心臟術(shù)后急性腎損傷早期生物學(xué)標(biāo)志物的研究進(jìn)展*

吳曉云 綜述，臧旺福審校

同濟(jì)大學(xué)附屬上海市第十人民醫(yī)院心臟外科，上海 200072

急性腎損傷(AKI)是指驟然出現(xiàn)的腎功能下降，多發(fā)生在大手術(shù)后，具有較高的發(fā)病率和病死率。近20年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，雖然外科手術(shù)技術(shù)以及術(shù)后監(jiān)護(hù)技術(shù)在不斷地發(fā)展，而AKI的發(fā)生率仍在30%～59%[1-5]，重癥患者病死率高達(dá)50.0%[4]?；颊咭坏┌l(fā)生AKI，不但會(huì)延長(zhǎng)呼吸機(jī)使用時(shí)間和重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)住院時(shí)間，而且還會(huì)增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，甚至與術(shù)后數(shù)年的術(shù)后感染和心血管事件的發(fā)病率和病死率明顯增加有關(guān)[3-4]。雖然改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)提出了較為實(shí)用的診斷標(biāo)準(zhǔn)，但事實(shí)是AKI仍未得到充分診斷[6]。早期發(fā)現(xiàn)有危險(xiǎn)的患者，及時(shí)采取預(yù)防措施，是減少AKI發(fā)生及其后遺癥的有效方法[7]。研究發(fā)現(xiàn)，血清肌酐(SCr)不足以作為AKI的早期檢測(cè)指標(biāo)[8]。因此，在這種背景下開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)腁KI的診斷標(biāo)志物，早期識(shí)別腎臟的損傷具有重要臨床價(jià)值[9]。本文就近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)的具有良好應(yīng)用前景的生物學(xué)標(biāo)志物進(jìn)行綜述。

1 胱抑素C(CysC)

CysC是半胱氨酸蛋白酶抑制物超家族成員之一，它通常不會(huì)在健康人尿液中檢測(cè)到，僅在腎小管損傷患者的尿液中發(fā)現(xiàn)過(guò)[10]。與SCr相比，腎損傷后血清中的CysC與年齡、性別、種族和肌肉質(zhì)量的相關(guān)性較小，與腎功能的下降相關(guān)性更大[11]。在AKI患者中，CysC比SCr升高早14 h[12]。另有研究提出，與SCr相比，CysC檢測(cè)可使AKI的檢出時(shí)間提早1～2 d[13]。在診斷兒童AKI時(shí)，血清CysC水平超過(guò)0.4 mg/L時(shí)，其診斷AKI的靈敏度和特異度分別為0.92和0.64[14]。ZHENG等[15]對(duì)43例兒童體外循環(huán)術(shù)后患者進(jìn)行前瞻性的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后6 h的CysC水平診斷AKI發(fā)生的受試者工作特征曲線下面積(AUC)為0.61。而在近期對(duì)183例ICU患者進(jìn)行的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)CysC沒(méi)有預(yù)測(cè)AKI發(fā)生的價(jià)值，可能原因是在蛋白尿的患者中存在CysC重吸收受阻的情況，從而使測(cè)定受到影響[16-17]。

2 中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂蛋白(NGAL)

NGAL是一種脂鈣蛋白，正常情況下只在腎臟、肝臟、胃和結(jié)腸等組織中以極低的水平表達(dá)[18]。NGAL在腎小管損傷后表達(dá)上調(diào)，并在近端小管細(xì)胞中表達(dá)，然后分泌到尿液中而不被重吸收，腎損傷后2 h內(nèi)可在血清和尿液中檢測(cè)到，其改變先于腎功能。因此，NGAL是一種有用的AKI早期診斷的生物學(xué)標(biāo)志物。在臨床研究中，AKI后血清中NGAL可增加10倍，尿中可以增加100倍[19]。尿NGAL診斷兒童AKI的AUC為0.91(95%CI：0.80～1.00)，最佳臨界值為125 mg/L時(shí)，靈敏度和特異度分別為0.92和0.69[14]。CHEN等[20]報(bào)道了心臟手術(shù)患者2～4 h內(nèi)血清NGAL水平明顯升高。然而，NGAL在AKI多因素病因研究中并不具備高靈敏度和特異度。SPRENKLE等[21]發(fā)現(xiàn)在部分腎切除術(shù)患者術(shù)后24 h尿NGAL水平?jīng)]有升高。更有研究發(fā)現(xiàn)，在某些腎前疾病、全身或泌尿系統(tǒng)的感染可能會(huì)影響NGAL的檢測(cè)，使結(jié)果出現(xiàn)偏差[22-23]，限制了NGAL的臨床使用，可能原因是NGAL與先天免疫缺陷有關(guān)，其參與了免疫的顆粒細(xì)胞成熟過(guò)程，也可以與鐵結(jié)合，從而限制了細(xì)菌的生長(zhǎng)[24]。

3 腎損傷因子-1(KIM-1)

KIM-1是一種I型跨膜蛋白，是一類跨膜糖蛋白，它在正常腎臟組織中不表達(dá)，在腎損傷后表達(dá)升高，其干擾因素較少，被認(rèn)為是腎損傷的一種杰出的生物標(biāo)志物[25]。HAN等[26]通過(guò)急性腎小管壞死患者的腎活檢標(biāo)本檢測(cè)到人體內(nèi)KIM-1的明顯表達(dá)，他們的研究顯示，尿KIM-1在早期急性腎缺血后12 h內(nèi)呈進(jìn)行性升高。最近的其他研究表明，腎臟組織和尿液中KIM-1的檢測(cè)有助于AKI的早期診斷，尤其是針對(duì)由缺血和腎毒性所導(dǎo)致的AKI具有較高的使用價(jià)值[27]。此外，心臟手術(shù)后患AKI的兒童術(shù)后12 h尿KIM-1水平升高[28]。美國(guó)食品和藥物管理局和歐洲藥物管理局已批準(zhǔn)尿液KIM-1可用于動(dòng)物和臨床研究中藥物誘導(dǎo)的近端腎小管損傷的識(shí)別和監(jiān)測(cè)。

4 白細(xì)胞介素-18(IL-18)

IL-18是一種促炎細(xì)胞因子，可在近端小管細(xì)胞中激活，并在腎損傷后隨尿尿液排出。先前的研究表明IL-18會(huì)加劇腎小管壞死，中和IL-18的抗體后可以減少小鼠的腎損傷[29]。在兒童心臟手術(shù)后6 h尿中IL-18水平明顯升高，而SCr水平直到術(shù)后48～72 h才升高[20]。此外，成人AKI后2 h尿IL-18水平也明顯升高(高達(dá)600 pg/mL)，尿IL-18水平對(duì)AKI診斷的靈敏度和特異度均大于90%[30]。然而,在一項(xiàng)單中心前瞻性觀察性隊(duì)列研究中，HASSE等[31]的研究數(shù)據(jù)認(rèn)為IL-18對(duì)預(yù)測(cè)AKI的診斷價(jià)值有限，他們指出,心臟手術(shù)后AKI患者與非AKI患者的尿IL-18水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。此外，由于IL-18的促炎癥特性導(dǎo)致結(jié)果的誤差，使其在感染患者中使用受限。

5 N-乙酰-d-氨基葡萄糖苷酶(NAG)

NAG是一種存在于近端腎小管細(xì)胞中的溶酶體酶，可在腎損傷后釋放到尿液中，且不被腎小球吸收，并很快被肝臟從血液循環(huán)中清除[32-34],是一個(gè)很好的腎小管損傷相關(guān)標(biāo)志物。尿NAG是腎小管損傷的敏感指標(biāo)，其在尿中的存在主要是由于近端小管細(xì)胞損傷所致。以往實(shí)驗(yàn)表明，NAG是腎臟急性缺血和氧化應(yīng)激的敏感標(biāo)志物，暴露于慶大霉素、順鉑或鋰的動(dòng)物尿NAG水平明顯升高[35]。然而，NAG的臨床應(yīng)用仍然有限，因?yàn)樵谔悄虿∧I病等腎小球疾病中尿液NAG水平也有升高[36]，而其在心臟外科術(shù)后的研究較為罕見(jiàn)，故仍需要進(jìn)一步證實(shí)NAG的實(shí)用性。

6 熱休克蛋白72(Hsp72)

最近研究發(fā)現(xiàn)Hsp72是一種敏感的AKI生物標(biāo)志物，適用于區(qū)分不同程度的腎小管損傷和恢復(fù)[37]。MORALES-BUENROSTRO等[38]對(duì)56例ICU患者的研究發(fā)現(xiàn)，非AKI患者的尿Hsp72水平約為0.3 ng/mL，在ICU的10 d內(nèi)未受影響，表達(dá)較為穩(wěn)定；相比之下，AKI患者的尿Hsp72水平在早期就明顯高于非AKI患者(P=0.045)，同時(shí)可將發(fā)現(xiàn)AKI的時(shí)間提前3 d；通過(guò)ROC曲線分析顯示，在第2天，Hsp72診斷AKI的靈敏度和特異度分別為100%和90%，AUC為0.98；而第1天，Hsp72檢測(cè)診斷AKI的靈敏度為94%，特異度為100%，AUC為0.99，臨界值為1.0 ng/mL。因此，Hsp72較其他其他生物標(biāo)記在診斷的準(zhǔn)確性上更具優(yōu)勢(shì)。

7 分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑(SLPI)

SLPI是一種相對(duì)分子質(zhì)量為12×103(107個(gè)氨基酸)的非糖基單鏈蛋白，廣泛表達(dá)于髓細(xì)胞和其他上皮細(xì)胞。WILFLINGSEDER等[39]對(duì)8例AKI損傷腎移植的全基因組mRNA譜的評(píng)估顯示，不僅NGAL等已建立的生物標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)，而且SLPI mRNA表達(dá)也明顯增強(qiáng)。SLPI基因表達(dá)的增加與血漿和尿液中SLPI蛋白水平相關(guān)，提示尿液和血液中SLPI的升高可反映腎臟狀態(tài)的變化。免疫組織化學(xué)染色和原位雜交檢測(cè)也證實(shí)了這一點(diǎn)[40]。AVERDUNK[41]等對(duì)心臟手術(shù)后患者進(jìn)行觀察研究發(fā)現(xiàn)，與非AKI患者相比，AKI患者術(shù)后6、12、24、48 h的血清SLPI水平均明顯升高。這些發(fā)現(xiàn)表明，SLPI是一種新型的AKI預(yù)測(cè)指標(biāo)，可能在心臟手術(shù)后具有特殊的臨床意義，但也適用于與AKI相關(guān)的更廣泛的重癥監(jiān)護(hù)環(huán)境。

8 轉(zhuǎn)錄激活因子3(ATF3)

ATF3是堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)家族ATF/CREB亞家族成員之一，ATF3在大部分正常靜息細(xì)胞中的表達(dá)水平較低。但當(dāng)細(xì)胞受到體內(nèi)外損傷性壓力信號(hào)刺激時(shí)，ATF3的mRNA水平明顯上升，對(duì)決定應(yīng)激狀況下的細(xì)胞起重要作用，同時(shí)還參與敗血癥的炎性反應(yīng)，有保護(hù)心臟的作用[42]。有研究表明，在大鼠AKI模型中，發(fā)現(xiàn)在2～24 h內(nèi)均可以在尿中檢測(cè)出ATF3[43]。由于它在AKI中的早期表達(dá)，并且在健康人群中無(wú)表達(dá)，故可以作為AKI的早期診斷生物學(xué)標(biāo)志物[44]。

9 細(xì)胞組織周期抑制物

金屬蛋白酶組織抑制物-2(TIMP-2)和胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白7(IGFBP7)都是誘發(fā)G1細(xì)胞周期的阻滯的分子，最近在臨床實(shí)踐中被應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)危重患者早期AKI。TIMP-2和IGFBP7聯(lián)合使用能預(yù)測(cè)主動(dòng)脈瓣植入后第1天AKI的發(fā)生的靈敏度為100%,特異度為90%。患者尿TIMP-2和IGFBP7相乘的結(jié)果>0.3，發(fā)生AKI的概率增加7倍[45]?？梢?jiàn)，TIMP-2和IGFBP7有望成為心臟術(shù)后AKI的早期生物學(xué)標(biāo)志物。

10 其 他

還有許多監(jiān)測(cè)腎功能的指標(biāo)尚在研究中，如miRNA、β2-微球蛋白、骨橋蛋白、丙酮酸激酶M2等，而更多的生物標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)的方法也在進(jìn)一步的驗(yàn)證中。

總而言之，AKI在大型外科手術(shù)后會(huì)對(duì)預(yù)后產(chǎn)生不良影響。近些年涌現(xiàn)的許多生物學(xué)標(biāo)志物為早期診斷AKI、監(jiān)測(cè)腎功能變化提供了重要的信息，對(duì)改善患者臨床預(yù)后具有重要價(jià)值。由于AKI的發(fā)生機(jī)制各不相同，臨床單一使用某項(xiàng)指標(biāo)診斷AKI仍存在許多不足，需要聯(lián)合使用2項(xiàng)或3項(xiàng)標(biāo)志物，才能進(jìn)一步提升AKI診斷的準(zhǔn)確率。而在大數(shù)據(jù)時(shí)代的引領(lǐng)下，將AKI危險(xiǎn)因素和敏感的生物學(xué)標(biāo)志物進(jìn)行有效整合，建立AKI風(fēng)險(xiǎn)模型，也是未來(lái)重要的研究熱點(diǎn)。