急性腎損傷生物標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀及新進(jìn)展

陳沐林，楊 陳，韓煥欽，陳 婷，王雙苗，劉華鋒※

(1.廣東醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，廣東 湛江 524023； 2.廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腎病研究所暨湛江市慢性腎臟病防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江524001)

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)指由多種病因引起的腎功能快速下降而出現(xiàn)的臨床綜合征，表現(xiàn)為腎小球?yàn)V過率下降，代謝廢物(如肌酐、尿素氮)在體內(nèi)潴留，水電解質(zhì)和酸堿平衡紊亂。AKI的致病因素主要有血容量不足、腎毒性物質(zhì)、創(chuàng)傷、嚴(yán)重感染、尿路梗阻等，常見于重癥監(jiān)護(hù)治療病房患者，是危重癥患者最常見的并發(fā)癥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，住院患者AKI發(fā)病率達(dá)1%～7%；重癥監(jiān)護(hù)治療病房患者的發(fā)病率達(dá)30%～50%，且病死率高達(dá)50%～80%[1]。此外，AKI也是導(dǎo)致慢性腎臟病和慢性腎衰竭的重要原因，20%～50%的AKI幸存患者可發(fā)展為慢性腎臟病，5%發(fā)展為終末期腎病[2]。可見，AKI的早期識(shí)別對及時(shí)治療和改善預(yù)后至關(guān)重要。現(xiàn)就AKI生物標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀及最新進(jìn)展予以綜述。

1 AKI的分類和診斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)疾病發(fā)生的解剖部位，AKI可分為腎前性、腎性和腎后性3類，其中腎性AKI包括腎小管、腎間質(zhì)、腎血管和腎小球性疾病導(dǎo)致的損傷。根據(jù)AKI發(fā)生的地點(diǎn)可分為社區(qū)性AKI和醫(yī)院獲得性AKI。Xu等[3]研究發(fā)現(xiàn)，社區(qū)性AKI和醫(yī)院獲得性AKI的發(fā)生率分別為2.5%和9.1%，社區(qū)性AKI發(fā)生率最高的3種疾病分別為敗血癥(15.2%)、尿路梗阻(12.3%)和慢性腎臟病(11.8%)；醫(yī)院獲得性AKI發(fā)生率較高的是心臟手術(shù)(43.7%)，敗血癥(32.0%)和重癥監(jiān)護(hù)(30.3%)；約40%的AKI病例可能與藥物有關(guān)，其中16%可能由中藥誘發(fā)。2012年改善全球腎臟病預(yù)后組織推薦的AKI診斷標(biāo)準(zhǔn)為：①腎功能在48 h內(nèi)突然減退，血清肌酐絕對值升高≥26.5 μmol/L(0.3 mg/dL)；②7 d內(nèi)血清肌酐增至≥1.5倍基礎(chǔ)值；③尿量<0.5 mL/(kg·h)，持續(xù)時(shí)間>6 h[4]。

2 已發(fā)現(xiàn)的主要AKI生物標(biāo)志物

目前，血清肌酐和尿量變化仍是臨床診斷AKI的金標(biāo)準(zhǔn)。由于腎臟自身強(qiáng)大的儲(chǔ)備和代償能力，早期腎損傷時(shí)，血清肌酐在腎衰竭48～72 h后增加或無明顯變化，敏感性較差，而尿量常受液體攝入量、利尿劑等因素影響，因此，血清肌酐和尿量變化不能早期診斷AKI。AKI的治療時(shí)間窗非常短，缺少早期有效的診斷方法和風(fēng)險(xiǎn)評估，是目前AKI的防治難點(diǎn)，可見尋找早期診斷AKI的生物標(biāo)志物尤為重要。

近年來，探索和發(fā)現(xiàn)的AKI生物標(biāo)志物有30多種，主要包括：①反映腎小球功能受損的標(biāo)志物，如胱抑素C(cystatin C，CysC)、尿總蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-9、富含半胱氨酸蛋白61等；②反映腎小管受損的標(biāo)志物，如中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)、腎損傷因子1(kidney injury molecule 1，KIM-1)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-18、視黃醇結(jié)合蛋白、肝型脂肪酸結(jié)合蛋白、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、β2微球蛋白、α1微球蛋白。應(yīng)用于臨床或?qū)嶒?yàn)室且研究較多的AKI生物標(biāo)志物主要有NGAL、KIM-1、IL-18和CysC，不同生物標(biāo)志物各具優(yōu)缺點(diǎn)，但將其廣泛應(yīng)用于臨床診療仍存在一定局限性。

2.1NGAL NGAL是一種與中性粒細(xì)胞明膠酶相聯(lián)結(jié)的載脂蛋白，以低表達(dá)狀態(tài)廣泛存在于腎臟、肺、大腸等。腎缺血或腎毒性損害時(shí)，NGAL可在受損腎小管顯著表達(dá)。在AKI早期(2 h內(nèi))便可在尿液中檢測到NGAL，其水平可隨腎小管上皮細(xì)胞的修復(fù)和再生而降低。NGAL是早期診斷AKI較為理想的生物標(biāo)志物，主要優(yōu)點(diǎn)為：①與其他生物標(biāo)志物相比，具有較高的敏感性和特異性。NGAL是AKI診斷價(jià)值最高的生物標(biāo)志物，其特異度和靈敏度分別為81%和68%，明顯優(yōu)于尿KIM-1、肝脂肪酸結(jié)合蛋白、IL-18、CysC等生物標(biāo)志物，且可用來預(yù)測AKI嚴(yán)重程度和持續(xù)時(shí)間[5]。②可在連續(xù)腎臟替代治療中監(jiān)測腎功能改善情況。經(jīng)連續(xù)腎臟替代治療后，AKI存活組和非存活組患者血清NGAL水平均下降，但非存活組患者血清NGAL水平明顯高于存活組，提示高水平的血清NGAL與AKI患者的不良預(yù)后有關(guān)[6]。③可以預(yù)測AKI院內(nèi)死亡率。一項(xiàng)前瞻性研究表明，血清NAGL預(yù)測AKI的受試者工作特征曲線下面積(area under the curve，AUC)達(dá)到0.8，而入院血清NGAL>400 ng/mL時(shí)，預(yù)測院內(nèi)死亡率的AUC為0.65～0.87，但易受AKI其他合并癥的影響，如敗血癥、高血壓、惡性腫瘤、慢性腎臟病、炎癥性疾病等[7]。目前，臨床尚未確定統(tǒng)一的預(yù)測和評估AKI的尿NGAL臨界值。

2.2KIM-1 KIM-1是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，在正常腎組織中表達(dá)甚微。在腎缺血或腎毒性藥物引起的急性腎小管壞死時(shí)，KIM-1在近端腎小管上皮細(xì)胞顯著過表達(dá)。在多種腎損傷動(dòng)物模型中，尿KIM-1升高明顯早于血清肌酐、尿N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、尿素氮等傳統(tǒng)生物標(biāo)志物。尿KIM-1升高發(fā)生在腎損傷數(shù)小時(shí)內(nèi)，其潛在優(yōu)勢是對缺血性腎損傷有明顯特異性和快速檢測可用性。在接受手術(shù)治療的兒童和成人患者中，尿KIM-1診斷AKI的AUC值分別為0.83和0.78[8]。此外，尿KIM-1還可區(qū)分AKI病因，有研究發(fā)現(xiàn)，腎前性AKI患者尿KIM-1水平不升高，而缺血性急性腎小管壞死患者尿KIM-1水平顯著高于非缺血性因素(如造影劑)引起的AKI和慢性腎衰竭患者[9]。美國食品藥品管理局已批準(zhǔn)KIM-1為臨床前藥物開發(fā)的AKI生物標(biāo)志物[10]。尿KIM-1對缺血性AKI和腎毒性AKI具有較好的特異性，而對早期和其他原因所致腎損傷的敏感性可能不如NGAL。

2.3CysC CysC是有核細(xì)胞產(chǎn)生的半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白，可經(jīng)腎小球自由濾過，被巨噬細(xì)胞受體促進(jìn)的內(nèi)吞作用完全重新吸收，并在近端腎小管分解代謝，不能被腎小管分泌至管腔內(nèi)，故尿液中不會(huì)出現(xiàn)大量的CysC。腎小球?yàn)V過率可影響CysC水平，但不受年齡、性別、種族或肌肉含量等因素影響。與血清肌酐相比，血清CysC水平更能反映腎小球?yàn)V過率，尿CysC可反映腎小管損傷。由此可見，CysC在早期診斷兒童AKI時(shí)表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。一項(xiàng)前瞻性研究顯示，CysC可預(yù)測呼吸窘迫綜合征早產(chǎn)新生兒的AKI，當(dāng)臨界值>1.3 mg/L時(shí)，診斷新生兒AKI的靈敏度為92.3%，特異度為96.0%，較血清肌酐和腎小球?yàn)V過率更早預(yù)測AKI[11]。另有研究發(fā)現(xiàn)，心臟手術(shù)后12 h血清CysC預(yù)測兒童AKI的AUC值為0.746，是早期診斷AKI的良好標(biāo)志物[12]。有關(guān)CysC的研究大多是小樣本的回顧性研究，不同研究預(yù)測AKI的臨界值差異較大(0.80～2.04 mg/L)，其診斷意義仍需大規(guī)模臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。

2.4IL-18 IL-18是腎小管細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子，介導(dǎo)缺血性AKI、敗血癥和腎毒性AKI的炎癥反應(yīng)。IL-18在腎臟近端小管誘導(dǎo)，可在缺血再灌注損傷、膿毒癥和惡性腫瘤時(shí)釋放入尿液，尿IL-18水平在腎損傷后6 h內(nèi)升高，12～18 h達(dá)到高峰。IL-18對早期診斷缺血性AKI具有較高的靈敏度和特異度。有研究表明，尿IL-18可在體外循環(huán)術(shù)后2 h達(dá)到峰值，預(yù)測AKI的AUC值為0.90，臨界值為1.6 μg/L時(shí)，靈敏度和特異度分別為90.91%和91.36%[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)肝硬化患者尿液中IL-18水平可區(qū)分缺血性急性腎小管壞死和其他類型的腎臟損害，AUC值為0.88，并可預(yù)測肝硬化患者的短期死亡率，AUC值為0.76[14]。尿IL-18預(yù)測危重AKI患者90 d死亡的能力欠佳，可能與尿IL-18水平易受炎癥、敗血癥、心力衰竭等因素的影響有關(guān)[15]。

3 新發(fā)現(xiàn)的早期診斷AKI的生物標(biāo)志物

3.1金屬蛋白酶組織抑制因子-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-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和IGFBP7是細(xì)胞應(yīng)激或損傷期間腎小管細(xì)胞表達(dá)的一種細(xì)胞周期阻滯蛋白。多種創(chuàng)傷(炎癥、缺血、氧化應(yīng)激、藥物和毒素)所致腎小管細(xì)胞損傷時(shí)，TIMP-2和IGFBP7的水平明顯升高，以提高腎小管上皮細(xì)胞應(yīng)激。Kashani等[16]發(fā)現(xiàn)，尿TIMP-2和IGFBP7可作為危重患者預(yù)測早期AKI的良好生物標(biāo)志物，其AUC分別為0.75和0.77，明顯高于其他生物標(biāo)志物，且尿TIMP-2和IGFBP7乘積可預(yù)測危重患者入院12 h內(nèi)發(fā)生AKIⅡ期或Ⅲ期的風(fēng)險(xiǎn)，其AUC值為0.80。NephroCheck(主要檢測尿TIMP-2和IGFBP7)已成為美國食品藥品管理局批準(zhǔn)的第1個(gè)使用新型腎損傷生物標(biāo)志物來評估AKI風(fēng)險(xiǎn)的試劑盒，用于評估危重患者檢測后12 h內(nèi)進(jìn)展為中重度AKI的風(fēng)險(xiǎn)，可能將中度至重度AKI的診斷提前到能夠早期干預(yù)的“時(shí)間窗”內(nèi)[17]。此外，AKI合并慢性腎臟病或慢性心力衰竭并不影響尿TIMP-2和IGFBP7的檢測結(jié)果[18]。

3.2血管緊張素原(angiotensinogen，AGT) AGT是腎素-血管緊張素系統(tǒng)最上游的底物，血液中的原有AGT不能經(jīng)腎小球?yàn)V過排入尿液，因此，尿AGT是反映腎臟腎素-血管緊張素系統(tǒng)活化的有效指標(biāo)。動(dòng)物研究證明，缺血性AKI早期尿AGT水平顯著升高，而持續(xù)激活的腎素-血管緊張素系統(tǒng)是誘發(fā)AKI發(fā)展的重要因素[19]。Yang等[20]研究表明，尿AGT可預(yù)測急性失代償性心力衰竭患者的AKI，AUC值為0.84，優(yōu)于尿NGAL(AUC值為0.78)，且尿AGT可獨(dú)立預(yù)測患者出院后1年死亡和再住院的風(fēng)險(xiǎn)，但對其他類型AKI(如缺血性AKI、藥物性AKI等)的預(yù)測價(jià)值尚不明確。一項(xiàng)對急性失代償性心力衰竭患者的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，尿AGT對AKI進(jìn)展的預(yù)測優(yōu)于NGAL、IL-18和KIM-1，AUC值為0.78，預(yù)測死亡的AUC為0.85[21]。另一項(xiàng)研究提示，尿AGT/肌酐比值可預(yù)測心臟手術(shù)患者的預(yù)后(AKIⅢ期或死亡)，AUC值為0.75[22]。尿AGT還可動(dòng)態(tài)監(jiān)測急性腎小管壞死患者AKI后腎臟結(jié)構(gòu)的恢復(fù)情況，并作為AKI慢性腎臟病進(jìn)展和治療反應(yīng)的早期預(yù)測因子[23]。

3.3MMP-7 MMP-7是一種具有蛋白水解活性的含鋅酶，主要存在于腎盂上皮細(xì)胞，并易排泄至尿液中。MMP-7很少或不在正常腎臟表達(dá)。尿MMP-7水平可反映腎臟Wnt/β聯(lián)蛋白活性，信號(hào)通路在缺血再灌注損傷或腎毒性誘導(dǎo)的AKI動(dòng)物模型中被激活，尿液中MMP-7水平顯著升高[24]。Yang等[25]的前瞻性隊(duì)列研究表明，尿MMP-7預(yù)測兒童和成人心臟手術(shù)后嚴(yán)重AKI的AUC值分別為0.81和0.76，優(yōu)于尿IL-18、AGT、NGAL和白蛋白與肌酐比值，是預(yù)測心臟術(shù)后嚴(yán)重AKI和預(yù)后的生物標(biāo)志物。

3.4微RNA(microRNA，miRNA) miRNA是一種含有19～23個(gè)核苷酸的內(nèi)源性單鏈非編碼RNA，對各種細(xì)胞生物學(xué)功能(增殖、分化、代謝和凋亡)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控至關(guān)重要。AKI時(shí)，某些miRNA可能通過促進(jìn)炎癥、細(xì)胞凋亡和纖維化對病原體發(fā)揮作用，而其他miRNA可通過抗炎、抗細(xì)胞凋亡、抗纖維化和促血管生成對腎小管上皮細(xì)胞起保護(hù)作用?？梢?，miRNA不僅可能是AKI的新型生物標(biāo)志物，還可能成為AKI治療的潛在靶點(diǎn)[26]。Aguado-Fraile等[27]在AKI患者和健康對照的血清樣本中鑒定出10種差異表達(dá)的miRNA，具有作為AKI未來生物標(biāo)志物的巨大潛力，其AUC接近1，且不同miRNA早期診斷心臟手術(shù)后AKI的AUC值為0.72～0.91。有研究顯示，AKI患者血漿miR-210和miR-320上調(diào)，且miR-210能夠預(yù)測死亡率[28]。Gaede等[29]研究表明，miR-21的術(shù)前基線值可預(yù)測心臟手術(shù)后AKI，AUC值為0.70。由此可見，miRNA是AKI潛在的診斷和治療工具，但將miRNA應(yīng)用于臨床實(shí)踐，還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，以獲得更加簡單、快速的檢測方法。

4 AKI生物標(biāo)志物的聯(lián)合應(yīng)用

單一生物標(biāo)志物檢測常缺乏足夠的診斷敏感性和特異性，臨床應(yīng)用價(jià)值受限。多項(xiàng)研究表明，聯(lián)合多種生物標(biāo)志物檢測能明顯提高診斷AKI的敏感性和特異性，且對預(yù)后的預(yù)測更具優(yōu)勢[30-33]。研究表明腎小球功能標(biāo)志物(血清CysC)和腎小管損傷標(biāo)志物(尿N-乙酰氨基葡萄糖苷酶)診斷危重患者AKI和預(yù)測嚴(yán)重AKI的準(zhǔn)確度明顯高于單個(gè)生物標(biāo)志物[30]。另一項(xiàng)研究顯示，尿Kim-1、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和NGAL檢測術(shù)后3 h發(fā)生AKI的AUC值分別為0.65、0.63和0.65，以上3種生物標(biāo)志物聯(lián)合檢測可明顯提高術(shù)后早期診斷AKI的靈敏度，AUC值為0.78[31]。而NGAL和CysC聯(lián)合檢測已成為成人心臟手術(shù)后AKI持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度的獨(dú)立預(yù)測因子[32]。在狼瘡性腎炎中，尿KIM-1、NGAL和人單核細(xì)胞趨化蛋白1的聯(lián)合檢測是診斷活動(dòng)性腎小管間質(zhì)病變的良好指標(biāo)[33]。但目前對兩種及兩種以上標(biāo)志物聯(lián)合檢測AKI的研究多為小規(guī)模、針對特定類型的研究，仍需大量大規(guī)模多中心的臨床研究，確定準(zhǔn)確的標(biāo)志物組合對應(yīng)的AKI類型。

5 小 結(jié)

理想的AKI生物標(biāo)志物應(yīng)取材方便、檢測簡單經(jīng)濟(jì)，敏感性和特異性高，有診斷臨界值，能夠鑒別AKI病因和損傷部位，可預(yù)測AKI病情嚴(yán)重程度的變化和指導(dǎo)治療等特點(diǎn)。近年來，國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)了多種生物標(biāo)志物，但至今尚無一種可在臨床上取代血清肌酐，目前仍以血清肌酐為主。相繼發(fā)現(xiàn)的新型生物標(biāo)志物在AKI的早期診斷、預(yù)測預(yù)后和鑒別病因等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但其臨床價(jià)值仍需更多的前瞻性研究的進(jìn)一步驗(yàn)證，以便制定出更加合理的AKI診斷標(biāo)準(zhǔn)，提高早期診斷AKI的敏感性和特異性。