo)缺乏特異性和敏感性，且易受到年齡、種族、藥物等因素的影響，因此需要尋求更好的標(biāo)志物來指導(dǎo)臨床的診治。現(xiàn)就幾種標(biāo)志物以不同的標(biāo)準(zhǔn)分類介紹如下。

1 蛋白類標(biāo)志物

1.1 反映腎小管和集合管損傷的標(biāo)志物

1.1.1中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白(neutrophilgelatinaseassociatedlipocalin，NGAL)，屬于lipocalin家族，是一種相對分子質(zhì)量為25000的蛋白質(zhì)。正常情況下，NGAL在人體組織中濃度極低，在腎，主要分布于腎近曲小管上皮細(xì)胞中[5]。有研究表明，在腎受到炎癥、缺血及腎毒物等因素刺激時，血液或尿液中的濃度會極度上升。Nickolas等[6]在一項前瞻性研究中納入1635名住院患者，檢測尿液中NGAL、腎損傷因子1(kidney injury molecule-1，KIM-1)、肝型脂肪酸結(jié)合蛋白(liver-type fatty acid-binding protein，L-FABP) 、白細(xì)胞介素-18(interleukin 18，IL-18)、胱抑素C(cystatin C)的濃度來預(yù)測AKI的發(fā)生，結(jié)果表明NGAL診斷AKI的價值最高，當(dāng)截斷值104 ng/mL時，其特異性和敏感性分別為0.81和0.68，且腎損傷程度越重，NGAL的濃度就越高。Cruz等[7]在對ICU 301例患者的研究當(dāng)中，證實NGAL能夠早期預(yù)測AKI，且其濃度與AKI損傷程度相關(guān)。唐榮等[8]研究發(fā)現(xiàn)，NGAL在兒童心臟術(shù)后早期預(yù)測AKI中，尿NGAL2 h、6 h明顯升高，明顯早于血肌酐，且單獨預(yù)測術(shù)后AKI發(fā)生的AUC分別為0.908和0.928，2 h預(yù)測AKI的敏感性和特異性分別是0.854和0.790，6 h預(yù)測AKI的敏感性和特異性分別是0.769和0.843。

1.1.2KIM-1KIM-1是一種新型的Ⅰ型跨膜蛋白，正常情況下在人體中極低微表達(dá)，在缺血或腎毒性腎損傷時，高表達(dá)于近曲小管上皮細(xì)胞中。石艷等[9]在一項大鼠單側(cè)輸尿管結(jié)扎致AKI的研究中發(fā)現(xiàn)，在血肌酐、尿素氮等指標(biāo)均無明顯變化時，尿液中的KIM-1已經(jīng)明顯升高，并且呈時間依賴性。Sabbisetti等[10]研究表明，血液中的KIM-1也可作為AKI的早期標(biāo)志物，他在小鼠缺血再灌注損傷致AKI實驗中，通過檢測血清中的KIM-1的濃度發(fā)現(xiàn)，在小鼠腎急性缺血后10min，血清中KIM-1開始升高，同樣并指出，臨床AKI患者血清中的KIM-1較正常人升高(AUC為0.96)。谷翠芝等[11]在研究AKI患者NGAL、KIM-1與血肌酐的相關(guān)性中，監(jiān)測不同程度下AKI患者1周內(nèi)血肌酐、尿素氮、血清NGAL以及尿液中的NGAL、KIM-1的濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些指標(biāo)均與血肌酐呈正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)(r)依次為血NGAL(0. 992)> 尿KIM-1(0. 985)>尿NGAL(0. 876)> 尿素氮(0. 756)，提出血清NGAL和尿KIM-1能夠及時準(zhǔn)確的反映腎功能的變化。羅亮等[12]在一項臨床研究中發(fā)現(xiàn)，急性呼吸窘迫綜合征合并AKI患者中尿KIM-1的濃度明顯高于非AKI患者，指出KIM-1可以作為AKI的診斷標(biāo)志物。正是由于KIM-1在診斷AKI的重要性，KIM-1得到了美國食品藥品監(jiān)督局和歐洲醫(yī)藥評價署的批準(zhǔn)，認(rèn)為可以用于藥物致實驗動物或人體腎損傷的評估[13-14]。研究表明，KIM-1雖不能鑒別AKI的病因，但可以在一定程度上反映AKI的嚴(yán)重程度，提示在今后的臨床實驗中，可以通過監(jiān)測尿液中的KIM-1的濃度來預(yù)測AKI發(fā)生發(fā)展，從而積極采取干預(yù)措施[15]。

1.1.3IL-18IL-18是一種相對分子質(zhì)量為18 000的促炎性細(xì)胞因子，在炎癥、缺血再灌注損傷等導(dǎo)致的AKI時，IL-18由受損的近端小管分泌，并隨尿液排出，其尿液中的濃度不受泌尿系感染、慢性腎病等因素的影響[16]。肖威等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在由藥物致AKI的57名臨床患者中，IL-18的濃度較正常對照組明顯升高，在診斷AKI，其AUC為0.81，且經(jīng)過治療后，IL-18的濃度較之前明顯降低，由此推斷，IL-18可以作為臨床診斷AKI的有效標(biāo)志物。然而Lin等[18]在一項Meta分析中指出，尿IL-18在診斷AKI時的敏感性和特異性分別為0.51和0.79，診斷AKI的AUC為0.77，所以認(rèn)為IL-18可以預(yù)測AKI，但診斷價值有限。有研究表明，IL-18在聯(lián)合其他腎損傷標(biāo)志物，其預(yù)測AKI的價值將更高[19-20]。

1.1.4L-FABPL-FABP是一種相對分子質(zhì)量為14 000的脂肪酸結(jié)合蛋白，常表達(dá)于腎、肝、小腸、肺等器官，在腎主要是分布在近曲小管，在缺血或藥物致腎損傷時，L-FABP的表達(dá)上升并隨尿液排出體外。研究表明，相對于其他尿生物學(xué)標(biāo)志物，尿L-FABP在早期腎損傷中也具有診斷價值[21-24]。唐榮等[8]在研究尿L-FABP對心臟術(shù)后AKI的早期診斷一文中指出，AKI組患者在術(shù)后2 h、6 h尿液中的L-FABP明顯高于非AKI組，且變化明顯早于血肌酐，單獨預(yù)測AKI發(fā)生的AUC分別是0.921和0.896，聯(lián)合尿NGAL時，其精確性會進(jìn)一步提高。L-FABP不僅可以作為AKI的早期診斷標(biāo)志物，而且在腎缺血致AKI的過程中起到保護(hù)作用。其機制可能是在腎缺血缺氧的狀態(tài)下，L-FABP通過結(jié)合腎組織中不飽和脂肪酸和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物(丙二醛和4 -羥基非烯醛)，減少細(xì)胞的過氧化反應(yīng)，使腎組織的損傷減輕[25-26]。

1.1.5鈣衛(wèi)蛋白鈣衛(wèi)蛋白是由S100A8和S100A9 2個單體組成的相對分子質(zhì)量為24 000的異構(gòu)體，主要由中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞釋放。鈣衛(wèi)蛋白已被證實與多種疾病相關(guān)，如潰瘍性結(jié)腸炎、炎癥性腸病、結(jié)直腸癌等。近年來鈣衛(wèi)蛋白被認(rèn)為是AKI新型的診斷標(biāo)志物，F(xiàn)ujiu等[27]在一項單側(cè)輸尿管結(jié)扎的小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，S100A8、S100A9表達(dá)于腎集合管上皮細(xì)胞中，其作用是誘導(dǎo)炎性細(xì)胞，促進(jìn)腎損傷及炎性反應(yīng)。在腎缺血再灌注損傷中，S100A8和S100A9也發(fā)揮著重要的作用。Ebbing等[28]在對腎動脈結(jié)扎行腎癌切除術(shù)的研究中指出，尿鈣衛(wèi)蛋白濃度在術(shù)后2 h開始上升，48 h達(dá)到高峰，增高了69倍，5d后仍顯著增高。不僅如此，尿鈣衛(wèi)蛋白還能夠區(qū)分腎性AKI和腎前性AKI。研究發(fā)現(xiàn)，腎性AKI尿鈣衛(wèi)蛋白濃度明顯高于腎前性AKI，其預(yù)測腎性AKI的準(zhǔn)確性很高(AUC=0.97)，當(dāng)取截斷值300 ng/mL時，其預(yù)測腎性AKI的敏感性和特異性分別是0.923和0.971。且尿鈣衛(wèi)蛋白在鑒別腎性AKI和腎前性AKI比尿NGAL、KIM-1等更具有價值[29-30]。

1.2 反映腎小球損傷的標(biāo)志物

1.2.1β2微球蛋白和尿總蛋白正常生理狀態(tài)下，腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)只能濾過血漿中分子量很小的的物質(zhì)，當(dāng)腎小球受到損傷時，尿液中可以出現(xiàn)蛋白質(zhì)，其中包括β2微球蛋白和尿總蛋白。在藥物介導(dǎo)的腎損傷研究中發(fā)現(xiàn)，尿液中β2微球蛋白和尿總蛋白在診斷腎損傷的AUC分別是0.89和0.86，明顯高于血清肌酐(0.53)和尿素氮(0.80)[31]。

1.2.2基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1(tissueinhibitorofmetalloproteinase-1,TIMP-1) 基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)是一種相對分子質(zhì)量為92000的Ⅳ型膠原蛋白酶，與腎小球損傷有關(guān)，MMP-9能夠破壞腎小球基底膜上的Ⅳ型膠原蛋白，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞。TIMP是MMP的抑制劑，其中TIMP-1與MMP-9尤為突出，TIMP-1不僅能結(jié)合無活性的MMP-9，也能結(jié)合有活性的MMP-9。在最新的一項研究中，Bojic等[32]對腹部外科手術(shù)后感染敗血癥并發(fā)AKI患者的研究表明，TIMP-1的濃度明顯升高，MMP-9/TIMP-1比明顯降低，提出了TIMP-1和MMP-9/TIMP-1是敗血癥并發(fā)AKI 的早期診斷標(biāo)志物。

2 核酸類標(biāo)志物

MicroRNAs(miRNAs)是一類由內(nèi)源性基因編碼的、長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子，近年來發(fā)現(xiàn)miRNAs在AKI中扮演著重要的角色。Lorenzen等[33]研究表明，miRNA-210在AKI患者血清中升高，認(rèn)為可以作為AKI 的診斷標(biāo)志物，且能夠獨立預(yù)測AKI患者28d內(nèi)的死亡率。Zou等[34]用miRNAs微陣列分析法對小鼠腎缺血再灌注損傷后不同時間點尿液中的miRNAs進(jìn)行了分析，結(jié)果表明多種miRNAs的表達(dá)發(fā)生了改變，其中miRNA-30c-5p和miRNA-192-5p的變化最顯著，通過PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)miRNA-192-5p于2h后即達(dá)到高峰，miRNA-30c-5p則于2h升高，6h達(dá)到高峰。此外在心臟術(shù)后AKI患者的尿液中發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果，提示miRNA-30c-5p和miRNA-192-5p有望成為缺血再灌注型AKI早期診斷標(biāo)志物。miRNAs在AKI中的發(fā)現(xiàn)，有望從機制上解釋AKI，并為AKI患者提供個性化治療。然而，miRNAs種類繁多，在不同研究中，miRNAs表達(dá)及變化趨勢不盡相同，各種miRNAs之間是否存在相互聯(lián)系，以及能否在不同病因致AKI中尋找特異性的miRNA，將是關(guān)鍵。

3 其 他

除上述幾種標(biāo)志物外，Muramatsu等[35]在一項小鼠雙側(cè)腎缺血損傷研究中發(fā)現(xiàn)，損傷后3 h～6 h尿液中富含半胱氨酸蛋白61(cysteine-rich protein，cyr61)出現(xiàn)升高，6 h～9 h達(dá)高峰，但在24 h后隨時間推移迅速下降。然而，cyr61受到特異性差、在檢測樣本中持續(xù)時間短、檢測技術(shù)等因素的影響[36]。類似的還有Na+-H+交換體3(Na+-H+exchanger isoform-3，NHE3)、視黃醇結(jié)合蛋白、胎球蛋白A(Fetuin A)、神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子(Netrin-1)，但由于具體機制不明確、特異性不詳?shù)纫蛩兀渥饔蒙行柽M(jìn)一步研究[37-39]。

4 結(jié) 語

由于目前臨床上AKI的診斷標(biāo)準(zhǔn)有一定的缺陷，所以關(guān)于AKI的早期生物標(biāo)志物的研究有很多，研究者們試圖尋找一種合適的標(biāo)志物能夠及時診斷甚至預(yù)測AKI的發(fā)生，以期達(dá)到早預(yù)防、早診斷、早治療的目的。理想的AKI標(biāo)志物除了特異性高、敏感高之外，還應(yīng)易于獲得、便于檢測，最好能具有反映AKI的部位以及預(yù)測AKI的預(yù)后等特點。然而目前并沒有一種標(biāo)志物滿足以上條件，各種標(biāo)志物有各自的優(yōu)點，不同的標(biāo)志物相互之間組合可能是提高診斷AKI的途徑之一。另外，靶向治療是近年來AKI研究的熱點，隨著不同蛋白和核酸類分子在AKI研究的深入，將來有望從機制上找到不同病因?qū)е翧KI的治療方法。

[1] Khwaja A. KDIGO clinical practice guidelines for acute kidney injury[J].Nephron ClinPract，2012，120(4)：c179-84.

[2] 張凱悅，季大璽. 當(dāng)代急性腎損傷診斷標(biāo)準(zhǔn)的沿革[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2013，26(1):98-102.

[3] Lameire NH，Bagga A，Cruz D，etal. Acute kidney injury: an increasing global concern[J].Lancet，2013，382(9887)：170-179.

[4] Coca SG，Yusuf B，Shlipak MG，etal. Long-term risk of mortality and other adverse outcomes after acute kidney injury：a systematic review and meta-analysis[J].Am J Kidney Dis，2009，53(6)：961-973.

[5] Singer E，Markó L，Paragas N，etal. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin: pathophysiology and clinical applications[J].Acta Physiol(Oxf)，2013，207(4)：663-672.

[6] Nickolas TL，Schmidt-Ott KM，Canetta P，etal. Diagnostic and prognostic stratification in the emergency department using urinary biomarkers of nephron damage: a multicenter prospective cohort study[J].J Am Coll Cardiol，2012，59(3)：246-255.

[7] Cruz DN，de Cal M，Garzotto F，etal. Plasma neutrophil gelatinase-associated lipocalin is an early biomarker for acute kidney injury in an adult ICU population[J].Intensive Care Med，2010，36(3)：444-451.

[8] 唐 榮，敖 翔，鐘 永，等. 尿L-FABP與尿NGAL聯(lián)合應(yīng)用在兒童心臟術(shù)后急性腎損傷早期診斷中的價值[J].中國當(dāng)代兒科雜志，2017，19(7)：770-775.

[9] 石 艷，靳英麗，王艷晶，等. KIM-1在UUO大鼠腎臟表達(dá)的研究[J].中國實驗診斷學(xué)，2010，14(10)：1545-1548.

[10] Sabbisetti VS，Waikar SS，Antoine DJ，etal. Blood kidney injury molecule-1 is a biomarker of acute and chronic kidney injury and predicts progression to ESRD in type I diabetes[J].J Am Soc Nephrol，2014，25(10)：2177-2186.

[11] 谷翠芝，李清初，曾 凝，等.急性腎損傷患者NGAL、KIM-1與血肌酐的相關(guān)性[J].廣東醫(yī)學(xué)，2015，36(20)：3179-3181.

[12] 羅 亮，楊承健，陸肖嫻，等. 尿液中腎損傷標(biāo)志物對急性呼吸窘迫綜合征并發(fā)急性腎損傷的診斷預(yù)后價值[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2016，29(8)：827-831.

[13] Dieterle F，Sistare F，Goodsaid F，etal. Renal biomarker qualification submission: a dialog between the FDA-EMEA and Predictive Safety Testing Consortium[J].Nat Biotechnol，2010，28(5)：455-462.

[14] Christopher D. FDA，European Medicines Agency to consider additional test results when assessing new drug safety collaborative effort by FDA and EMEA expected to yield additional safety date [EB/OL].FDA，(2008-07-12) [2009-06-18].http://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/2008/￣u￣c￣m￣1￣1￣6￣9￣1￣1￣.htm.

[15] 吳繼明，劉 暢，安 成，等. 急性腎損傷患者尿液中KIM-1及NGAL的變化[J].現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2010，19(12)：1431-1433.

[16] Urbschat A，Obermüller N. Biomarkers of kidney injury[J].Biomarkers，2011，16 Suppl 1：S22-30.

[17] 肖 威，汪 楊. 白細(xì)胞介素18在診斷急性腎損傷的應(yīng)用價值探討[J].臨床薈萃，2013，28(12)：1330-1332.

[18] Lin X，Yuan J，Zhao Y. Urine interleukin-18 in prediction of acute kidney injury: a systemic review and meta-analysis[J].J Nephrol，2015，28(1)：7-16.

[19] 周明明，蔣正英，李 蕊，等. 血清胱抑素C聯(lián)合尿白介素18對膿毒癥并發(fā)急性腎損傷的早期預(yù)測價值[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2016，19(8)：898-902.

[20] Arthur JM，Hill EG，Alge JL，etal. Evaluation of 32 urine biomarkers to predict the progression of acute kidney injury after cardiac surgery[J].Kidney Int，2014，85(2)：431-438.

[21] Smathers RL.The human fatty acid-binding protein family：evolutionary divergences and functions[J].Hum Genomics，2011，5(3)：170-191.

[22] Susantitaphong P，Siribamrungwong M，Doi K，etal. Performance of urinary liver-type fatty acid-binding protein in acute kidney injury: a meta-analysis[J].Am J Kidney Dis，2013，61(3)：430-439.

[23] Xie Y，Xue W，Shao X，etal. Analysis of a urinary biomarker panel for obstructive nephropathy and clinical outcomes[J].PLoS One，2014，9(11)：e112865.

[24] Xie Y，Xu W，Wang Q，etal. Urinary excretion of liver-type FABP as a new clinical marker for the progression of obstructive nephropathy[J].Biomark Med，2014，8(4)：543-556.

[25] Yamamoto T，Noiri E，Ono Y，etal. Renal L-type fatty acid--binding protein in acute ischemic injury[J].J Am SocNephrol，2007，18(11)：2894-2902.

[26] Matsui K，Kamijo-Ikemorif A，Sugaya T，etal. Renal liver-type fatty acid binding protein (L-FABP) attenuates acute kidney injury in aristolochic acid nephrotoxicity[J].Am J Pathol，2011，178(3)：1021-1032.

[27] Fujiu K，Manabe I. Renal collecting duct epithelial cells regulate inflammation in tubulointerstitial damage in mice[J].JClin Invest，2011，121(9)：3425-3441.

[28] Ebbing J，Seibert FS，Pagonas N，etal. Dynamics of Urinary Calprotectin after Renal Ischaemia[J].PLoS One，2016，11(1)：e0146395.

[29] Heller F，F(xiàn)rischmann S，Grünbaum M，etal. Urinary calprotectin and the distinction between prerenal and intrinsic acute kidney injury[J].Clin J Am Soc Nephrol，2011，6(10)：2347-2355.

[30] Westhoff JH，F(xiàn)ichtner A，Waldherr S，etal. Urinary biomarkers for the differentiation of prerenal and intrinsic pediatric acute kidney injury[J].Pediatr Nephrol，2016，31(12)：2353-2363.

[31] Dieterle F，Perentes E，Cordier A，etal. Urinary clusterin, cystatin C， beta2-microglobulin and total protein as markers to detect drug-induced kidney injury[J].Nat Biotechnol，2010，28(5)：463-469.

[32] Bojic S，Kotur-Stevuljevic J，Kalezic N，etal. Diagnostic Value of Matrix Metalloproteinase-9 and Tissue Inhibitor of Matrix Metalloproteinase-1 in Sepsis-Associated Acute Kidney Injury[J].Tohoku J Exp Med，2015，237(2)：103-109.

[33] Lorenzen JM，Kielstein JT，Hafer C，etal.Circulating miR-210 predicts survival in critically ill patients with acute kidney injury[J].Clin J Am Soc Nephrol，2011，6(7)：1540-1546.

[34] Zou YF，Wen D，Zhao Q，etal.Urinary MicroRNA-30c-5p and MicroRNA-192-5p as potential biomarkers of ischemia-reperfusion-induced kidney injury[J].Exp Biol Med (Maywood)，2017，242(6)：657-667.

[35] Muramatsu Y，Tsujie M，Kohda Y，etal. Early detection of cysteine rich protein 61 (CYR61，CCN1) in urine following renal ischemic reperfusion injury[J].Kidney Int，2002，62(5)：1601-1610.

[36] Mosa O，Skitek M，Jerin A. Validity of Klotho，CYR61 and YKL-40 as ideal predictive biomarkers for acute kidney injury：review study[J].Sao Paulo Med J，2017，135(1)：57-65.

[37] du Cheyron D，Daubin C，Poggioli J，etal. Urinary measurement of Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3) protein as new marker of tubule injury in critically ill patients with ARF[J].Am J Kidney Dis，2003，42(3)：497-506.

[38] Girardi AC. Deciphering the mechanisms of the Na+/H+ exchanger-3 regulation in organ dysfunction[J].Am J Physiol Cell Physiol，2012，302(11)：C1569-87.

[39] Adiyanti SS.Acute Kidney Injury (AKI) biomarker[J].Acta Med Indones，2012，44(3)：246-255.