新型腎臟生物標志物在肝硬化患者急性腎損傷病因鑒別及預后中的研究進展

黃雪蓮(綜述), 張 國(審校)

肝硬化是由不同的肝損傷機制導致壞死性炎癥和纖維化的結果,組織學上表現(xiàn)為彌漫性結節(jié)再生及周圍致密纖維化間隔,隨后實質(zhì)消失和肝組織結構塌陷,最終導致門脈高壓、終末期肝病[1]。肝硬化自然病程的特點是從無癥狀到門靜脈壓力增加和肝功能惡化產(chǎn)生臨床表現(xiàn),其1年病死率差異較大,從1%至57%不等,主要取決于臨床失代償事件的發(fā)生[2]。急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)是失代償期肝硬化患者嚴重的并發(fā)癥之一,其特征是由于血流動力學改變或結構損傷導致腎功能迅速下降。AKI病死率高,預后極差。腎前氮質(zhì)血癥(prerenal azotemia,PRA)、肝腎綜合征(hepatorenal syndrome,HRS)和急性腎小管壞死(acute tubular necrosis,ATN)是肝硬化AKI的主要原因[3]。腎功能評估和AKI病因鑒別是治療決策的關鍵。目前肝硬化AKI的診斷是基于血清肌酐(serum creatinine,Scr)水平相對于基線值的變化。Scr主要反映腎臟過濾而非損傷的標志物,在AKI病因鑒別中的作用有限。能夠精確評估腎功能和區(qū)分肝硬化AKI病因及預測預后的可靠生物標志物十分重要。近年研究表明,新型腎臟生物標志物,如血清胱抑素C(cystatin C,Cys-C)和尿中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)已在肝硬化AKI中廣泛研究,以提高AKI的診斷、病因鑒別及預后評估。本文針對目前的腎臟生物標志物在評估腎功能、預測預后和肝硬化AKI病因鑒別作用綜述如下。

1 肝硬化AKI定義與分型

AKI是一種臨床綜合征,包括各種誘發(fā)因素所致腎臟直接損傷(結構性損傷)或急性功能障礙(功能性損傷),是指48 h內(nèi)Scr升高≥0.3 mg/dl(26.5 μmol/L),或7 d內(nèi)Scr增加至基線的1.5倍以上,常繼發(fā)于各種原因引起的急性腎臟低灌注,若腎臟低灌注急性加劇,嚴重時可進展為HRS-AKI[4]。研究表明,肝硬化住院患者AKI發(fā)生率高達20%～80%[5]。AKI患者約68%為功能性,32%為器質(zhì)性[6]。器質(zhì)性AKI主要是多種原因如藥物、毒物所致的ATN,而腎后性(梗阻性)原因相對少見[7-8]。

2 肝硬化患者腎臟評估生物標志物

隨著蛋白質(zhì)組學發(fā)展,近年來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種新型AKI生物標志物應用于肝硬化患者腎功能評估,主要涉及早期診斷、預測預后,甚至AKI病因鑒別,減少對液體無反應性AKI患者不必要的容量管理。肝硬化患者的腎臟標志物可分為腎功能不全標志物、腎小管損傷標志物及反應細胞應激的細胞周期阻滯生物標志物3組[9]。

2.1Scr Scr和基于Scr的方程是評估肝硬化患者腎功能廣泛使用的工具。血清Scr并不是肝硬化腎功能不全的準確標志物[10]。首先,Scr受飲食、年齡、性別、種族、個體肌量、腎小管主動分泌肌酐、腎小球分泌或重吸收肌酐等多種因素影響。其次,在肝硬化患者這一特殊人群中,往往存在營養(yǎng)不良、神經(jīng)肌肉萎縮導致Scr生成減少。最后,肝硬化患者容量分布增加可能稀釋Scr以及高膽紅素對Scr檢測會產(chǎn)生影響,導致腎臟發(fā)生明顯的腎臟損害時Scr才會出現(xiàn)升高,腎損害程度可能被低估而不能真實反映,故Scr增加與腎損傷相比是延遲的[11]。因此,Scr在AKI病因鑒別中的作用十分有限。

2.2血清Cys-C 血清Cys-C是一種13 kDa內(nèi)源性半胱氨酸蛋白酶抑制劑,由所有有核細胞以恒定速率產(chǎn)生。血清Cys-C主要通過腎小球濾過消除,并且在腎小管中幾乎完全被重吸收和分解代謝。相較于Scr,血清Cys-C具有不受性別、肝功能或肌肉質(zhì)量影響的優(yōu)點[12]。血清Cys-C的動力學與Scr相似,血清濃度在AKI發(fā)作后12～24 h增加[13]。相較于Scr計算腎小球濾過率(glomerular filtration rate,GFR)方式,基于血清Cys-C計算GFR的準確性、預測預后價值方面均展現(xiàn)出更優(yōu)性能。研究表明相較于腎臟病飲食改良(modification of diet in renal disease,MDRD)計算GFR方法,基于血清Cys-C計算GFR準確性更好[14]。無論肝硬化患者是否合并腹水,Scr聯(lián)合血清Cys-C GFR公式比單獨基于Scr GFR公式能更準確地計算肝硬化患者GFR,尤其是當GFR<60 ml/(min·1.73 m2)時[15]。此外,血清Cys-C計算GFR的基線值[閾值<55 ml/(min·1.73 m2)]有助于早期識別AKI。同時,基于血清Cys-C計算GFR在預測AKI發(fā)生及總生存期方面優(yōu)于MDRD計算GFR。研究表明,血清Cys-C水平是肝硬化患者AKI(包括HRS)發(fā)展的獨立預測因子,終末期肝病模型(model for end-stage liver disease,MELD)-血清Cys-C評分準確預測AKI發(fā)展和死亡,而非Scr生物標志物[16]。血清Cys-C在預測肝硬化結局方面比Scr更準確。此外,針對Cys-C閾值預測肝硬化AKI的發(fā)生及預后進一步研究結果顯示,血清Cys-C預測AKI發(fā)展的最佳閾值為1.1～1.4 mg/L,同時血漿Cys-C≥1.25 mg/L是AKI患者90 d病死率的獨立預測因子[12,17-18]。

3 腎功能不全標志物對肝硬化AKI病因鑒別作用

病因鑒別對于肝硬化AKI制定治療策略和預后評估至關重要。早期經(jīng)驗性擴容治療可能會延遲HRS患者血管收縮劑啟動或導致ATN患者容量超負荷,從而影響患者預后。對潛在原因的治療是肝硬化AKI的主要治療策略,特別是ATN患者。Scr值及其變化不能區(qū)分功能性和結構性腎損傷[19]。雖有研究顯示ATN患者尿Cys-C水平明顯高于AKI其他病因,但Cys-C反映GFR,并不能很好鑒別AKI病因[20]。濾過鈉排泄分數(shù)(fractional excretion of filtrated sodium,FENa)可用于鑒別AKI病因[21],其特征是PRA中FENa<1%,利尿劑應用、糖尿或慢性適應可以增加FENa。由于肝硬化患者通常存在水鈉潴留,在除PRA以外的AKI亞型仍觀察到FENa降低[22]。蛋白尿作為腎小球損傷的標志物,但由于肝硬化患者往往合并肝功能受損和營養(yǎng)不良,血清蛋白濃度會降低,從而導致蛋白尿量減少,因而其在肝硬化AKI病因鑒別中應用受限。目前腎臟生物標志物與腎臟組織學之間的相關性較差,已發(fā)現(xiàn)的腎臟生物標志物鑒別HRS、ATN和其他腎臟疾病仍存在一定局限性。因此,仍需發(fā)掘識別實質(zhì)性腎損傷特異性標志物以評估腎功能及區(qū)分功能性損傷和結構性損傷。

4 肝硬化患者腎小管損傷生物標志物

腎臟近端小管暴露于缺氧環(huán)境中,導致近端小管功能障礙,增加低分子量蛋白質(zhì)排泄進入尿液。腎小管損傷標志物是研究最多的腎臟生物標志物亞組。由于缺血或腎毒性腎小管損傷,它們通常在尿液或血清中表達,并且在腎臟損傷后僅數(shù)小時就會上調(diào)[23]。研究表明腎小管損傷標志物在AKI不同病因中表達水平顯著差異:在PRA中水平最低,HRS中表現(xiàn)出中等水平,ATN最為顯著[24]。

4.1NGAL NGAL是一種來自脂蛋白家族的25 kDa糖蛋白,由腎臟髓袢、集合管細胞以及肝臟、肺和胃腸道的細胞產(chǎn)生,可以通過腎小球自由過濾,被重吸收到近端小管,最終由尿液排出。腎臟發(fā)生缺血或腎毒性損傷后,尿液NGAL迅速顯著增加,這有助于肝硬化AKI病因鑒別及檢測早期AKI[18]。

4.2白細胞介素-18(interleukin-18,IL-18) IL-18是一種18 kDa的促炎細胞因子,在許多細胞中表達,包括急性缺血的近端腎小管細胞。與其他尿液生物標志物不同,其表達不受尿路感染或慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的影響,已有研究評估IL-18在肝硬化AKI中的潛在作用[25]。

4.3腎損傷分子-1(kidney injury molecule-1,KIM-1)

KIM-1是一種跨膜蛋白,對缺血性腎損傷的反應上調(diào),在近端小管中表達。由于尿液KIM-1受腎外混雜因素的影響較小,因而其在ATN與非腎小管腎損傷鑒別中顯示出良好的效能[26]。

4.4N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶(N-acetyl-β-D-glucosaminidase,NAG) NAG是一種主要來源于近端小管的溶酶體酶,具有較大的分子量(140 kDa),并且不被腎小球濾過。高水平尿液NAG概率較小為腎外來源,被普遍認為是腎小管細胞功能和(或)結構損傷的標志[27]。

4.5肝型脂肪酸結合蛋白(liver-type fatty-acid binding protein,L-FABP) L-FABP是一種來自14 kDa的游離脂肪酸轉運蛋白,其主要分布在近端小管。在應激狀態(tài)如尿蛋白超載、腎缺血、高血糖和毒素等導致的腎小管間質(zhì)的損傷下,L-FABP基因在腎臟中的表達明顯上調(diào),表達釋放入尿液,但其在肝臟、腸、胰腺、胃、肺和腎臟中亦有表達[28]。

5 腎小管損傷標志物的診斷及預后預測作用

雖然不同研究表明眾多生物標志物如血清Cys-C、IL-18、尿液NAG、尿液NGAL水平預測肝硬化AKI發(fā)生及發(fā)展尚存在爭議[9,29-30],但是眾多研究表明血清和尿液NGAL水平均可用于肝硬化AKI的早期診斷,并且尿液NGAL水平高于非AKI患者,NGAL在診斷、治療及預后預測方面顯示出可觀前景[31]。有研究顯示ATN診斷閾值220 ng/ml,靈敏度為89%,特異度為78%,曲線下面積為0.854[32],這與西班牙巴塞羅那(閾值220 μg/g肌酐,AUC 0.87)和波士頓(閾值244 μg/g肌酐,AUC 0.762)的兩項單中心研究非常相似[33-34]。不同研究結果的一致性表明,NGAL在不同肝硬化人群中具有可靠的診斷效能。然而在炎癥性疾病、膿毒癥、尿路感染或CKD等其他情況下,NGAL水平也會升高,從而限制了NGAL的診斷性能[35]。在多種腎臟生物標志物性能比較預測病死率的研究中,與尿液IL-18、KIM-1、L-FABP及血清Cys-C水平相比,尿液NGAL水平在預測病死率方面最佳[32]。一項前瞻性研究(包括失代償性肝硬化患者)表明,尿液NGAL水平并不是病死率的重要預測指標;相反,血清Cys-C或MELD-血清Cys-C評分與生存結果相關[18]。不同臨床特征的研究對象可能導致研究結果差異,但是另一個不能忽視的問題是這些腎臟生物標志物的增加并非完全來自腎臟。感染是增加肝硬化AKI病死率的另一個關鍵因素,也會增加腎臟生物標志物的水平,尤其是NGAL和L-FABP。目前關于腎小管標志物與肝硬化AKI死亡風險關系的研究仍存在矛盾的結論。

6 腎小管損傷標志物對肝硬化AKI病因鑒別作用

目前,腎小管損傷生物標志物在肝硬化AKI病因鑒別方面顯示出前景。大多數(shù)研究都集中在準確識別AKI病因上,其中尿液NGAL表現(xiàn)最好并且擁有可靠的數(shù)據(jù)證實。多項研究表明NGAL和IL-18、L-FABP、KIM-1有助于確定肝硬化AKI的病因,ATN患者的尿液中這幾種標志物的含量均顯著高于其他原因(包括HRS和PRA)[36-39]。研究表明尿NGAL能很好區(qū)別ATN(1 162 ng/ml)和非ATN(PRA 87 ng/ml,HRS 111 ng/mg,重疊AKI 109 ng/ml,P<0.001)[32]。然而,在肝硬化HRS和ATN之間仍然觀察到尿液NGAL、IL-18和KIM-1水平顯著重疊現(xiàn)象[40]。如前所述,部分腎小管生物標志物已在肝硬化AKI病因鑒別方面顯示出前景,但個別尚存在爭議。值得注意的是,既往多數(shù)研究是根據(jù)臨床特點區(qū)分AKI病因、ATN和非ATN,缺乏腎臟組織學證實,這可能導致AKI病因的錯誤分類。這些腎臟生物標志物都并非腎臟唯一產(chǎn)生,且出現(xiàn)少尿或無尿使收集尿液不符合實際,從而影響尿液生物標志物的檢測。因此,應謹慎解讀這些腎臟標志物在病因鑒別中的作用。

7 細胞周期阻滯生物標志物

胰島素樣生長因子結合蛋白-7和金屬蛋白酶組織抑制劑-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2 and insulin-like growth factor-binding protein-7,[TIMP-2]·[IGFBP-7])是一種細胞周期阻滯蛋白,細胞應激或損傷時在腎小管細胞中表達,已被提出作為AKI生物標志物。美國食品和藥物管理局批準TIMP-2和IGFBP-7作為預測AKI患者臨床結局生物標志物[41],目前關于其在肝硬化AKI中的研究仍較少。一項針對45例乙型肝炎相關失代償性肝硬化患者的研究表明,尿液IGFBP-7對肝硬化AKI的早期診斷具有重要價值,可能對AKI的發(fā)生具有預測作用[42]。與之相反,研究表明[TIMP-2]·[IGFBP-7]并非早期預測的獨立因子,也不適用于HRS的診斷和治療反應的預測[43],但卻認為[TIMP-2]·[IGFBP-7]對肝硬化AKI預后具有重要預測價值。

8 結語

AKI在肝硬化患者中具有重要的預后意義,腎功能的準確評估和AKI病因的確定是管理的關鍵所在。近年來大量證據(jù)支持腎臟生物標志物在肝硬化AKI領域迅速擴展,大多數(shù)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持尿液NGAL水平準確識別AKI病因最佳。盡管各種腎臟標志物已被證明可以提高診斷、病因鑒別、預后預測,但單一生物標志物對臨床實踐影響較小。腎活檢對于確定AKI的病因至關重要。腎臟標志物的正常范圍尚未確定,亦限制其臨床應用。因此,仍然需要探索其他新的腎臟生物標志物,并在未來的研究中評估各類腎臟生物標志物的作用。