糖尿病腎臟病生物學(xué)標(biāo)志物的研究進(jìn)展

楊其文 韓思宇 王莉華 李 元 周靜威

我國糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease, DKD)的發(fā)病人數(shù)隨著糖尿病患病率的升高而迅速增加,在住院患者和普通人群中,糖尿病相關(guān)的慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)患病率均高于腎小球腎炎相關(guān)的CKD,成為我國CKD的首要病因[1]。同時(shí)在全球范圍內(nèi),DKD是終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)的最常見病因[2]?；贒KD在國內(nèi)外嚴(yán)峻的流行病學(xué)現(xiàn)狀及其不良預(yù)后,可以認(rèn)為DKD的防治是一項(xiàng)艱巨任務(wù),而可靠的診斷和預(yù)測(cè)是減少DKD危害的基礎(chǔ)策略。隨著研究證據(jù)的增多,傳統(tǒng)生物學(xué)標(biāo)志物對(duì)DKD的預(yù)測(cè)能力暴露出了特異性和敏感度不足的問題,因此迫切需要尋找更好的新型生物學(xué)標(biāo)志物來預(yù)測(cè)DKD的發(fā)生、發(fā)展。近年來的研究已發(fā)現(xiàn)多種頗具前景的預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的新型生物學(xué)標(biāo)志物,包括細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激標(biāo)志物等,在此分別介紹傳統(tǒng)和新型生物學(xué)標(biāo)志物并評(píng)估它們預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的可能性。

一、傳統(tǒng)生物學(xué)標(biāo)志物

1.腎小球?yàn)V過率:腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate,GFR)是反映腎臟排泄功能的重要指標(biāo),同時(shí)也是臨床預(yù)測(cè)ESRD的重要指標(biāo)[3]。由于通過外源性物質(zhì)直接測(cè)定血漿清除率的過程繁瑣,且價(jià)格昂貴,目前臨床多用基于血清肌酐的CKD-EPI公式或MDRD公式間接得出估算腎小球?yàn)V過率(estimated glomerular filtration rate,eGFR)[4]。

基線eGFR是常用的預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的生物學(xué)標(biāo)志物之一[5]。一項(xiàng)為期10年的觀察性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn),基線eGFR是ESRD的重要預(yù)測(cè)因子[6]。另一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn),eGFR重度下降的2型糖尿病患者在10.2年內(nèi)發(fā)生ESRD的風(fēng)險(xiǎn)比eGFR正常的患者增加了81.9倍[7]。eGFR的變化率同樣具有重要的參考價(jià)值:ADVANCE-ON研究納入了8879例2型糖尿病患者,經(jīng)7.6年的隨訪后發(fā)現(xiàn),eGFR的下降速率與發(fā)生ESRD的風(fēng)險(xiǎn)呈顯著正相關(guān)[8]?；€eGFR水平和eGFR的變化率可以預(yù)測(cè)DKD的進(jìn)展,但是對(duì)于eGFR水平正常且沒有明顯下降的DKD(尤其是DKD早期),eGFR難以獨(dú)立預(yù)測(cè)其進(jìn)展。

2.白蛋白尿:白蛋白尿是診斷DKD的重要依據(jù)之一,《中國糖尿病腎臟病防治指南(2021年版)》定義尿白蛋白/肌酐(urinary albumin-to-creatinine ratio,UACR)≥30mg/g或24h尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rate,UAER)≥30mg/24h為尿白蛋白增高[9]。UAER與UACR對(duì)DKD的診斷價(jià)值相當(dāng),但是因?yàn)閁AER操作繁瑣,臨床上常用UACR判斷DKD尿白蛋白水平[9]。

UACR是DKD腎功能進(jìn)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用于預(yù)測(cè)DKD患者的ESRD風(fēng)險(xiǎn)[5,10]。UACR同時(shí)也是DKD患者的心血管事件和全因死亡率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[11,12]。

但隨著研究證據(jù)的增加,UACR預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的能力逐漸受到質(zhì)疑。正常UACR的糖尿病患者可以出現(xiàn)腎功能進(jìn)行性下降,UACR中度升高(UACR為30～300mg/g)的糖尿病患者也可以表現(xiàn)出穩(wěn)定的腎功能。此外,糖尿病患者從UACR中度升高消退至正常水平是常見的現(xiàn)象[13]。34例UACR中度升高的2型糖尿病患者接受了腎活檢,結(jié)果顯示,1/3患者有典型的糖尿病腎小球硬化,1/3患者有更符合高血壓腎硬化的非典型表現(xiàn),其余1/3患者的腎臟組織學(xué)則表現(xiàn)為正常,說明UACR升高并不能很好地反映腎損傷情況[14]。UACR是目前臨床廣泛接受、相對(duì)可靠的預(yù)測(cè)指標(biāo),但是無論是其基線水平還是變化的趨勢(shì),均難以充分預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展,尤其是在UACR水平正常的患者中。腎臟組織學(xué)檢查也證實(shí)了UACR和腎損傷之間欠佳的相關(guān)性。

二、新型生物學(xué)標(biāo)志物

DKD涉及多個(gè)發(fā)病機(jī)制,包括血流動(dòng)力學(xué)異常、炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、纖維化等。近年來,越來越多的研究圍繞上述機(jī)制展開,致力于尋找能更好地預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)的新型生物學(xué)標(biāo)志物?；诮甑难芯拷Y(jié)果和進(jìn)展,筆者列舉了多種頗具代表性和潛在臨床應(yīng)用價(jià)值的新型生物學(xué)標(biāo)志物,包括細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激標(biāo)志物等。

1.炎性細(xì)胞因子及其受體:DKD曾被認(rèn)為是為非炎性腎小球疾病,大量研究表明,低度炎癥參與了DKD的發(fā)病。DKD的炎性反應(yīng)是由多種機(jī)制誘導(dǎo)的,包括高血糖介導(dǎo)的細(xì)胞死亡、巨噬細(xì)胞的激活以及其他免疫細(xì)胞的參與等,進(jìn)而引起基膜增生以及腎小管纖維化增加,最終加速腎小球硬化。

腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)是炎癥的關(guān)鍵介質(zhì),并在細(xì)胞凋亡中起著重要作用。來自Joslin糖尿病中心的兩項(xiàng)研究表明,TNF-α及其受體的血清水平可能是預(yù)測(cè)1型和2型糖尿病腎臟病進(jìn)展的理想生物學(xué)標(biāo)志物[15]。在這兩項(xiàng)研究中,sTNFR水平是eGFR下降的有力預(yù)測(cè)因素,sTNFR2水平處于前1/4的1型糖尿病患者達(dá)到CKD3期的累積發(fā)生率為60%,相比之下,sTNFR2水平處于后3/4的患者的累積發(fā)生率低于20%;在存在蛋白尿且sTNFR1水平在前1/4的2型糖尿病患者中,12年內(nèi)進(jìn)展為ESRD的風(fēng)險(xiǎn)接近80%,而sTNFR1水平處于后3/4的患者的風(fēng)險(xiǎn)小于20%,并且sTNFR1較UAER對(duì)GFR的預(yù)測(cè)能力更強(qiáng)。波士頓腎活檢隊(duì)列(BKBC)研究經(jīng)65個(gè)月隨訪后發(fā)現(xiàn),受試者基線sTNFR1、sTNFR2水平與eGFR水平呈較強(qiáng)的相關(guān)性,且隨著sTNFR1、sTNFR2水平升高,腎功能進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。慢性腎功能不全隊(duì)列(CRIC)研究對(duì)894例糖尿病伴CKD的患者進(jìn)行了隨訪,分析了多種與腎小管損傷、炎癥和纖維化相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)志物,在調(diào)整了其他的危險(xiǎn)因素后,發(fā)現(xiàn)較高水平的sTNFR1和sTNFR2與更快的DKD進(jìn)展有關(guān),且sTNFR2的風(fēng)險(xiǎn)比最高[16]。上述研究均證明,TNF-α和sTNFR是預(yù)測(cè)DKD腎功能進(jìn)展的較為理想的生物學(xué)標(biāo)志物,值得重視。

2. 轉(zhuǎn)化生長因子β:轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)是一種參與血管生成、免疫調(diào)節(jié)和細(xì)胞外基質(zhì)形成等生理過程的多效細(xì)胞因子。TGF-β家族被分為TGF-β1～TGF-β5 5個(gè)亞型,哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要存在TGF-β1～TGF-β3 3個(gè)亞型,其中以TGF-β1占大多數(shù)。TGF-β1被認(rèn)為是介導(dǎo)腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化關(guān)鍵的細(xì)胞因子,其作用包括趨化和活化炎性細(xì)胞、介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變分化、刺激細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成、降低基質(zhì)金屬蛋白酶的活性和(或)增加蛋白酶抑制劑的合成以促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積等。過度活躍的TGF-β1信號(hào)通路被認(rèn)為是DKD慢性腎病進(jìn)展中的關(guān)鍵促纖維化因子。陸靜爾等[17]測(cè)定了127例糖尿病患者的血清TGF-β1水平。結(jié)果顯示,糖尿病患者血清TGF-β1表達(dá)水平高于健康對(duì)照組,且糖尿病伴腎功能下降的患者血清TGF-β1表達(dá)高于腎功能正常的糖尿病患者,并計(jì)算出血清TGF-β1單獨(dú)診斷糖尿病伴腎功能下降的敏感度、特異性及準(zhǔn)確率分別為75.00%、72.26%和73.10%。該研究中TGF-β1的敏感度、特異性及準(zhǔn)確率均高于臨床常用的胱抑素C和尿素氮,說明其可能具有較好的預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的能力。一項(xiàng)Meta分析納入了48篇關(guān)于中國人群TGF-β1和DKD風(fēng)險(xiǎn)的臨床研究,結(jié)果顯示,高水平的血清TGF-β1與DKD的易感性以及DKD的進(jìn)展相關(guān)[18]。目前關(guān)于TGF-β1預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的前瞻性臨床研究相對(duì)較少,其預(yù)測(cè)能力有待于進(jìn)一步研究。

3.氧化應(yīng)激標(biāo)志物:氧化應(yīng)激是DKD發(fā)病和進(jìn)展的關(guān)鍵因素之一。過量的活性氧(reactive oxygen species,ROS)被認(rèn)為是高糖環(huán)境下產(chǎn)生的有毒中間體,它可以通過多種途徑加重DKD進(jìn)展。在生理狀態(tài)下,腎臟會(huì)產(chǎn)生少量ROS,當(dāng)腎臟固有細(xì)胞因高糖環(huán)境不能有效降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)率以維持細(xì)胞內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)時(shí),這些細(xì)胞的線粒體產(chǎn)生過量ROS誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,進(jìn)而導(dǎo)致DKD的發(fā)生和進(jìn)展。

8-羥基脫氧鳥苷(8-oxo-7,8-dihydro-2′-deoxyguanosine,8-OHdG)是ROS誘導(dǎo)核和線粒體DNA中鳥嘌呤堿8-羥基化后由特異性酶切的產(chǎn)物,被視為DNA氧化應(yīng)激的生物學(xué)標(biāo)志物。Sanchez等[19]測(cè)量并隨訪了兩個(gè)隊(duì)列共計(jì)704例1型糖尿病患者的基線血清8-OHdG水平,并分析了8-OHdG與隨訪期間eGFR、DKD和死亡風(fēng)險(xiǎn)等的關(guān)聯(lián),結(jié)果發(fā)現(xiàn),較高的8-OHdG血漿水平與1型糖尿病患者DKD風(fēng)險(xiǎn)增加獨(dú)立相關(guān)。王丹陽等[20]的橫斷面研究發(fā)現(xiàn),尿液8-OHdG水平與2型糖尿病所致的DKD有較高的相關(guān)性,并認(rèn)為尿液8-OHdG是反映DKD進(jìn)展的生物學(xué)標(biāo)志物。

4.晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end product,AGE):AGE是體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸類大分子暴露于還原糖中生成的一組復(fù)雜的異質(zhì)性物質(zhì),大量研究表明,AGE與代謝性疾病高度相關(guān)。AGE可通過改變蛋白質(zhì)的生理功能、觸發(fā)細(xì)胞級(jí)聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致濾過屏障解體、引發(fā)氧化應(yīng)激和腎臟纖維化進(jìn)而加重CKD的進(jìn)展。吳怡琪等[21]通過熒光檢測(cè)糖尿病患者的皮膚AGE含量,發(fā)現(xiàn)DKD患者的皮膚AGE含量高于單純糖尿病患者,且皮膚AGE含量隨DKD進(jìn)展而升高。

5.足細(xì)胞標(biāo)志物:足細(xì)胞在維持腎功能方面發(fā)揮著重要作用,也是許多腎臟疾病的研究焦點(diǎn)。足細(xì)胞損傷導(dǎo)致足細(xì)胞衍生的細(xì)胞碎片和特定的分子目標(biāo)脫落到尿液中,這可以作為潛在的生物學(xué)標(biāo)志物。尿足細(xì)胞標(biāo)志物已應(yīng)用于多種腎臟疾病的診斷和監(jiān)測(cè)。

nephrin蛋白是對(duì)維持足細(xì)胞裂孔隔膜功能有重要作用的蛋白。既往研究表明,在1型糖尿病患者中,有30%的患者在出現(xiàn)微量白蛋白尿之前,可在尿液中檢測(cè)到nephrin蛋白。Kostovska等[22]研究發(fā)現(xiàn),大部分UACR正常或升高的2型糖尿病患者中均能檢測(cè)到相比健康對(duì)照組顯著升高的尿nephrin蛋白,且尿nephrin蛋白水平與eGFR水平呈負(fù)相關(guān)。這表明尿nephrin蛋白可能先于尿微量白蛋白出現(xiàn),是潛在的反映腎功能進(jìn)展的早期DKD生物學(xué)標(biāo)志物。

podocalyxin蛋白分布于足細(xì)胞表面,主要參與腎小球電荷屏障的形成。一項(xiàng)橫斷面研究發(fā)現(xiàn),53.8%的2型糖尿病患者在出現(xiàn)微量白蛋白尿之前,尿podocalyxin蛋白水平就已經(jīng)升高,因此對(duì)于DKD的早期檢測(cè),podocalyxin蛋白可能比UACR更加敏感。而在確診的DKD患者中,podocalyxin蛋白水平與糖化血紅蛋白和UACR均呈正相關(guān)[23]。Zeng等[24]研究認(rèn)為,尿podocalyxin蛋白是足細(xì)胞標(biāo)志物中最具潛力的DKD早期標(biāo)志物。

6.急性腎損傷標(biāo)志物:已有多種生物學(xué)標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)可用于急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)的診斷及預(yù)測(cè),而近年來的研究提示其中部分標(biāo)志物對(duì)DKD也具有潛在的預(yù)測(cè)價(jià)值,包括中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)和腎損傷因子-1(kidney injury molecule-1,KIM-1),兩者均是腎小管損傷標(biāo)志物。

在DKD患者中,血清和尿液NGAL水平均高于健康人群,且與尿白蛋白水平呈正相關(guān)。一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn),尿液NGAL水平的升高與ESRD風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[25]。另一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn),尿液KIM-1水平的升高可能是eGFR早期下降的危險(xiǎn)因素[26]。上述研究均提示,腎小管損傷很可能緊隨DKD而發(fā)生,監(jiān)測(cè)NGAL和KIM-1水平的變化對(duì)評(píng)估DKD的進(jìn)展有重要的臨床價(jià)值。

7.基于組學(xué)技術(shù)的標(biāo)志物:組學(xué)是近年來發(fā)展迅速的技術(shù),它通常將各類生物分子的集合所進(jìn)行的系統(tǒng)性研究,主要包括蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和基因組學(xué)等。組學(xué)可以在無假設(shè)的前提下進(jìn)行分析,有助于減少研究的選擇性偏倚。近年來,組學(xué)在DKD生物學(xué)標(biāo)志物研究中的應(yīng)用日益增多。

(1)蛋白質(zhì)組學(xué):Good等[27]對(duì)CKD患者和健康人群進(jìn)行隊(duì)列研究,使用毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜分析首次鑒定出273種潛在的生物學(xué)標(biāo)志物組,稱為CKD273。Zürbig等[28]檢測(cè)了1014例無微量白蛋白尿的1型和2型糖尿病患者的尿液樣本,發(fā)現(xiàn)CKD273的陽性預(yù)測(cè)值在總隊(duì)列中是34%,在2型糖尿病患者中可達(dá)到47%。研究結(jié)果表明,CKD273能夠一定程度地預(yù)測(cè)尿白蛋白排泄正常的糖尿病患者進(jìn)展為DKD的可能。另一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn),在COX回歸模型中校正其他危險(xiǎn)因素后,CKD273可以獨(dú)立預(yù)測(cè)DKD患者的遠(yuǎn)期死亡風(fēng)險(xiǎn)。CKD273在DKD的早期診斷和預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期預(yù)后方面均具有較強(qiáng)的前景,但目前存在費(fèi)用昂貴和依賴特殊檢測(cè)設(shè)備的問題,加之其敏感度和特異性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證,因此尚未在臨床中推廣應(yīng)用。

(2)代謝組學(xué):Niewczas等[29]分析了進(jìn)展為ESRD的2型糖尿病患者的血漿代謝組學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)部分血漿代謝物包括對(duì)甲酚硫酸鹽、假尿苷和肌醇等被認(rèn)為與ESKD終點(diǎn)密切相關(guān);該團(tuán)隊(duì)還分析了伴CKD的1型糖尿病患者的血清代謝組學(xué)特征,包括C-糖基色氨酸、假尿苷、O-磺基酪氨酸、N-乙酰蘇氨酸、N-乙酰絲氨酸、N6-氨基甲酰蘇酰腺苷和N6-乙酰賴氨酸共7種代謝物的血清水平與腎功能下降及ESKD終點(diǎn)密切相關(guān)。Tang等[30]對(duì)102例伴微量白蛋白尿的2型糖尿病患者進(jìn)行了5～6年的隨訪,發(fā)現(xiàn)5-羥基己酸可用于識(shí)別有早期進(jìn)行性腎功能下降風(fēng)險(xiǎn)的2型糖尿病患者。

(3)基因組學(xué):DKD有較強(qiáng)的遺傳易感性,但仍然很難確定其遺傳病因。多項(xiàng)大型全基因組關(guān)聯(lián)分析研究(genome-wide association studies,GWAS)確定了1型和2型糖尿病中對(duì)應(yīng)各種DKD表型的基因和基因區(qū)域,關(guān)鍵基因包括RND3/RBM43、SLITRK3、ENPP7、GNG7、APOL1、GRAMD3、MGAT4C和GABRR1等,但是這些基因預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的價(jià)值尚不明確[31～33]?？傊?目前基因組學(xué)的研究結(jié)果很難用于DKD的臨床預(yù)測(cè)。

三、展 望

DKD是ESRD的最常見病因,有研究者認(rèn)為越來越多的ESRD由DKD進(jìn)展而來,造成這一現(xiàn)象的主要原因之一是目前難以準(zhǔn)確地識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)的糖尿病患者[34]。eGFR和UACR雖然并不完美,但仍然是目前最常用的、診療指南推薦的預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展的生物學(xué)標(biāo)志物[4,9]。上述在研的部分新型生物學(xué)標(biāo)志物因其顯著的結(jié)果被研究者寄予厚望,遺憾的是它們目前均沒有被用于臨床一線。

有關(guān)DKD新型生物學(xué)標(biāo)志物的研究也存在一些不足:(1)受限于研究方法:部分研究屬于橫斷面研究,作為觀察性研究的一種,無論其結(jié)果好壞,它只能提示暴露因素和結(jié)局的相關(guān)性而非因果關(guān)系。例如Kostovska等[22]的橫斷面研究認(rèn)為,尿nephrin蛋白是比UACR更敏感的早期DKD生物學(xué)標(biāo)志物,但是并不清楚尿中出現(xiàn)nephrin蛋白是否是因果機(jī)制的一部分,亦不能說明早期出現(xiàn)的尿nephrin蛋白總是能預(yù)測(cè)2型糖尿病在未來會(huì)進(jìn)展為DKD。因此需要更多的前瞻性研究以解決上述問題。(2)缺乏橫向比較:多數(shù)臨床研究僅關(guān)注于某一個(gè)或某幾個(gè)相同類型的新型生物學(xué)標(biāo)志物,忽略了將新型和傳統(tǒng)生物學(xué)標(biāo)志物的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行橫向比較;同時(shí)很少有前瞻性研究將多個(gè)不同類型的新型生物學(xué)標(biāo)志物的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行橫向比較。在如此多的新型生物學(xué)標(biāo)志物中,尚不明確最具有預(yù)測(cè)潛力的、最可能成為未來研究重點(diǎn)的生物學(xué)標(biāo)志物。

要有效防治DKD進(jìn)展為ESRD,關(guān)鍵是尋找可靠的預(yù)測(cè)DKD進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)的生物學(xué)標(biāo)志物。DKD是一種復(fù)雜的異質(zhì)性疾病,發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,提示了其進(jìn)展是多因素的[18]。雖然上述研究提示部分單一的生物學(xué)標(biāo)志物具有較大的潛力,但是很可能只反映了DKD病理過程的一部分生物途徑,換言之,單一的生物學(xué)標(biāo)志物可能難以充分評(píng)估DKD的進(jìn)展。多個(gè)生物學(xué)標(biāo)志物聯(lián)合評(píng)價(jià)DKD很可能是未來的研究方向。