糖尿病腎病早期診斷的尿標(biāo)志物研究進(jìn)展

李博偉，郝健通信作者)

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

0 引言

2019年國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(International Diabetes Federation，IDF)公布了全世界糖尿病患病率的數(shù)據(jù)[1]，意外的是這些最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，糖尿病的患病率已達(dá)到9.3%(4.63億人)。據(jù)估計(jì)，到2045年將增加到10.9%(約7億人)，這些預(yù)測(cè)并不樂觀。而糖尿病腎病(diabetic kidney disease，DKD)的發(fā)生率隨著糖尿病患病率的增長(zhǎng)而快速上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約40%的糖尿病患者會(huì)發(fā)生腎臟損傷，DKD將可能成為ESRD的主要病因[2]。因此，迫切需要診斷標(biāo)志物來(lái)進(jìn)行早期診斷及評(píng)估腎損害的程度。尿液是檢測(cè)腎損害的理想來(lái)源，尿液由腎臟產(chǎn)生，在一定程度上可以反映腎臟損傷，而且尿液收集簡(jiǎn)單，對(duì)患者的身體沒有傷害，尿標(biāo)志物對(duì)腎損害的程度評(píng)價(jià)也更為準(zhǔn)確。本文探討了研究較多的幾種尿標(biāo)志物的研究進(jìn)展。

1 臨床常用診斷標(biāo)記物的限制

DKD的診斷依據(jù)應(yīng)具備以下至少1條[3]：(1)高血糖為CKD 的起始病因，或能確定高血糖與CKD之間的因果關(guān)系，或者排除了非糖尿病性腎臟疾病。(2)已有病理學(xué)診斷的支持。對(duì)腎臟的損傷程度是基于GFR和尿白蛋白的分期來(lái)進(jìn)行評(píng)估。白蛋白尿及腎小球?yàn)V過(guò)率是目前臨床上診斷DKD最常用的檢驗(yàn)指標(biāo)。

1.1 尿白蛋白

在目前的臨床診療中，檢測(cè)尿液中蛋白含量，是診斷腎臟功能損害的一項(xiàng)重要及常用指標(biāo)，檢測(cè)方法主要有尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rate，AER)、尿白蛋白/肌酐及尿蛋白定量。在DKD的早期，AER的升高遠(yuǎn)早于尿總蛋白的升高，有一些正常蛋白尿的患者就已經(jīng)出現(xiàn)腎功能不全[4]，正常白蛋白尿的患者可發(fā)展成微量、大量蛋白尿，但不是所有蛋白尿患者都能發(fā)展成ESRD，檢測(cè)微量白蛋白尿?qū)τ谀I功能出現(xiàn)的微小變化也不是太敏感[5]。尿白蛋白/肌酐容易受到其他因素的影響，如泌尿系統(tǒng)的感染、肌肉量的大小、人體生理波動(dòng)以及標(biāo)本的儲(chǔ)存不當(dāng)?shù)萚3]。24h尿蛋白定量是臨床上用于評(píng)估腎臟損傷的常用檢驗(yàn)，但很少用于診斷早期腎損害，其需留存24h的尿液總量，由于留存時(shí)間過(guò)程較長(zhǎng)，可能會(huì)受到外界環(huán)境的污染、時(shí)間不準(zhǔn)確及病人依存性較差等問題，因此需要更敏感、更準(zhǔn)確的標(biāo)志物來(lái)檢測(cè)早期腎損傷。

1.2 腎小球?yàn)V過(guò)率(Glomerular Filtration Rate，GFR)

GFR是衡量腎排泄功能的重要指標(biāo)，在DKD的早期沒有腎病的表現(xiàn)，僅有血流動(dòng)力學(xué)的改變，表現(xiàn)為高濾過(guò)，即GFR升高，隨時(shí)DKD的進(jìn)展，GFR出現(xiàn)下降。目前有多個(gè)用于估算的腎小球?yàn)V過(guò)率(estimated GFR，eGFR)公式，都是基于血肌酐或者胱抑素C進(jìn)行計(jì)算，而血肌酐檢測(cè)早期腎損傷的敏感性較差[6]，且容易受到其他因素的影響。菊粉清除率被認(rèn)為是測(cè)定GFR的金標(biāo)準(zhǔn)，但是其操作較為繁瑣，目前臨床開展困難。根據(jù)GFR對(duì)CKD進(jìn)行分期，可了解腎臟疾病所處階段，但不能完全準(zhǔn)確的反應(yīng)腎臟損傷的早期階段。

2 新型的早期診斷標(biāo)志物

2.1 單核趨化蛋白1(Monocyte Chemoattractant Protein 1，MCP-1)

先前的研究表示DKD是一種慢性、低水平的炎癥性疾病，在DKD中可以檢測(cè)到炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)及炎性因子的表達(dá)，炎癥反應(yīng)的重要步驟是白細(xì)胞向受損組織的發(fā)生集聚反應(yīng)，而趨化因子能誘導(dǎo)這一現(xiàn)象的發(fā)生。MCP-1屬于趨化家族中CC家族的一種，對(duì)單核細(xì)胞具有強(qiáng)大的趨化作用。MCP-1可在多種細(xì)胞中表達(dá)，如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及肥大細(xì)胞等，在腎臟中，產(chǎn)生MCP-1的細(xì)胞類型有血管內(nèi)皮細(xì)胞、小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、足細(xì)胞以及浸潤(rùn)性細(xì)胞。MCP-1的首要功能是調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞(單核-巨噬細(xì)胞)的運(yùn)輸，控制炎癥的發(fā)生發(fā)展，調(diào)控腎組織損傷中白細(xì)胞的聚集，刺激系膜細(xì)胞合成纖維連接蛋白等[7]，高血糖可通過(guò)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)MCP-1的產(chǎn)生，促進(jìn)晚期糖基化終產(chǎn)物(AGE)的生成和NFkb的活化[8]。越來(lái)越多的研究確定了血液及尿液中MCP-1的表達(dá)與DKD發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性。Chow等證明了在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的小鼠糖尿病腎病中，MCP-1缺失可減少巨噬細(xì)胞對(duì)腎小球和間質(zhì)的浸潤(rùn)，減輕腎組織損傷[9,10]。也有研究表明尿MCP-1與基線蛋白尿和腎功能之間存在相關(guān)性[11,12]，尿MCP-1水平與腎小球及腎小管間質(zhì)病變的嚴(yán)重程度保持相關(guān)，高水平的尿MCP-1是DKD患者GFR快速丟失的預(yù)測(cè)因子[12]，尿MCP-1隨著腎臟損傷的嚴(yán)重程度增加，還與糖化血紅蛋白、炎癥標(biāo)志物有顯著相關(guān)[13]，MCP-1可作為評(píng)估DKD進(jìn)展程度的標(biāo)志。

2.2 腎病蛋白(Nephrin)

Nephrin是免疫球蛋白樣家族的一種跨膜粘附蛋白[14]，在腎小球足細(xì)胞之間連接部分表達(dá)，是足細(xì)胞的組成部分之一，nephrin能夠?qū)⒆慵?xì)胞裂孔膜固定在肌紅蛋白細(xì)胞骨架上，對(duì)濾過(guò)屏障也起著重要作用。最初研究學(xué)者們認(rèn)為nephrin只在腎臟中表達(dá)，隨后在胰腺、大腦及淋巴組織中也發(fā)現(xiàn)了nephrin的存在。高糖是導(dǎo)致足細(xì)胞損傷的唯一重要因素[15]，目前蛋白尿是用于評(píng)估腎損傷的臨床常用檢測(cè)方法，最近的研究表明nephrin的異?？赡茉诘鞍啄蛑熬陀邪l(fā)生。Rakesh[16]等在誘導(dǎo) nephrin基因缺失小鼠模型中研究表明，通過(guò)增加nephrin表達(dá)或抑制其降解對(duì)腎小球的濾過(guò)功能是有幫助的。在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中，Kim[17]等觀察到腎小球中nephrin mRNA及蛋白質(zhì)的表達(dá)隨腎小球的大小而變化，在肥大的腎小球中表達(dá)降低，而在相對(duì)較小的腎小球中表達(dá)增加。在之后的研究中，Alter[18]等人也證實(shí)了類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型為實(shí)驗(yàn)組，而對(duì)照組接受無(wú)STZ的檸檬酸鹽緩沖液，18周后發(fā)現(xiàn)，盡管兩組之間的腎功能和尿白蛋白水平?jīng)]有顯著差異，但實(shí)驗(yàn)組中nephrin的尿排泄量明顯更高，甚至在蛋白尿之前就出現(xiàn)了，由此得出尿液中nephrin的測(cè)定提供了早期發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病的可能[18]。國(guó)外有項(xiàng)研究顯示[19]，在沒有明顯腎組織學(xué)病變的糖尿病患者和微量白蛋白尿患者中，腎組織活檢中nephrin的表達(dá)展現(xiàn)出明顯的減少和重新分布，并且隨著腎臟受累的嚴(yán)重程度出現(xiàn)進(jìn)一步下降，這項(xiàng)研究結(jié)果表明，nephrin的表達(dá)下降和重新分布可能先于腎小球病變的發(fā)展，并且是糖尿病腎病發(fā)展的早期事件[19]。另外一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中[20]，研究人員使用mRNA RT-PCR方法測(cè)量了15名健康對(duì)照受試者、19名糖尿病前期和67名糖尿病受試者的尿nephrin，67名糖尿病受試者根據(jù)尿蛋白排泄率(UAE)分為正常(NO)、微量 (MI)和大量蛋白尿(MA)3組，結(jié)果顯示，糖尿病受試者的nephrin mRNA顯著高于非糖尿病受試者，MA中更高，分別在53%，71%和90%的NO，MI和MA受試者中發(fā)現(xiàn)尿中nephrin高表達(dá)(P=0.023)[20]。與非糖尿病受試者(甚至是NO患者)相比，糖尿病受試者的nephrin的尿mRNA水平升高，并且可以區(qū)分糖尿病腎病的不同階段，預(yù)測(cè)蛋白尿的發(fā)生[20]。這些研究都證明了nephrin可用于糖尿病腎病的早期診斷，而且在疾病的進(jìn)展過(guò)程中也發(fā)揮作用。

2.3 腎損傷分子(Kidney injury molecule 1，KIM-1)

KIM-1是近期發(fā)現(xiàn)的一種I型跨膜糖蛋白，研究發(fā)現(xiàn)在間質(zhì)性腎小管損傷中起重要作用，在正常腎臟中檢測(cè)不到，而在缺血性、中毒性等損害性腎臟疾病中顯示出明顯升高，廣泛表達(dá)于近端腎小管細(xì)胞的頂膜中，可作為進(jìn)行性小管損害的生物標(biāo)志物[21]。尿KIM-1在腎小管損傷后迅速增加，其水平與腎小管損傷的程度，間質(zhì)纖維化和腎臟炎癥有關(guān)[22]。在一項(xiàng)研究中[23]，研究人員招募了80名eGFR＞60mL/min/1.73m2，尿白蛋白/肌酐＜300mg/g的2型糖尿病患者，通過(guò)評(píng)估腎臟損害的實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)正常蛋白尿至輕度蛋白尿患者中尿KIM-1差異顯著，且KIM-1能預(yù)測(cè)蛋白尿的發(fā)生，推測(cè)可能有助于2型糖尿病患者腎臟疾病的早期評(píng)估[23]。另外一項(xiàng)研究中[24]，根據(jù)尿白蛋白/肌酐(uACR)將招募的2型糖尿病患者分為正常、微量、大量蛋白尿三組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示尿KIM-1水平與uACR相關(guān)(r=0.400，P＜0.001)，因此表明尿液中KIM-1水平可能是DKD患者的早期標(biāo)志物[24]。Carvalh[25]等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了尿KIM-1在DKD早期就出現(xiàn)了升高，提示腎小管早期就可能開始發(fā)生損傷[25]。Khalid[26]等人為了確定不同程度腎損傷的糖尿病患者體內(nèi)KIM-1的水平，排除了其他腎臟疾病患者，根據(jù)糖尿病腎病的嚴(yán)重程度，將185名患者分為三組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著腎臟受累的嚴(yán)重程度，尿KIM-1/肌酐的水平增加，尿KIM-1/肌酐也會(huì)隨著蛋白尿和eGFR的升高而升高，尿KIM-1可根據(jù)尿蛋白來(lái)評(píng)估DKD進(jìn)展[26]。在一項(xiàng)動(dòng)物研究中，Venkata[27]等人構(gòu)建缺血性腎損傷的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)隨著缺血的時(shí)間延長(zhǎng)，腎小管細(xì)胞中KIM-1蛋白表達(dá)增加，尿液KIM-1水平也顯著升高，在構(gòu)建慢性腎損傷鼠模型中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果[27]，推斷KIM-1對(duì)檢測(cè)腎損傷有著高敏感性。后又從動(dòng)物模型延伸到人類研究中[27]，招募了124名1型糖尿病患者進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)5-15年的隨訪，其中有24名患者發(fā)展為ESRD，基線KIM-1水平與eGFR下降密切相關(guān)，也是進(jìn)展為ESRD風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)標(biāo)志，反映了腎臟隨著時(shí)間推移而受到的損害程度[27]。越來(lái)越多研究都證實(shí)了KIM-1作為腎臟損傷標(biāo)志物的實(shí)用性，可反映糖尿病腎臟損害的進(jìn)程，有望作為腎小管間質(zhì)損傷的早期特異性、敏感性診斷標(biāo)志物。

2.4 中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)的脂蛋白(Neutrophil Gelatinase-associated Lipocalin，NGAL)

NGAL最初是在嗜中性粒細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，屬于脂鈣蛋白超家族的成員蛋白，隨后發(fā)現(xiàn)腎小管細(xì)胞及其他類型的上皮細(xì)胞在受到損傷時(shí)可有異常表達(dá)，NGAL的分子量為25kDa，是很容易排泄到尿液中的一種小蛋白。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)NGAL具有保護(hù)腎臟的作用，在腎功能衰竭時(shí)大量又迅速的產(chǎn)生，還能誘導(dǎo)胚胎腎臟中成熟腎單位的形成[28]。在先前的大量研究中已經(jīng)證明NGAL是急性腎損傷(AKI)的早期敏感預(yù)測(cè)因子之一，可以作為腎小管間質(zhì)損傷的早期標(biāo)志物[29]。在1型糖尿病患者里，也有研究證明尿NGAL水平在微量蛋白尿時(shí)已經(jīng)升高，表明腎小管損傷可能較腎小球損傷發(fā)生的早[30]。Wu等[31]人的研究中，招募63名非糖尿病患者作為對(duì)照組，201名2型糖尿病患者作為實(shí)驗(yàn)組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中尿NGAL的水平顯著升高，并且與蛋白尿的嚴(yán)重程度相關(guān)，又對(duì)實(shí)驗(yàn)組中正常及微量蛋白尿患者進(jìn)行28個(gè)月隨訪，觀察到尿NGAL的水平升高預(yù)示eGFR的下降，因此得出結(jié)論，NGAL在DKD的發(fā)病中起著重要作用[31]。在Zylka[23]等人的研究中也證實(shí)了尿NGAL與蛋白尿成正相關(guān)，蛋白尿中度升高的患者與正常至輕度升高的患者相比，NGAL差異顯著，認(rèn)為其可能有助于DKD的早期評(píng)估[23]。Vijay[32]等人發(fā)現(xiàn)2型糖尿病微量蛋白尿患者比無(wú)蛋白尿患者及健康對(duì)照者的尿NGAL水平顯著升高，并且與uACR呈正相關(guān)[32]，同樣另外一項(xiàng)研究中[33]，招募的2型糖尿病患者根據(jù)uACR分為正常、微量、大量白蛋白尿三組，發(fā)現(xiàn)大量蛋白尿組尿NGAL顯著高于其他組，與uACR相關(guān)，通過(guò)多元線性回歸分析顯示尿NAGL在早期DKD的診斷中敏感性最高，由此可以認(rèn)為NGAL能用于檢測(cè)糖尿病患者的早期腎損害[33]。Li[34]等人測(cè)定了2型糖尿病患者中，正常白蛋白尿且腎功能不全(eGFR＜60mL/min/1.73m2)的患者尿NGAL的水平，與eGFR≥60mL/min/1.73m 2的患者相比，尿NAGL水平顯著升高，與eGFR呈負(fù)相關(guān)，因此得出結(jié)論尿NGAL可作為2型糖尿病患者中正常白蛋白尿伴腎功能不全的潛在生物標(biāo)志物[34]。Kapoula等[35]人關(guān)于NGAL預(yù)測(cè)早期DKD準(zhǔn)確性的一篇文章中，采用meta分析方法，納入條件是利用uACR為分組標(biāo)準(zhǔn)將DKD根據(jù)嚴(yán)重程度分為正常、微量及大量蛋白尿組，有22項(xiàng)臨床研究符合，也都得出結(jié)論NGAL是預(yù)測(cè)1型和2型糖尿病患者早期腎損傷的一個(gè)有意義的生物標(biāo)志物[35]。以上大量的研究都證明了NGAL對(duì)早期DKD的診斷價(jià)值。

隨著生活質(zhì)量的升高，慢性疾病的發(fā)生也在日益增長(zhǎng)，其中DKD患者不在少數(shù)，對(duì)于家庭及社會(huì)而言，負(fù)擔(dān)及壓力也越來(lái)越重。DKD是大多數(shù)有長(zhǎng)期病史的糖尿病患者中常見的并發(fā)癥之一，屬于不可逆疾病，也是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，早發(fā)現(xiàn)才能早治療，早期診斷為疾病治療中的重中之重。在目前的臨床工作中，微量蛋白尿的檢測(cè)是評(píng)估糖尿病腎損害最常用的指標(biāo)，其標(biāo)本易收取，且無(wú)創(chuàng)，但敏感性較低，容易受到各種因素影響。因此，尋找具有更高敏感性及特異性的早期標(biāo)志物尤為重要，新興發(fā)展的基因組學(xué)及蛋白組學(xué)等為早期診斷提供了一些新思路，有一些研究也證明了尿液中存在潛在的生物標(biāo)志物可用于DKD的早期診斷，但還需要更多更進(jìn)一步的大型、多中心前瞻性研究來(lái)證實(shí)其臨床應(yīng)用價(jià)值，期盼早日應(yīng)用于臨床工作中。