NGAL在新生兒腎損傷中的研究進展

張 瑩，王 丹，張碧麗

(天津市兒童醫(yī)院 a.新生兒科,b.腎臟科，天津 300074)

目前臨床診斷急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)主要依據(jù)血肌酐和尿量，但兩者敏感性差，干擾因素多，不能準確、真實地反映腎損傷的情況。因此尋找可靠、敏感、特異的生物學(xué)標志物迫在眉睫。1993年，Kjeldsen等[1]在激活的中性粒細胞的上清液中分離出中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)，因其能與明膠酶共價結(jié)合而得名。NGAL屬于人載脂蛋白超家族，又名脂質(zhì)運載蛋白2。近年來研究發(fā)現(xiàn)，NGAL與脂代謝紊亂、炎癥趨化、免疫應(yīng)答、腫瘤的發(fā)生發(fā)展及腎小管上皮的形成、修復(fù)等密切相關(guān)，且是診斷AKI迅速、靈敏的生物學(xué)標志物[2]，能幫助臨床醫(yī)師早期診斷和評估AKI的病情，是AKI的實時標志物[3]?，F(xiàn)就NGAL在新生兒腎損傷中的研究進展進行綜述，以期早期發(fā)現(xiàn)和診治新生兒腎損傷，最終改善患兒的預(yù)后。

1 NGAL 的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性

NGAL定位在人類第9號染色體長臂的第3區(qū)第4條帶(9q34)，其互補DNA全序列編碼197個氨基酸殘基的肽鏈。NGAL的分子量為25 000，是一種耐受蛋白酶的分泌型多肽，有多種結(jié)構(gòu)形式，包括單體、分子量為46 000的同源二聚體、分子量為135 000的異源二聚體，其中受損的腎小管上皮細胞分泌的是單體結(jié)構(gòu)，中性粒細胞分泌的主要是二聚體[4]。在菌尿、膿毒血癥時，檢測NGAL單體可以在一定程度上減少中性粒細胞造成的干擾。NGAL呈β折疊桶樣結(jié)構(gòu)，底部內(nèi)側(cè)的疏水核可以結(jié)合并轉(zhuǎn)運親脂性配體，這一結(jié)構(gòu)特點決定了NGAL的生物活性[4]。NGAL能運輸親脂分子、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，并可能與清除炎癥介質(zhì)、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、抑制細胞凋亡等過程相關(guān)。NGAL可通過形成NGAL-鐵載體-鐵復(fù)合物介導(dǎo)鐵離子的轉(zhuǎn)運，從而參與胚胎腎臟的發(fā)育及腎損傷后腎臟的修復(fù)過程。NGAL的鐵載體螯合性還能通過耗盡周圍環(huán)境中的鐵發(fā)揮抑菌作用，表現(xiàn)為抑菌劑。因此，在感染和炎癥反應(yīng)存在時可導(dǎo)致血清NGAL的水平升高，從而干擾臨床診斷。正常生理狀態(tài)下，NAGL不僅存在于中性粒細胞中，在人類腎臟、骨髓、胃腸道、肺以及肝等組織或器官中也呈低表達，而在腦、周圍神經(jīng)、胎盤以及女性生殖系統(tǒng)中呈陰性表達[5]。病理情況下，NGAL可通過免疫細胞、肝細胞、腎小管上皮細胞等大量表達，尤其在缺血或腎毒性相關(guān)AKI的近端腎小管上皮細胞中表達更多，可促進腎小管上皮細胞的修復(fù)和再生[5]。Mishra等[6]用ATP缺失的腎小管細胞模擬缺血性腎小管細胞發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基中NGAL信使RNA的表達快速且持續(xù)，且均來源于缺血性的近端腎小管細胞。認為NGAL在缺血性腎損傷后能夠促進近端腎小管細胞增生和修復(fù)，減少腎小管細胞凋亡。

2 NGAL的臨床檢測方法

目前，臨床主要采用全自動免疫分析儀檢測NGAL的水平，其檢測能力較最初的免疫印跡法顯著增強。國外有學(xué)者比較了酶聯(lián)免疫吸附試驗和全自動免疫分析儀檢測NGAL的效能，結(jié)果顯示，兩種方法所測得的NGAL水平高度相關(guān)(r=0.99)，且全自動免疫分析儀的檢測結(jié)果更具重復(fù)性[7]。該研究還顯示，年齡、性別對NGAL水平的影響較小，但種族對NGAL水平的影響尚不確定[7]。隨著研究的不斷深入，NGAL作為一個新的反映腎損傷的生物學(xué)標志物，其檢測的標準化勢在必行。此外，還需要多中心、大樣本的前瞻性研究進一步驗證NGAL預(yù)測和評估AKI的效能和臨界值。

3 NGAL 在新生兒腎損傷中的應(yīng)用價值

3.1NGAL在成人及兒童AKI中的診斷價值 NGAL能被腎小球濾過，并被近端腎小管重吸收分解。NGAL積聚在人的皮質(zhì)腎小管中，在AKI早期，近端腎小管內(nèi)NGAL信使RNA的表達快速升高。在缺血性腎損傷及毒性腎損傷時，血液和尿液中NGAL的水平會迅速升高，因此可作為腎損傷后的早期誘導(dǎo)蛋白，具體體現(xiàn)在：①NGAL在潛在的、可逆的腎損傷早期即可迅速、大量表達。Devarajan[8]發(fā)現(xiàn)，缺血導(dǎo)致小鼠腎臟損傷后2 h即可在尿液中檢測到NGAL，其水平與缺血時間呈正相關(guān)，而此時血肌酐仍在正常范圍內(nèi)，推測NGAL可能是AKI超早期在腎臟表達最高的蛋白之一。在心臟手術(shù)后并發(fā)缺血性AKI、危重癥相關(guān)性AKI、藥物所致的毒性AKI、原發(fā)性AKI以及膿毒癥相關(guān)AKI中，血液和尿液中NGAL的水平在損傷后2～12 h即顯著升高[9-14]，因而NGAL可用于AKI的早期診斷。②隨著腎損傷程度的加重，尿液或血清中NGAL的水平逐漸升高[15]，因此NGAL可以用于監(jiān)測AKI的病情變化。黃少文等[16]根據(jù)內(nèi)生肌酐清除率將膿毒癥患兒分為腎功能Ⅰ級組和Ⅱ級組，同時設(shè)立正常對照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三組之間尿NGAL的水平比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義，尿NGAL的水平與腎損傷嚴重程度呈正相關(guān)，尿NGAL水平的升高提示腎功能的惡化。③NGAL可作為AKI的預(yù)后指標之一[17-18]，可根據(jù)NGAL的水平進行風(fēng)險評估，指導(dǎo)臨床進行早期干預(yù)，限制腎臟損害的進一步加重。

腎小管上皮細胞產(chǎn)生的NGAL直接進入尿液，并且是尿液中NGAL的主要來源，而血液中的NGAL除來源于受損的腎臟外，還可能來源于病理狀態(tài)下的腎外器官[19]，因而血NGAL的水平可能會干擾對AKI的診斷。Ataei等[20]的研究證實了以上結(jié)論。對腎損傷尤其是腎小管損傷，檢測尿NGAL的意義更大，而對于系統(tǒng)炎性損傷可檢測血清NGAL。此外，Haase等[21]的薈萃分析表明，NGAL在AKI中的診斷效能受標本類型、年齡、檢測方法等因素的影響。因成年人易受其他慢性疾病等因素的影響，所以與成人相比，NGAL在兒童AKI早期診斷中的預(yù)測能力更好。

3.2NGAL與新生兒腎損傷 NGAL作為一種判斷AKI的早期、敏感的標志物，在成人和兒童中的應(yīng)用已得到大量臨床研究的支持，這為該指標在新生兒期的應(yīng)用提供了可能和基礎(chǔ)。AKI是新生兒的常見病，Momtaz等[22]研究顯示，新生兒階段AKI的發(fā)生率為1.54%(49/3 166)，主要致病因素有圍生期窒息、膿毒癥、早產(chǎn)、腎毒性藥物的應(yīng)用等。目前臨床判斷新生兒AKI主要依靠血肌酐和尿量，除缺乏敏感性以及干擾因素多之外，在新生兒期血肌酐和尿量還受以下因素的影響：①在生命早期的24～48 h，血肌酐水平受母體水平的影響；②無論早產(chǎn)兒還是足月新生兒，其腎小球濾過率均非常低，正常的肌酐值范圍很寬泛；③新生兒收集尿液標本困難；④少尿型腎損傷在新生兒中并不典型，有超過50%的腎臟損害并不發(fā)生少尿[23]?？紤]到以血肌酐和尿量定義新生兒AKI的局限性，尋找診斷新生兒AKI準確、敏感以及特異的生物學(xué)標志物勢在必行。

3.2.1NGAL與新生兒窒息后AKI 缺氧窒息是新生兒AKI最常見的原因之一。研究指出，窒息的新生兒發(fā)生AKI的概率明顯升高，為37.5%～88%[24-25]，且AKI的發(fā)生與窒息程度相關(guān)，窒息程度越重，AKI的發(fā)生率越高[26]。窒息導(dǎo)致新生兒腎臟損傷的病理生理機制非常復(fù)雜，且尚未完全明確。窒息早期體內(nèi)血液重新分布、血漿兒茶酚胺等血管活性物質(zhì)分泌增加，導(dǎo)致腎臟血流灌注減少、腎臟微循環(huán)障礙，引起腎小球、腎小管損傷，包括腎小球濾過率下降、腎組織細胞代謝紊亂、腎小管內(nèi)濾液回漏及再吸收障礙等。此外，缺血后腎血流再通時可發(fā)生再灌注損傷，激發(fā)機體一系列的炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生多種炎性因子，造成腎臟的持續(xù)炎性損傷。

Sarafidis等[27]的研究檢測了13例窒息足月新生兒血清和尿液中的多種腎臟損害生物學(xué)標志物，結(jié)果顯示，窒息AKI組(8例)血清和尿液中NGAL的水平均明顯高于非AKI組(5例)，生后第1天尿NGAL的水平作為預(yù)測AKI的生物學(xué)標志物有顯著的診斷意義，曲線下面積為0.865，靈敏度為100%，特異度為83.3%。Bellos等[28]的研究也認為，NGAL是檢測窒息新生兒發(fā)生AKI的有用指標。Sweetman和Molloy[29]的研究發(fā)現(xiàn)，NGAL對腦病患兒AKI具有良好的早期預(yù)測能力。此外，Sarafidis等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，圍生期窒息新生兒非AKI組尿液中NGAL的水平顯著高于健康對照組，提示基于血肌酐的AKI定義可能忽略了AKI的亞臨床患兒。

3.2.2NGAL與早產(chǎn)兒AKI 胎兒在孕35周左右時已完成腎的發(fā)育，足月新生兒腎單位的數(shù)量與成人相當，但腎小球、腎小管的功能尚未發(fā)育成熟，在早產(chǎn)兒中這種情況更為突出。腎單位的數(shù)量與胎齡、出生體重呈正相關(guān)，故腎小球濾過率在胎齡越小、出生體重越低的早產(chǎn)兒中更低，當各種因素影響腎血管收縮和舒張時，腎小球濾過率下降得更為顯著[30]，因此早產(chǎn)兒更易發(fā)生AKI。研究顯示，極低出生體重兒AKI的發(fā)病率為12.5%～39.8%，合并AKI的極低出生體重兒的死亡率顯著高于非AKI患兒[31-33]。因此，探索早產(chǎn)兒中與AKI相關(guān)的生物學(xué)標志物勢在必行。Saeidi等[34]對早產(chǎn)兒尿液中生物學(xué)標志物的研究顯示，尿NGAL的基線評估值與胎齡、出生體重呈負相關(guān)，上皮細胞損傷后誘發(fā)尿液NGAL的表達，可能受患兒疾病狀況的影響。Lavery等[35]對早產(chǎn)兒的研究發(fā)現(xiàn)，以血肌酐>1.2 mg/dL(106 μmol/L)作為腎功能損害的診斷標準，NGAL檢測的靈敏度為20%、特異度為88%，以少尿作為功能損害的診斷標準，NGAL檢測的靈敏度和特異度分別為30%和90%。這項研究表明，NGAL作為診斷早產(chǎn)兒AKI的早期生物學(xué)標志物還需要進一步研究。

3.2.3NGAL與膿毒癥相關(guān)AKI Mathur等[36]報道，AKI在膿毒癥足月兒中的發(fā)病率為26%(52/200)；在合并AKI的危重新生兒中膿毒癥是最為常見的危險因素，發(fā)生率高達75.6%(31/41)[37]。推測相關(guān)的病理生理機制如下[38]：①全身炎癥反應(yīng)導(dǎo)致體循環(huán)低血壓，造成腎臟低灌注和急性腎小管壞死；②微血管功能障礙導(dǎo)致腎小球濾過率降低以及腎小管功能障礙，而后者在組織結(jié)構(gòu)學(xué)上有別于急性腎小管壞死；③與腎臟發(fā)育異常和先天性感染相關(guān)的腎盂腎炎也可引起AKI。El-Farghali等[39]研究發(fā)現(xiàn)，感染組危重新生兒血NGAL的水平與非感染組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但與非AKI組相比，AKI組患兒血NGAL的水平顯著升高，提示NGAL是AKI的標志物，與膿毒癥的炎癥反應(yīng)無關(guān)。但Smertka等[40]對膿毒癥新生兒的研究卻顯示，與無感染組相比，膿毒癥新生兒血、尿NGAL的水平均顯著升高，并且合并AKI的膿毒癥新生兒NGAL的水平高于非AKI的膿毒癥新生兒，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，提示NGAL水平的升高不僅僅是AKI的標志物，也反映了正在進行的潛在的炎癥過程。因此，NGAL在評估膿毒癥相關(guān)AKI時應(yīng)格外慎重，需進一步的驗證。

3.2.4NGAL與腎毒性相關(guān)AKI 新生兒重癥監(jiān)護病房常用的幾種藥物都有腎毒性，因而危重新生兒發(fā)生中毒性腎病的風(fēng)險更高。某些藥物(如氨基糖苷類、兩性霉素)可直接損傷腎小管；血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和吲哚美辛可導(dǎo)致腎血流灌注減少；阿昔洛韋可導(dǎo)致腎小管梗阻，引發(fā)中毒性腎損害[41]。Rhone等[42]的研究顯示，87%(93/107)的極低出生體重兒暴露于1種以上的腎毒性藥物平均達14 d，最常見的是慶大霉素和吲哚美辛，而且患有AKI的新生兒較非AKI新生兒每日接受的腎毒性藥物顯著增多。但Constance等[43]的隊列研究顯示，在新生兒重癥監(jiān)護病房，與接受慶大霉素單藥治療相比，接受萬古霉素和慶大霉素聯(lián)合治療的新生兒并不存在更高的AKI發(fā)生風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn)，動脈導(dǎo)管未閉時應(yīng)用非甾體抗炎藥、膿毒癥、低出生體重以及疾病嚴重程度和死亡風(fēng)險評分與腎毒性增加的風(fēng)險顯著相關(guān)[43]。由于早產(chǎn)兒往往存在以上多種危險因素，因而腎毒性相關(guān)AKI的發(fā)病率較高。越來越多的學(xué)者意識到這一醫(yī)源性危險因素對新生兒AKI的影響，因此臨床對這一可變危險因素應(yīng)提高警惕。腎毒性藥物所致的新生兒AKI早期階段的臨床表現(xiàn)并不典型，并且難以用現(xiàn)有的AKI診斷標準來識別，NGAL的出現(xiàn)有助于腎毒性相關(guān)AKI的早期診斷，從而指導(dǎo)臨床及時采取防治策略以改善新生兒的預(yù)后。

3.2.5NGAL與心臟手術(shù)相關(guān)AKI 新生兒心臟手術(shù)后AKI的發(fā)病率為45%～64%，病死率在AKI的存在下更高，并與AKI的嚴重程度相關(guān)，嚴重的AKI與住院病死率、長時間機械通氣、正性肌力支持、出院時系統(tǒng)性心室功能障礙以及較長的重癥監(jiān)護病房住院時間獨立相關(guān)[44-46]。腎損傷可繼發(fā)于全身性低血壓導(dǎo)致的腎臟低灌注，而低灌注又可導(dǎo)致急性腎小管壞死；其次，體外循環(huán)過程中引起的炎癥反應(yīng)和氧自由基環(huán)境也可導(dǎo)致腎損傷。Morgan等[46]對新生兒心臟手術(shù)相關(guān)AKI的危險因素進行研究發(fā)現(xiàn)，低日齡、低胎齡、長時間體外循環(huán)、修復(fù)類型、術(shù)前血肌酐水平、術(shù)前機械通氣以及功能性單心室心臟病是AKI發(fā)生的獨立危險因素。此外，術(shù)前存在AKI或液體超載可顯著增加術(shù)后兒童重癥監(jiān)護室住院時間和術(shù)后呼吸機應(yīng)用時間[46]。Krawczeski等[47]在NGAL預(yù)測新生兒和兒童體外循環(huán)后AKI的研究中證實，體外循環(huán)術(shù)后2 h，血清和尿NGAL是AKI的早期預(yù)測因子。Surmiak等[48]的研究顯示，與健康對照組相比，左心發(fā)育不良綜合征(hypoplastic left heart syndrome，HLHS)新生兒臍血NGAL的水平顯著升高，且合并AKI的HLHS新生兒臍血NGAL的水平顯著高于未合并AKI的HLHS新生兒，提示臍血NGAL水平可以預(yù)測HLHS新生兒發(fā)生AKI的可能性。

3.2.6NGAL與危重新生兒AKI AKI是危重新生兒的常見并發(fā)癥，是患兒死亡的獨立危險因素。危重新生兒AKI的發(fā)生率高達8%～24%，病死率達10%～61%[49]，AKI增加了住院時間和醫(yī)療費用[15]。NGAL的水平對危重新生兒AKI有早期預(yù)測價值[50]，為臨床提高重癥新生兒AKI的診療水平提供了依據(jù)。Kamis等[51]對危重新生兒的研究顯示，AKI組危重患兒血NGAL的水平顯著高于非AKI組，故認為血NGAL可早期預(yù)測危重新生兒AKI的發(fā)生，以血NGAL>117.5 μg/L作為診斷新生兒AKI最佳臨界值的靈敏度和特異度分別為82.0%和88.5%。

3.2.7NGAL與新生兒高膽紅素血癥 新生兒高膽紅素血癥是新生兒期的常見病，除對神經(jīng)系統(tǒng)有毒性作用外，對腎臟、內(nèi)分泌系統(tǒng)也有影響。膽紅素作為血漿自由基清除劑，當其水平超過肝臟的代謝能力時，可損傷腎、心肌等器官或組織。高膽紅素血癥造成的新生兒腎損傷包括腎小球濾過功能和腎小管重吸收功能受損，其中對腎小管功能的損傷更為常見，而腎小球濾過功能損傷主要見于中、重度高膽紅素血癥患兒[52]。吳妍等[53]研究發(fā)現(xiàn)，高膽紅素血癥新生兒尿NGAL的水平顯著高于非高膽紅素血癥新生兒，并隨血膽紅素水平的升高而升高，兩者呈線性正相關(guān)，提示尿NGAL是診斷新生兒高膽紅素早期腎功能損害的敏感指標。因此，臨床在救治高膽紅素血癥患兒時，除積極防治膽紅素腦病外，還需及時發(fā)現(xiàn)腎損害并予以相應(yīng)治療，同時避免應(yīng)用腎毒性藥物。

4 小 結(jié)

AKI在新生兒中很常見，尤其是當新生兒存在AKI危險因素時。目前，基于血清肌酐或尿量的新生兒AKI定義不是很理想，可能低估了新生兒AKI的發(fā)病率。NGAL作為診斷早期AKI的一個靈敏度及特異度均較高的生物學(xué)標志物，其在新生兒階段的應(yīng)用值得期待。NGAL在新生兒腎損傷中表達的具體機制尚不完全明確，需要多中心、大樣本的前瞻性臨床試驗及循證醫(yī)學(xué)證據(jù)來進一步驗證，同時需建立新生兒、不同胎齡早產(chǎn)兒的正常值參考范圍及不同疾病所致腎臟損害的最佳臨界值，尋找更好、更符合新生兒病理生理特點的AKI早期診斷指標及判斷標準，以期為新生兒腎臟損傷的早期診治及預(yù)防開拓新的方法。