尿中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白與糖尿病腎臟疾病早期診斷相關性的研究進展

馮艷莉 楊楊

糖尿病是由于機體對胰島素產生抵抗和(或)胰島素分泌不足,引起以慢性高血糖為特征的代謝性疾病,我國約有11%的人口患有糖尿病,同時還有很大一部分人未被診斷,目前我國糖尿病患者數(shù)量遠超其他國家[1]。患者高血糖狀態(tài)可嚴重影響機體物質代謝,三大營養(yǎng)物質代謝長期紊亂可引發(fā)各種急慢性并發(fā)癥,其中慢性微血管并發(fā)癥對機體損害尤以腎臟病變和視網(wǎng)膜損害最為重要。糖尿病患者腎損害早期病理改變多為可逆性,早期發(fā)現(xiàn)糖尿病腎損傷后,積極有效地控制相關危險因素可明顯改善糖尿病腎臟疾病(DKD)患者預后,如改變生活方式及健康飲食,戒煙并改善胰島素抵抗,監(jiān)測并積極控制血糖、血壓水平,采用飲食甚至藥物調整血脂,控制體重等。

一、DKD概述

DKD屬于糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥,以慢性炎癥為特征,我國的糖尿病患者約有1/3患有DKD[2]。我國DKD發(fā)病率呈上升趨勢,一線城市DKD已成為慢性腎臟病的首要病因[3]。由于DKD存在復雜的代謝紊亂,腎臟損傷進入到大量蛋白尿期時,DKD進展為慢性腎功能衰竭的速度將遠超其他類型腎臟疾病。早期明確DKD診斷并積極干預相關危險因素,對提高患者存活率,改善其生活質量具有重要意義。世界各國腎臟病理學家制定了DKD病理診斷標準,規(guī)范了DKD的病理診斷及腎小管間質血管評分標準[4],從該診斷及評分標準可見,糖尿病早期腎小管損害明顯,甚至可能早于腎小球損害。

二、DKD的發(fā)病機制及診斷指標

DKD的發(fā)病機制較為復雜,目前考慮與遺傳易感性、胰島素不敏感、血糖水平過高、血管內皮細胞功能紊亂及慢性低度炎癥狀態(tài)、凝血異常等多種因素相關[5]。致病途徑大致包括細胞內高糖誘導損傷介質增多與激活的多元醇通路,形成晚期糖基化終末產物,從而導致蛋白尿及血管內脂質沉積;激活己糖胺通路及蛋白激酶C途徑。同時機體血糖過高時,可導致線粒體電子傳遞鏈產生過量的過氧化物,引起的氧化應激也可導致DKD進一步進展。DKD的腎小球損傷機制主要在于高血糖癥及氧化應激對內皮細胞的損傷,脂質也可誘導細胞因子大量釋放,加重炎癥損傷[6]。電荷屏障及物理屏障共同組成了腎小球的基本濾過屏障,而對于白蛋白等小分子物質而言,腎小球濾過膜的電荷屏障作用更加明顯,硫酸乙酰肝素是糖萼中最豐富的糖胺聚糖,其主要參與腎小球的電荷屏障,在發(fā)育過程中硫酸乙酰肝素對腎小球的電荷選擇作用不明顯,但在疾病環(huán)境中,硫酸乙酰肝素降解酶肝素酶可誘導蛋白尿的生成,而高糖誘導的活性氧及血管緊張素Ⅱ可使肝素酶過表達,從而引起蛋白尿的發(fā)生。有學者通過誘導糖尿病小鼠模型,對早期DKD腎小管進行組織病理學分析發(fā)現(xiàn)腎小管存在缺陷,表現(xiàn)為空泡狀的核酸結構、PAS陽性物質的聚集和對應激的快速反應等,這些缺陷主要局限于近端腎小管,并不存在于腎小球病變,推斷近端腎小管缺陷是DKD發(fā)展的初始病理形態(tài),早期發(fā)現(xiàn)并控制腎小管損傷進展可能是DKD臨床治療的有效防治策略之一[7]。此外,DKD早期腎小球濾過率升高,高濾過物質通過腎小管內吞作用重吸收,過度攝取糖尿病致病物質形成糖基化終末產物,晚期糖基化終末產物通過非酶糖基化反應形成由葡萄糖和血漿蛋白組成的羰基化合物,引起近端小管自溶酶體功能障礙,從而對腎小管細胞造成糖毒性[8]。有學者通過研究DKD患者的炎性指標,相信炎癥通路對DKD的病情進展起著重要作用,長期抑制早期輕度炎癥或許可改善DKD患者對降糖藥物的敏感性,對炎癥通路中炎性分子進行靶向處理可能起到DKD的早期預防作用[9]。

DKD診斷為排他性臨床診斷缺乏統(tǒng)一的標準,尿微量白蛋白在以往研究中均提示可反映糖尿病患者早期腎損害,但臨床工作中予以治療后可轉為陰性,故不能作為DKD進展指標[10],目前關于早期腎損害研究指標較多,如中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(NGAL)、肝型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)、視黃醇結合蛋白4(RBP-4)、尿微量白蛋白、β2微球蛋白(β2-MG)、胱抑素C(Cys-C)及尿轉鐵蛋白等[11-12]。胡軍紅等[13]研究發(fā)現(xiàn)DKD早期的各指標檢出率:血肌酐13.33%、尿NGAL 73.33%、Cys-C 66.67%,尿NGAL聯(lián)合Cys-C檢出率可達93.3%,表明各指標聯(lián)合檢測后對診斷早期DKD敏感性優(yōu)于各指標單項檢測[14]。國外學者提出尿NGAL診斷DKD的臨界值為21.4 ng/ml,敏感度為94.67%,特異度為26.67%,表明尿NGAL可作為早期腎損傷標志物,但特異性不高,需結合其他DKD相關檢測指標或臨床表現(xiàn)綜合考慮[15]。

三、NGAL與腎損傷的相關研究進展

NGAL又稱人脂質運載蛋白2,是脂質運載蛋白家族的成員之一,最早在研究中性粒細胞明膠酶時發(fā)現(xiàn),后來發(fā)現(xiàn)在腎小管、心肌細胞、神經(jīng)元、內皮細胞及各種免疫細胞中也有不同程度的表達[16-17]。NGAL具有多種作用,因其結構特點可結合某些蛋白質,使某些細胞外基質成分降解,從而參與組織重構機制,在炎癥反應中,NGAL有促炎和趨化作用。NGAL作為生長因子還能促進各類組織分化和增殖,一項研究通過敲除小鼠NGAL基因并誘導DKD,發(fā)現(xiàn)NGAL對腎臟具有保護作用,主要體現(xiàn)為降低氧化應激對腎臟的損傷,延緩腎臟纖維化[18]。與傳統(tǒng)的標記物,如血肌酐、尿素氮或Cys-C相比,NGAL不被認為是腎功能受損的標記物,而是反映腎臟細胞的結構損傷,有效循環(huán)血容量下降時,腎缺血損傷可導致NGAL的合成在腎小管中上調,因此敏感度較高。

現(xiàn)有研究表明炎癥及免疫應答反應在DKD的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,而NGAL可能參與該免疫炎性損害過程。NGAL主要由腎臟的近曲小管分泌并釋放入血,急性腎損傷時,NGAL在極短的時間內會迅速升高,2～4 h最為明顯。蛋白尿陰性或輕度升高的糖尿病患者NGAL表達增高,其升高可能與微量蛋白尿無關,有效循環(huán)血容量下降時,腎臟缺血缺氧損傷可導致NGAL的合成增加,說明NGAL可成為敏感的早期急性腎損害的生物標志物[19]。終末期腎病患者血清NGAL升高,腎臟移植手術后腎功能逐漸恢復正常,此時可見血清NGAL明顯下降,尿NGAL可預測術后腎臟是否需要繼續(xù)透析治療及腎臟功能恢復情況,說明NGAL可以評估腎損傷預后。

四、尿NGAL在DKD中的應用前景

NGAL參與腎急性缺血缺氧損害的發(fā)病機制研究較多,作為早期急性腎損害的診斷標志物得到大家共識,但其參與慢性腎損害的相關機制研究較少。DKD早期腎損害發(fā)生在腎小管,故腎小管標志物NGAL也可考慮作為DKD的早期診斷標志物,尤其是若能排除其他原因導致腎功能不全時則意義更大,大量臨床試驗研究結果發(fā)現(xiàn),大量蛋白尿組糖尿病患者NGAL較微量蛋白尿組及正常對照組均明顯升高,微量蛋白尿組較正常對照組升高[20],考慮NGAL可預測糖尿病早期腎損害,因DKD可導致機體嚴重代謝紊亂,NGAL參與DKD的發(fā)病機制目前仍不清楚,且特異性欠佳,因此尿NGAL作為DKD的早期診斷標志物用于臨床仍存在爭議。NGAL與肥胖、糖耐量異常呈正相關,與高密度脂蛋白膽固醇呈負相關,NGAL缺乏可導致胰島素抵抗的發(fā)生率明顯升高[21],由此可見,NGAL參與糖尿病的發(fā)生發(fā)展,在確診為DKD的患者中,NGAL水平可預示DKD的疾病進展,作為DKD進展的危險因素,具體機制可能與參與線粒體氧化相關。

尿液在腎臟中形成,尿液中分子的表達在一定程度上預示著腎臟損傷情況,因此尿液生物標志物對腎臟損傷的判斷更加準確,且尿液標本采集無創(chuàng)且操作簡單,對判斷腎臟受損程度的變化實際操作更方便。腎小管性蛋白尿的發(fā)生早于腎小球的微量白蛋白尿,腎小管損傷而不是腎小球損傷是2型糖尿病最早發(fā)生腎功能損害和蛋白尿的原因[22]。目前普遍認為尿微量蛋白可揭示腎臟的損傷情況,尿白蛋白水平與腎損害程度呈正比,是檢測早期DKD的可靠指標。王姍姍等[23]對糖尿病患者每3～4個月隨訪1次,共隨訪2年,發(fā)現(xiàn)隨訪前后尿NGAL均與尿微量白蛋白呈正相關,并與病情嚴重程度呈正比。

早期DKD患者的腎小球濾過率下降,血NGAL升高,腎小管重吸收功能下降,尿NGAL升高,尿NGAL與白蛋白尿的正相關性大于血NGAL與白蛋白尿的正相關性。國外學者同樣發(fā)現(xiàn)在DKD早期診斷中尿NGAL的效能最佳,其次為血清NGAL,尿NGAL能夠很好地預測早期DKD腎功能損害,提示尿NGAL的敏感度優(yōu)于血NGAL[24]。

五、展望

臨床試驗證實尿NGAL有望成為早期DKD的診斷標志物,尿NGAL即時檢測(POCT)作為一種定性實驗可快速判斷尿NGAL是否升高,為DKD的早期快速篩查提供很大幫助。相關產品已出現(xiàn)在市場上,其特點為操作簡單,結果讀取方便快捷,相較實驗室檢測成本更低,因此易于推廣。尿NGAL參與DKD的發(fā)病機制較為復雜,仍需更深入的研究進行探討,尿NGAL診斷臨界值目前無統(tǒng)一標準,后期需要更多更大樣本量的臨床試驗進行研究,同時尿NGAL即時檢測的敏感度仍需通過大量的臨床試驗加以驗證。