膿毒癥相關(guān)急性腎損傷早期生物標(biāo)記物的研究進(jìn)展

莊蘇園綜述，聶時(shí)南審校

0 引 言

膿毒癥是指因感染引起的宿主反應(yīng)失調(diào)導(dǎo)致的危及生命的器官功能障礙，存在或可疑感染合并器官序列灌注評分SOFA評分≥2為診斷膿毒癥的主要標(biāo)準(zhǔn)[1]。而膿毒性休克則是膿毒癥合并嚴(yán)重的循環(huán)、細(xì)胞和代謝紊亂，其死亡風(fēng)險(xiǎn)較單純膿毒癥更高。2012年改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)根據(jù)肌酐和尿量對急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)作出了新的定義：48 h內(nèi)血肌酐升高大于0.3 mg/dL(26.5 μmol/L),或7 d內(nèi)血肌酐升高達(dá)基線值的1.5倍，或者每小時(shí)尿量小于0.5 mL/kg,持續(xù)6～12 h。

膿毒癥相關(guān)急性腎損傷(sepsis associated acute kidney injury, S-AKI)在理論上應(yīng)是同時(shí)滿足以上兩個(gè)定義特征的臨床綜合征。目前盡管抗感染治療和基礎(chǔ)生命支持手段不斷進(jìn)步，膿毒癥患者仍存在高發(fā)病率、高病死率，且多數(shù)膿毒癥患者可進(jìn)展為AKI，早期識(shí)別及及時(shí)干預(yù)尤為重要。美國一項(xiàng)多中心納入192 980名膿毒癥患者研究中表明，22%患者進(jìn)展為AKI，病死率為38.2%[2]。另外， Wen等[3]開展了一項(xiàng)納入1255例患者的多中心前瞻性研究，發(fā)現(xiàn)ICU中AKI發(fā)病率為31.6%，其中膿毒癥患者占44.9%，90 d病死率為41.9%。多項(xiàng)非隨機(jī)對照研究顯示使用腎臟替代治療對提高生存率有顯著的趨勢[4-5]，早期診斷和及時(shí)干預(yù)治療能改善S-AKI患者預(yù)后。KDIGO更加精細(xì)地定義了AKI的診斷，診斷主要依靠血清肌酐增加或尿量減少，然而這兩項(xiàng)指標(biāo)都存在其局限性，因此有必要探究更加早期有效的生物標(biāo)記物來檢測S-AKI的發(fā)生。本文就膿毒癥相關(guān)急性腎損傷的早期生物標(biāo)記物的研究進(jìn)展作一綜述。

1 血清肌酐和尿量的局限性

血清肌酐分子量較小，在血液中不與蛋白結(jié)合，可通過腎小球?yàn)V過膜，極少數(shù)在腎小管被重吸收。血清肌酐由外源性肌酐和內(nèi)源性肌酐組成，內(nèi)源性肌酐是肌酸和磷酸肌酸代謝的產(chǎn)物，其水平升高能反映腎功能損傷。因其簡單易測且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，血清肌酐仍是目前診斷急性腎損傷及其損傷程度的主流生物標(biāo)記物。然而，血清肌酐對于早期診斷急性腎損傷存在一定的局限性：其一，肌酐由外源性肌酐和內(nèi)源性肌酐組成，前者易受肉類食物攝入的影響，后者可受年齡、性別、種族、運(yùn)動(dòng)、體重、肌肉含量、機(jī)體炎性反應(yīng)等影響。其二，腎臟代償功能強(qiáng)大，單側(cè)腎功能發(fā)揮作用時(shí)即可保持血清肌酐正常值水平，早期、輕度腎損傷時(shí)血清肌酐可維持在正常范圍[6]。此外，尿量對于急性腎損傷的診斷不敏感且不易在監(jiān)護(hù)室以外的條件下測的，尿量的測量易受主觀影響。因此，臨床上需要更加有效早期診斷急性腎損傷的生物標(biāo)記物。

2 膿毒癥相關(guān)急性腎損傷新型生物標(biāo)記物

2.1 腎小球損傷的生物標(biāo)記物

2.1.1 血清胱抑素C(serum Cystatin C，sCys C)sCys C是人體有核細(xì)胞合成并分泌的一種低分子量堿性非糖基化蛋白質(zhì)，也是一種半胱氨酸蛋白酶抑制劑，通常以恒量存在于各種體液中，主要經(jīng)腎臟分解代謝，較少受肌肉含量影響，許多研究表明sCys C是提示腎小管受損及腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate, GFR)下降良好的生物標(biāo)記物[7]。Delanaye等[8]比較了47例SOFA評分為5分的膿毒癥患者，分別通過sCys C和血清肌酐計(jì)算其GFR，SCr和sCys C的GFR閾值為60 mL/min的ROC曲線下面積分別為0.700和0.942，提示sCys C在檢測膿毒癥患者GFR受損方面明顯優(yōu)于血清肌酐，能較早地檢測出AKI，這一結(jié)論在Asada Leelahavanichkul的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也被證實(shí)[9]。此外，Ortuno-Anderiz等[10]在一項(xiàng)納入50例膿毒癥患者的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)，sCys C水平較肌酐和尿素水平升高更早，且初始sCys C水平與患者30 d的死亡率有關(guān)(OR=1.16；95%CI：0.3～1.85)，為sCys C作為AKI早期診斷的生物標(biāo)記物提供有力的證據(jù)。由此可見，sCys C在早期診斷膿毒癥患者急性腎損傷方面具有巨大潛力，但遺憾的是，目前市面上檢測sCys C的方法眾多，缺乏一定標(biāo)準(zhǔn)化，仍有待進(jìn)一步解決。

2.1.2中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin,NGAL)NGAL相對分子質(zhì)量25 kDa，由178個(gè)氨基酸殘基組成的糖蛋白，是脂質(zhì)載體蛋白超家族成員之一，可在中性粒細(xì)胞表面表達(dá)[16]，也可在腎臟細(xì)胞、肝細(xì)胞、上皮細(xì)胞等多種細(xì)胞中以較低的恒低速率表達(dá)。正常情況下，循環(huán)中可檢測到低濃度NGAL，NGAL可通過腎小球?yàn)V過膜，在近端腎小管中被重吸收[17]。因此血中NGAL濃度升高或者近端腎小管損傷均可導(dǎo)致血NGAL以及尿液NGAL水平升高。臨床研究表明，血漿和尿液NGAL水平升高，對膿毒癥相關(guān)AKI的發(fā)生均有預(yù)測價(jià)值。Khawaja等[16]通過測定48例膿毒癥患者早期血漿NGAL濃度，發(fā)現(xiàn)早期NGAL濃度能有效得預(yù)測AKI發(fā)生，其AUC為0.82(95% CI:0.68～0.96),敏感性為70.8%，特異性為90.9%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)NGAL濃度與ICU住院時(shí)間呈正相關(guān)。一項(xiàng)薈萃分析表明，發(fā)生AKI的患者血清NGAL水平明顯高于不患AKI患者，敏感性為0.881(95%CI:0.819～0.923)，特異性為0.474(95%CI:0.367～0.582)，陽性預(yù)測值0.216(95%CI:0.177～0.261)，陰性預(yù)測值0.0.965(95%CI:0.945～0.977)[18]，該項(xiàng)研究指出尿NGAL水平無顯著差異。然而在一項(xiàng)135例成人膿毒癥患者的前瞻性觀察研究[19]發(fā)現(xiàn)尿液NGAL水平也能早期預(yù)測膿毒癥患者AKI的發(fā)生,其AUC為0.70(95%CI:0.60～0.79)，最佳截?cái)嘀?02.5 ng/mL，敏感性為95%，特異性為76%。該結(jié)論與Monari等[20]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及Jung等[21]、Park等[22]的前瞻性隨機(jī)對照試驗(yàn)的結(jié)論一致。此外，聯(lián)合血清NGAL、尿NGAL和SOFA評分預(yù)測住院死亡率曲線下面積AUC可達(dá)0.911[23]。由此可見，無論血清還是尿液NGAL是預(yù)測膿毒癥相關(guān)急性腎損傷的良好生物標(biāo)記物，遺憾的是該指標(biāo)的特異性受全身炎癥的影響，在膿毒癥患者中特異性不高。

2.2腎小管損傷的生物標(biāo)記物

2.2.1 腎損傷因子-1(kidney injury molecule-1，KIM-1)KIM-1是1型跨膜糖蛋白，也是免疫球蛋白基因超家族成員，包含一個(gè)半胱氨酸免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域和一個(gè)粘蛋白結(jié)構(gòu)域。正常狀態(tài)下腎臟組織中恒微量表達(dá)KIM-1mRNA及其蛋白，然而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)當(dāng)腎臟缺血或腎毒性誘發(fā)AKI時(shí)，KIM-1在近端腎小管細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，且能檢測到KIM-1mRNA的破壞與重建[24]，并在基質(zhì)蛋白酶的作用下被釋放到胞外，然后進(jìn)入尿液中，可在尿液中檢測到其成分，因此有研究推測KIM-1可作為早期急性腎損傷的敏感生物標(biāo)記物。為此，國內(nèi)有學(xué)者早期檢測150例膿毒癥患者血清肌酐及尿液KIM-1水平，發(fā)現(xiàn)膿毒癥AKI 患者入住ICU 24 h后血肌酐開始升高，而KIM-1在6 h就開始顯著增加，其AUC為0.864(95%CI：0.822～0.906)，敏感性為94%，特異性為61%；KIM-1在24 h達(dá)到峰值，AUC為0.916(95%CI：0.91～0.906)，敏感性為91%，特異性為78%，并保持顯著升高達(dá)48 h，認(rèn)為尿KIM-1水平可作為診斷膿毒癥AKI的早期生物標(biāo)記物[25]，遺憾的是該研究樣本量較小，且測定了尿KIM-1水平，對于血KIM-1水平缺乏對比。此外，一項(xiàng)Meta分析表明，尿液KIM-1對膿毒癥相關(guān)AKI有很大的預(yù)測價(jià)值，其AUC可達(dá)0.86(95%CI：0.83～0.89)，敏感性為74.0%(95%CI：61.0%～84.0%)，特異性為86.0%(95%CI：74.0%～93.0%)[26]。 總而言之，尿KIM-1作為預(yù)測膿毒癥患者AKI的早期診斷的生物標(biāo)記物具有巨大的潛力，但目前缺乏膿毒癥相關(guān)AKI患者與其它原因?qū)е翧KI患者的分層研究。

2.2.2軸突生長誘導(dǎo)因子(netrin-1)netrin-1是層粘連蛋白相關(guān)的神經(jīng)元導(dǎo)向因子，在正常腎小管上皮細(xì)胞中很少表達(dá)或不表達(dá)，在損傷的腎臟中卻能高度表達(dá)。早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在急性腎損傷的小鼠尿液中可檢測到Netrin-1蛋白。Ramesh等[27]發(fā)現(xiàn)Netrin-1在急性腎損傷的患者尿液中也可被檢測出。netrin-1水平在多種AKI患者中升高，被認(rèn)為可能是AKI的通用生物標(biāo)記物，其中在膿毒癥相關(guān)AKI患者中表現(xiàn)更為明顯。國內(nèi)已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)新生兒出生后12 h內(nèi)尿液netrin-1水平可預(yù)測窒息后導(dǎo)致的AKI，其AUC為0.878(95%CI: 0.775～0.981)[28]。而在膿毒癥相關(guān)AKI方面，一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究表明，150名膿毒癥患者入院24 h后血肌酐水平開始升高，而Netrin-1早在入院1 h就顯著升高，3～6 h達(dá)到峰值，并在48 h內(nèi)仍保持升高，為臨床早期診斷膿毒癥相關(guān)AKI提供更多選擇[25]。但是Netrin-1是一種多功能的層粘連蛋白相關(guān)的神經(jīng)元指導(dǎo)蛋白，在包括腎臟在的各種組織中廣泛表達(dá)其在腎臟病理生理中的作用尚未完全闡明。

2.2.3髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體-1(the triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1)TREM-1是免疫球蛋白超家族受體成員，是一種免疫受體，能放大Toll樣和NOD樣受體的結(jié)合介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，在感染過程中可被上調(diào)。sTREM-1是TREM的可溶形式，可伴隨TREM-1的上調(diào)釋放到體液中，目前認(rèn)為膿毒癥是出現(xiàn)全身炎癥因子誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)，大量炎癥因子的釋放可引起局部炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激增強(qiáng)，在急性腎損傷的形成和發(fā)展中起到了極其重要的作用。當(dāng)發(fā)生AKI 時(shí)，患者尿液中可檢測到sTREM-1，然而，sTREM-1的水平與其血清含量無關(guān)，提示sTREM-1在急性腎損傷具有潛在作用。Su等[29]動(dòng)態(tài)監(jiān)測了104例膿毒癥患者尿液sTREM-1變化，發(fā)現(xiàn)尿液sTREM-1對48 h內(nèi)發(fā)生AKI有很大預(yù)測價(jià)值，其AUC為0.922(95%CI:0.850～0.995)，最佳截?cái)嘀禐?9.04 ng/L，敏感度為0.94，特異度為0.76。與此同時(shí)，該文章通過Logistic回歸分析，表明了尿sTREM-1是膿毒癥患者發(fā)生AKI的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，這一結(jié)論也在一項(xiàng)前瞻性研究被證實(shí)[30]。正常尿液中幾乎無法檢測到sTREM-1水平，由此可見，尿液sTREM-1水平對膿毒癥相關(guān)急性腎損傷有較好的早期預(yù)測價(jià)值。最新研究顯示TREM-1上表達(dá)的先天免疫受體觸發(fā)受體可能與線粒體代謝及腎小管上皮細(xì)胞衰老有關(guān)[31]。

2.2.4細(xì)胞周期停滯蛋白目前細(xì)胞周期停滯蛋白主要有金屬蛋白酶2組織抑制劑(tissue inhibitor metallo proteinase-2,TIMP-2)和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白7(insulin like growth factor binding protein 7,IGFBP7),TIMP-2是相對分子質(zhì)量為21 000的小分子蛋白，屬于金屬蛋白酶組織抑制劑家族，其中包含194個(gè)氨基酸殘基，可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和凋亡及抑制金屬蛋白酶的活性。IGFBP7則是相對分子質(zhì)量為29 000的分泌蛋白，能結(jié)合和抑制胰島素生長因子(insulin-like growth factor 1,IGF-1)受體。TIMP-2和IGFBP7在腎小管細(xì)胞中表達(dá)，均為細(xì)胞周期組織的生物標(biāo)記物。廣泛認(rèn)為，TIMP-2可刺激腎小管上皮細(xì)胞p27的表達(dá)，IGFBP7可直接增加腎小管上皮細(xì)胞p53和p21的表達(dá)，而這些p蛋白反過來會(huì)阻止細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶復(fù)合物對細(xì)胞周期促進(jìn)的作用，從而導(dǎo)致G1細(xì)胞周期在短時(shí)間內(nèi)停滯[32],因此有學(xué)者認(rèn)為TIMP-2和IGFBP7可早期預(yù)測急性腎小管損傷的發(fā)生。

在膿毒癥造模的大鼠模型中，當(dāng)腎小管上皮細(xì)胞進(jìn)入短暫的G1期，TIMP-2和IGFBP7在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)[33]，而在盲腸和和穿刺造模的小鼠腎組織中以及脂多糖造模的人腎(HK-2)細(xì)胞中，TIMP-2表達(dá)也顯著上調(diào)[34-35]。而在臨床試驗(yàn)中，Sapphire分析了728例重癥患者，驗(yàn)證了尿液TIMP-2和IGFBP7是AKI發(fā)生的有效早期標(biāo)記物，兩者的AUC分別為0.79和0.76[32]。此外，為評估IGFBP7在敗血性AKI早期診斷中的作用，研究者開展了一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究，入院尿IGFBP7水平預(yù)測膿毒癥相關(guān)AKI的發(fā)生，其AUC曲線下面積為0.79(95%CI：0.70～0.88)，最佳截?cái)嘀禐?.5 ng/mL，敏感性為72%，特異性為70%，且不受膿毒癥本身影響的結(jié)論[36-37]。TIMP-2和IGFBP7分別為可能預(yù)測膿毒癥發(fā)生AKI的新型有效生物標(biāo)記物。法國一項(xiàng)多中心前瞻性觀察性研究表明，膿毒性休克早期尿液[TIMP-2]·[IGFBP7]是預(yù)測24 h內(nèi)AKI程度演變的獨(dú)立因素[38]。薈萃分析表明，尿液[TIMP-2]·[IGFBP7]對AKI表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性，AUC曲線先面積為0.86(95%CI：0.82～0.96)，靈敏性為0.83(95%CI：0.75～0.89)，特異性為0.72(95%CI：0.56～0.84)[39]。[TIMP-2]·[IGFBP7]是近年來研究膿毒癥相關(guān)急性腎損傷早期生物標(biāo)記物的熱門指標(biāo)，在早期診斷膿毒癥患者急性腎損傷方面具有巨大潛力，但仍有待更多的臨床驗(yàn)證。

3 結(jié) 語

膿毒癥發(fā)病率及死亡率高，是急診及危重癥監(jiān)護(hù)病房時(shí)常面臨的問題，易合并急性腎損傷，甚至進(jìn)展為慢性腎病，終末期腎病[40-41]。目前大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究表明，新型生物標(biāo)記物，尤其是尿液生物標(biāo)記物可有效早期預(yù)測膿毒癥相關(guān)急性腎損傷的發(fā)生，但目前關(guān)于損傷生物標(biāo)記物的數(shù)據(jù)尚不足以支持其用于AKI分期，還需要進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證研究，以測量新型生物標(biāo)記物與臨床相關(guān)結(jié)局之間的聯(lián)系。這些新型生物標(biāo)記物能否指導(dǎo)腎臟替代治療以及腎替代治的時(shí)機(jī)選擇，也有待進(jìn)一步的臨床研究。臨床工作中，應(yīng)該理性地認(rèn)識(shí)新型生物標(biāo)記的價(jià)值才能更好地服務(wù)于臨床。