膿毒癥急性腎損傷的新型生物學(xué)標(biāo)志物

胡天佑 王洪亮

膿毒癥是宿主對感染的反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致危及生命的器官功能障礙綜合征,其病情發(fā)展迅速，發(fā)病率及死亡率均居高不下[1]。若病情嚴重或治療不及時，極易發(fā)展為膿毒癥休克，導(dǎo)致多器官功能衰竭。在膿毒癥發(fā)生發(fā)展的過程中，腎臟是最常累及的器官之一，常并發(fā)膿毒癥相關(guān)性急性腎損傷(SA-AKI)。據(jù)統(tǒng)計，SA-AKI約占臨床急性腎損傷(AKI)的50%以上，且當(dāng)膿毒癥繼發(fā)AKI后，患者的病死率高達70%，AKI是膿毒癥最常見且最嚴重的并發(fā)癥之一[2]。我國一項全國性多中心研究結(jié)果顯示，2013年全國約有290萬人罹患AKI并住院接受治療，總醫(yī)藥費用約為130億美元，占我國總醫(yī)療費用的10%[3]，死亡率為12.4%。而膿毒癥AKI的患者院內(nèi)死亡率可達單純AKI患者的6倍(約70%)。本文旨在總結(jié)各類新型生物標(biāo)志物對SA-AKI的預(yù)測與診斷價值，為早期診斷SA-AKI提供新思路。

一、SA-AKI診斷現(xiàn)狀

根據(jù)2012年改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)對AKI新的定義：當(dāng)患者48小時內(nèi)血清肌酐(SCr)水平升高>0.3 mg/dl(26.5 μmol/L)，7天內(nèi)SCr水平升高達基線值的1.5倍，或每小時尿量<0.5 ml/kg，持續(xù)6～12小時即可診斷為AKI[4]。目前臨床診斷AKI的方式主要依賴尿量、SCr、血清尿素氮(BUN)、是否存在管型尿、高鈉排泄指數(shù)和尿素排泄指數(shù)及低滲尿等指標(biāo)。其中，SCr與尿量是重要的診斷核心指標(biāo)。然而，真正代表腎臟功能的腎小球濾過率(GFR)并不能僅用SCr水平來準(zhǔn)確反映，因為腎小管的肌酐分泌與其他非腎因素如肌肉質(zhì)量、肝功能和非腎性胃腸排出等也密切相關(guān)[5]。目前通常認為SCr是腎臟損傷的晚期標(biāo)志物[6],但其在診斷AKI的發(fā)生時有一定的缺陷性，缺乏對結(jié)構(gòu)性腎損傷的診斷準(zhǔn)確性，并且對于結(jié)構(gòu)性腎損傷的患者無法提供如病因、預(yù)后、治療反應(yīng)的相關(guān)信息[7]。例如，在ICU中伴有膿毒癥、低血壓、尿沉渣檢測發(fā)現(xiàn)有顆粒狀管型尿的患者均存在結(jié)構(gòu)性腎損傷，且預(yù)后不佳，需要密切關(guān)注，積極治療。但SCr并沒有類似的特征，且在非結(jié)構(gòu)性腎臟損傷的疾病中，如正在接受利尿劑治療的失代償性充血性心力衰竭患者、開始服用腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)抑制劑的糖尿病腎病患者和開始強化血壓控制的長期高血壓患者，均存在SCr水平升高的情況。在這些患者中，SCr水平的上升與不良預(yù)后無關(guān)[8]。因此，為了早期確診AKI的出現(xiàn)，尋找其他可用于AKI早期診斷的指標(biāo)極其重要。

二、SA-AKI新型標(biāo)志物

對于SA-AKI的新型標(biāo)志物，目前常見的有中性粒細胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白(NGAL)、腎損傷分子-1( KIM-1)、肝臟脂肪酸結(jié)合蛋白(L-FABP )、胱抑素C(Cys C)、金屬蛋白酶組織抑制劑 -2(TIMP-2)和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白7(IGFBP 7)等。以下將針對其中部分在膿毒癥AKI病理生理過程中起到重要作用的生物學(xué)標(biāo)志物進行分析介紹。

1.NGAL：NGAL是一種近年來新興的腎損傷生物學(xué)標(biāo)志物，其分子量為25 kDa，是一種分泌型糖蛋白，最早由Kjeldsen等在研究中性粒細胞時首先發(fā)現(xiàn)。其在炎癥、感染、中毒、缺血、AKI和腫瘤轉(zhuǎn)化等各種病理狀態(tài)下產(chǎn)生，并在腎臟、肝臟和上皮細胞中表達。NGAL以25 kDa的單體和45 kDa的同源二聚體存在，并以135 kDa的異源二聚體形式與明膠酶結(jié)合[9]。在腎小管上皮細胞中，NGAL主要生成形式是單體形式和一定程度上的異二聚體形式，而同源二聚體形式是中性粒細胞特有的形式[10]。近年來有研究證實NGAL有參與機體免疫應(yīng)答、脂質(zhì)代謝、腎臟損傷的修復(fù)、細胞分化及凋亡、炎癥反應(yīng)、胚胎發(fā)育、氧化應(yīng)激的作用[11]。NGAL主要在遠端小管和集合管產(chǎn)生，在正常近曲小管上皮低表達。當(dāng)近曲小管上皮細胞受損時，血清NGAL(pNGAL)及尿液NGAL(uNGAL)水平呈升高趨勢。在缺血再灌注損傷、嚴重感染、手術(shù)創(chuàng)傷等因素引起的AKI 中，pNGAL與uNGAL表達水平均顯著升高[12]。因此，NGAL成為近幾年腎損傷標(biāo)志物的研究重點。目前，已有多項大規(guī)模臨床研究對NGAL作為AKI生物標(biāo)志物的價值進行評估，均表明NGAL作為AKI早期診斷指標(biāo)具有較高的診斷準(zhǔn)確性。近年來也逐漸開始嘗試通過NGAL判斷連續(xù)性腎臟替代治療(CRRT)的時機，并發(fā)現(xiàn)使用uNGAL對膿毒癥AKI患者進行分類可行，可作為指導(dǎo)CRRT啟動的指標(biāo)[13]。此外還有研究發(fā)現(xiàn)，NGAL水平可能與患者預(yù)后相關(guān)。在SA-AKI患者中pNGAL 水平明顯升高，其水平隨著膿毒癥嚴重程度的增加而增加；另外，隨訪28天發(fā)現(xiàn)非存活組患者pNGAL水平遠高于存活組；提示pNGAL對于早期診斷AKI和評價膿毒癥患者的預(yù)后均有重要意義[14]。但是NGAL也有弊端，如pNGAL的特異性還不夠高；NGAL在腎損傷之外的其他疾病中也有表達，如感染、炎癥、腫瘤、高血壓等疾病狀態(tài)時，pNGAL水平也會出現(xiàn)異常。Rampoldi等[15]觀察到pNGAL水平在全身炎癥反應(yīng)綜合征、嚴重膿毒癥和感染性休克患者中升高，在ICU感染性休克患者中應(yīng)謹慎使用其作為診斷AKI的標(biāo)志物。pNGAL在診斷AKI方面的準(zhǔn)確性研究結(jié)果顯示，pNGAL>150 ng/ml對疑似膿毒癥AKI患者的敏感性為96%，但特異性僅為51%[16]。與pNGAL相比，uNGAL對預(yù)測SA-AKI更有用，因為在沒有AKI的膿毒癥患者中uNGAL水平不會升高?？梢姡瑄NGAL更適合成為對SA-AKI患者診斷和監(jiān)測的標(biāo)志物。

目前NGAL是新型標(biāo)志物中研究得較為成熟的一種，盡管如此，其在血清中和尿液中的表達與腎損傷的關(guān)系還需進一步探討，目前其在臨床中的實用性和可行度仍需通過進一步的實驗探索。

2.TIMP-2與IGFBP7：TIMP-2與IGFBP7是兩種新興的AKI標(biāo)志物，其對AKI的預(yù)測作用目前已得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，但是其對患者的預(yù)后預(yù)測方面的作用仍知之甚少。

TIMP-2與IGFBP7均為細胞周期阻滯生物標(biāo)志物，現(xiàn)已被證明是AKI的良好預(yù)測因子，并被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)用于危重患者AKI的風(fēng)險評估。其中TIMP-2是一種21 kDa的蛋白，屬于金屬蛋白酶組織抑制因子家族，是金屬蛋白酶活性的內(nèi)源性抑制因子。IGFBP7是一種29 kDa的分泌性蛋白，通過胰島素樣生長因子(IGF)-1受體結(jié)合并抑制信號傳遞[17]。相關(guān)研究顯示，在出現(xiàn)腎損傷的早期，損傷的腎小管上皮細胞在G1期進入了短暫的細胞周期停滯。在細胞的自身保護機制的作用下，為避免損傷導(dǎo)致的細胞死亡或衰老，在損傷修復(fù)前無法繼續(xù)分裂。而作為細胞周期阻滯的標(biāo)志物，IGFBP7和TIMP-2會發(fā)出信號，表明腎小管上皮細胞已經(jīng)受到損傷并且停止分裂[18]。他們通常通過自分泌或旁分泌的形式，從受損部位傳播，起到“警告”的作用，因為發(fā)生時間較早，從而有機會早期發(fā)現(xiàn)損傷，改善預(yù)后[19]。在AKI不同發(fā)生機制的作用下，IGFBP7在外科患者中的作用優(yōu)于TIMP-2，而TIMP-2在SA-AKI患者中診斷效果更好[18]。目前已有研究顯示其二者乘積可以在AKI二期和三期出現(xiàn)的12小時內(nèi)反映出患者腎臟的變化，且早于SCr水平[20]。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)展為AKI二期和三期的患者，尿[TIMP-2]×[IGFBP7]濃度通常在當(dāng)天就會升高，且可隨病情變化出現(xiàn)特征性的上升和下降。

[TIMP-2]×[IGFBP7]在SA-AKI中也有一定的預(yù)測價值。一項研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將感染和膿毒癥的一個強有力的標(biāo)志物降鈣素原(PCT)與[TIMP-2]×[IGFBP7](臨界值分別為0.5和0.3)結(jié)果聯(lián)合分析，可在48小時內(nèi)對人群進行AKI發(fā)展的風(fēng)險分層，二者聯(lián)合陽性時AKI的發(fā)展風(fēng)險增加了26倍，且雙標(biāo)記陽性也與7天內(nèi)的死亡率顯著相關(guān)[18]。此后，又有多項研究分析證明 [TIMP-2]×[IGFBP7]能準(zhǔn)確預(yù)測SA-AKI，但同時也發(fā)現(xiàn)二者乘積雖具有較高的敏感性，但陰性預(yù)測值較低[21]。目前，二者在AKI早期診斷方面的作用已經(jīng)被廣泛、深刻的認識，但其仍有一定的缺陷，如無法區(qū)分短暫性和持續(xù)性AKI，且只可預(yù)測患者24小時內(nèi)病情變化，極易失去診斷時機，且在預(yù)測患者的預(yù)后方面并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的作用等。因此，在臨床的使用時尚需輔助其他的檢查結(jié)果，僅可作為一定的參考[22]。

3.KIM-1：KIM-1是一種新型腎損傷標(biāo)志物，其在糖尿病腎病、慢性腎病的作用已被廣泛了解，在SA-AKI中的作用也已逐漸被學(xué)術(shù)界關(guān)注。其已被證實有強大的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)測病情發(fā)展的能力，但是在病情和損傷嚴重程度的檢測方面仍存在一定的缺陷。

KIM-1是腎近端小管上皮細胞的跨膜糖蛋白，其胞外區(qū)含有粘蛋白結(jié)構(gòu)域和Ig樣結(jié)構(gòu)域。一般情況下，檢測人員很難在健康腎臟中檢測到KIM-1。因為正常腎臟組織很少表達KIM-1，但在缺血、缺氧、中毒、感染或某些腎小管間質(zhì)和多囊腎病引起的AKI時KIM-1表達水平明顯升高[23]。此時去分化的近端小管細胞中KIM-1的表達水平顯著上調(diào)，其被釋放到小腔內(nèi)，尿液中KIM-1水平大幅上升。同樣，當(dāng)腎臟近端小管受損時，血液中也可以檢測到KIM-1。KIM-1主要表達于分化的近端腎小管上皮細胞。近端腎小管上皮細胞在損傷后可以再生，尤其是S3外髓區(qū)，當(dāng)損傷發(fā)生時，尿液和腎臟組織中KIM-1水平在短時間內(nèi)明顯升高，且與腎損害程度相關(guān)。由于KIM-1在動物實驗和臨床試驗中均表現(xiàn)出很強的可行性，研究者們認為其可以作為一個潛在的早期生物標(biāo)志物，且有研究證明其參與了腎臟的損傷和愈合過程，因此被認為是一個較為可靠的預(yù)測預(yù)后的因子[24]。相比于血清KIM-1(SKIM-1)，人們對尿KIM-1(UKIM-1)的研究更加深入。FDA和歐洲藥品管理局將UKIM-1選定為藥物性腎病的生物標(biāo)志物[25]。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，SA-AKI患者的血清和尿液中KIM-1水平均高于無AKI的膿毒癥患者，且血清和尿液中的KIM-1均可在72小時內(nèi)預(yù)測膿毒癥AKI。但由于KIM-1不僅反映了AKI的損傷情況，在修復(fù)和再生過程中也有所增加，因此無論是血清還是尿液中的KIM-1對AKI嚴重程度均無明顯預(yù)測價值，對患者預(yù)后和嚴重程度的判斷也具有一定的局限。

綜上所述，臨床中迫切需要特異性更高、實用性更強的標(biāo)志物來完善SA-AKI的早期診斷，目前并未尋找到一種可以完全替代常規(guī)指標(biāo)(如血清肌酐或尿量)的生物標(biāo)志物。且相對于單獨的生物標(biāo)志物，在早期聯(lián)合檢測生物標(biāo)志物是預(yù)測膿毒癥患者AKI預(yù)后、判斷嚴重程度、盡快掌握病情變化的靈敏度高、特異性好的檢測策略，從而為臨床早期制訂治療方案提供指導(dǎo)。隨著科技的進步，更多更適于臨床應(yīng)用的SA-AKI診斷及預(yù)后標(biāo)志物有望被開發(fā)并應(yīng)用于臨床，為SA-AKI早期診斷和早期治療提供更有力的依據(jù)。