糖尿病腎病腎小管間質生物標志物的研究進展

儲 輝，陸衛平

(南京醫科大學附屬淮安第一醫院內分泌科,江蘇 淮安 223000)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的重要原因之一，常進展至終末期腎病。DN是臨床最常見的糖尿病微血管并發癥，通常涉及腎小球和腎小管，最終導致糖尿病患者死亡[1]。在西方國家，糖尿病是CKD的主要原因之一，常導致由終末期腎病引起的慢性腎臟替代治療[2]。目前，DN的發病機制較復雜，在遺傳因素的影響下，體內葡萄糖代謝紊亂導致蛋白質的非酶促糖基化，從而導致氧化應激，多元醇途徑和蛋白激酶C的活化，以及血液黏度增加、血流動力學改變、炎癥反應等，各因素之間又相互影響，導致腎排泄功能降低。DN時，除腎小球基膜增厚外，腎小管間質炎癥引起的腎損傷在DN的進展中也產生重要影響[3],腎小管間質改變的生物標志物可能最終被證明是預測DN進展和預后的更好指標[4]。捕捉腎損傷不同致病過程的腎小管間質生物標志物，可以更真實地反映患者的結局。研究表明，腎小管間質損害程度與CKD病程進展密切相關[5]。人類尿生物標志物數據支持這一觀點，即腎小管損傷對早期DN的發展起主要作用，而不是次要作用[6]。與糖尿病腎損害相關的新型腎小管生物標志物可提高DN的危險分層和預測DN。現就DN腎小管間質生物標志物的研究進展予以綜述。

1 DN的標準標志物

DN是一種多因素疾病，涉及不同的致病分子過程和組織病理學結構。腎間質纖維化伴有腎小管萎縮是腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)從中度到重度下降的一個強有力因素。DN早期臨床表現缺少特異性，病程多進展至不可逆階段才被發現。因此，早期腎損傷的診斷和預防是控制和降低其危害的一個重要途徑。目前臨床上常用血尿素氮、血清肌酐、GFR和尿白蛋白排泄率評估DN的存在及進展[7]。

尿白蛋白通過腎小球過濾，隨后通過巨噬細胞途徑被腎小管細胞重新吸收。尿微量白蛋白尿是預測DN進展的重要指標,2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者中持續的大量白蛋白尿與DN及心血管疾病的快速進展相關[8]。腎臟疾病結局質量倡議組織根據DN的臨床實踐指南指出：1型糖尿病白蛋白尿篩查應在5年的糖尿病持續時間內進行，并且在診斷時應對患有T2DM的患者進行白蛋白尿篩查[9]。首選篩選試驗是晨尿白蛋白/肌酐比值。出現不典型特征時，可能需要腎活檢來確認臨床診斷。此外，有研究表明，在微量白蛋白尿升高的糖尿病患者10年隨訪中，30%～45%的患者發展為大量白蛋白尿，30%恢復正常白蛋白尿，30%～40%維持在微量白蛋白尿水平[10]。基于這些原因，建議研究新的危險標志物預測DN的進展。

臨床常用GFR來衡量腎功能情況，在DN早期階段GFR可能會增加，隨著疾病的進展GFR逐漸減少，尿白蛋白排泄率逐漸增加。血清肌酐是用作估算GFR常用的指標，但其受體內代謝水平、蛋白質含量等因素的影響[11]。Covington等[12]研究發現，血脂升高和大量飲食可使GFR升高。徐昕等[13]研究發現，GFR與糖尿病患者年齡、病程、尿微量白蛋白以及血糖、糖化血紅蛋白有明顯相關性，GFR的計算方法相對復雜。

2 腎小管間質損傷標志物

許多DN的生物標志物是通過對損傷后腎組織的轉錄和蛋白質組學分析被確定的。研究表明，DN患者中腎小管損傷標志物明顯增高，早于微量白蛋白尿，具有更好的特異性和敏感性，與DN的進展相關[14]。因此，人們傾向于從腎小管間質中識別標志物。與DN腎損害相關的新型腎小管生物標志物可預測DN并提高DN的危險分層。胱抑素C、腎損傷分子1(kidney injury molecule-1,Kim-1)、中性粒細胞明膠酶相關脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipotroponin,NGAL)、血管緊張素原、骨膜蛋白和單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、肝型脂肪酸結合蛋白(liver fatty acid binding proteins，L-FABP)、鋅-α2-糖蛋白(zinc-α2-glycoprotein，ZAG)等生物標志物可反映腎小管損傷。

2.1胱抑素C 胱抑素C是由體內有核細胞以恒定速率產生，半衰期為2 h，分子量為13 000，在各組織中均有表達，包括腎、肝、胰、胃、肺及胎盤。胱抑素C容易被腎小球過濾，并被近端小管重吸收和分解。當腎近端腎小管受損時可導致尿液胱抑素C重吸收減少，尿液中胱抑素C升高[15]。胱抑素C在體內可以通過腎小球濾過，因此尿液中胱抑素C水平可以反映腎小球的濾過情況，與腎功能的變化密切相關。臨床上胱抑素C常用于評估腎功能和預測DN，其血中水平不受年齡、性別的限制，含量在體內比較穩定，是一項反映腎小球濾過功能的理想指標。相對于血肌酐，胱抑素C能更早發現腎損傷。有研究認為胱抑素C是臨床常用的較內生肌酐清除率能更敏感、更早地反映腎小球濾過的新指標[16]。伴有腎臟快速進展的T2DM患者尿液胱抑素C水平顯著高于非快速腎進展組[17]。另一項研究表明，早期DN患者的尿液胱抑素C水平較非腎病患者增加，與尿白蛋白/肌酐比值呈正相關[18]。尿液和血清中胱抑素C的測定是一種有用、實用、無創地評估糖尿病腎臟受累程度的工具。

2.2NGAL NGAL屬于載脂蛋白家族的小糖蛋白，分子量為24 000。NGAL在腎小管上皮中表達。尿液中NGAL水平可以作為腎損傷的一個指標，在血清肌酐升高前就可以檢測到[19]。急性腎損傷向CKD轉變的模型暗示了NGAL作為慢性腎損傷的潛在生物標志物的作用。在CKD患者中，NGAL高表達發生在腎小管細胞，而在非CKD患者中NGAL的表達較非CKD患者高[20]。尿液NGAL在DN各階段呈上升趨勢[21-22]。血清和尿液NGAL是一種新的預測指標，與腎臟疾病嚴重程度及進展相關[23]。近年來研究發現，NGAL不但在急性腎損傷中表達，在CKD伴腎小管間質損傷疾病中也有一定的臨床意義[24-25]。同樣，在觀察隨訪和隊列研究中，T2DM患者基線尿液NGAL水平與GFR估計值快速下降及血清肌酐升高相關[17,26]。據此推測，在DN的發病過程中，NGAL水平升高反映了腎小管損傷和炎癥反應。

2.3Kim-1 Kim-1是一種1型膜蛋白，表達于近端小管細胞根尖膜。它的外顯子被分裂并釋放在小管的腔內，最后出現在尿液中，較穩定[27]。腎臟功能正常時，Kim-1不能被檢測到，但腎損傷后尿液中Kim-1水平升高[28]。腎小管損傷后，上皮細胞表達Kim-1增加，Kim-1與吞噬受體結合發揮吞噬作用，清除腎小管內凋亡的細胞碎屑，并且能夠重新修復腎小管的功能。Kim-1可作用于受損腎小管的近端，參與腎臟損傷的修復過程。因此，Kim-1是一種對腎損傷敏感性較高的生物標志物。在超負荷蛋白尿致腎小管間質損傷的實驗動物模型中，腎小管炎癥、纖維化和損傷時Kim-1高表達[29]。一項研究證實，腎小管間質炎癥時Kim-1表達增加，包括DN在內的蛋白尿腎病患者的腎小管中Kim-1過表達[30]。一項橫斷面描述性研究顯示，尿液Kim-1在正常白蛋白尿和輕度白蛋白尿的T2DM患者中升高[31]。血清和尿液Kim-1水平升高能夠預測腎功能下降[17]。尿液Kim-1水平在大量白蛋白尿和晚期CKD的患者中顯著升高，但并不能預測終末期腎病的進展[32]。尿液Kim-1排泄可成為糖尿病腎小管間質損傷的無創生物標志物。孟德爾隨機分析表明，Kim-1水平與GFR水平呈負相關,這可能代表一種因果關系[33]。

2.4血管緊張素原 血管緊張素原是腎素的唯一已知底物。血管緊張素原的變化可影響腎素-血管緊張素-醛固酮系統的活性。腎內腎素-血管緊張素-醛固酮系統活性增加與纖維化腎損害的嚴重程度平行，并在慢性進行性腎病中得到證實[34-35]。腎血管緊張素原主要由近端腎小管細胞分泌，并存在于腎小管液。近年來激活的腎素-血管緊張素-醛固酮系統被提出參與多種高血壓模型腎損傷的進展，同時也參與腎臟疾病的進展，如DN、免疫球蛋白A腎病等[36]。血管緊張素原水平與T2DM患者蛋白尿呈正相關，與GFR呈負相關[4]。在DN的各個階段，尿血管緊張素原水平均高于健康人[37]。Satirapoj[4]認為血管緊張素原可以作為診斷DN的潛在尿液生物標志物。

2.5骨膜蛋白 骨膜蛋白是成骨細胞特異性因子2，一種細胞外基質蛋白，最初在骨中表達，包括腎臟在內的其他主要器官中未檢測到骨膜蛋白[38]。骨膜蛋白參與纖維化過程和組織重塑，有研究首次描述了CKD大鼠和糖尿病小鼠腎臟中腎組織和尿液中膜蛋白的表達和排泄情況，發現糖尿病小鼠腎臟的腎小球和腎小管上皮中骨膜蛋白表達增加[39]。骨膜蛋白可作為腎小管損傷的標志物，并與各種慢性進行性腎損害的腎功能(包括血肌酐、血尿素氮和GFR)惡化相關[40-41]。正常白蛋白尿、微量白蛋白尿和大量白蛋白尿患者尿液中骨膜蛋白水平明顯高于正常對照組[42]。尿液骨膜蛋白水平與患者年齡、高白蛋白尿、GFR下降顯著相關[41]。研究表明，T2DM患者尿液中的骨膜蛋白水平在DN患者出現大量白蛋白尿并導致相關腎功能紊亂前明顯升高[4]。

2.6MCP-1 MCP-1也稱單核細胞趨化活化因子，是單核細胞趨化因子家族中的一種多肽，由白細胞、腎小管上皮細胞和上皮細胞分泌。炎癥細胞如單核細胞和巨噬細胞浸潤是DN進展的標志之一。MCP-1是單核細胞趨化因子家族的成員，是影響腎損害動物模型和人類模型巨噬細胞蓄積的主要因素[43]。有研究顯示在腎損傷時MCP-1表達增加[44]。MCP-1能激活單核-巨噬細胞系統，介導腎組織炎癥，尿液MCP-1水平升高與間質炎性浸潤程度有關[45]。表皮生長因子是肽生長因子，在進行性腎損傷中發揮保護作用。表皮生長因子在腎損傷愈合過程中發揮恢復屏障功能的作用，也是發育成熟腎的重要體內腎細胞存活因子[46]。尿液表皮生長因子、表皮生長因子/MCP-1比值與腎小球腎炎腎小管間質損害程度及腎預后呈負相關[47]。顯性腎病患者尿液MCP-1水平較尿蛋白正常者顯著增加[48]。Shoukry等[49]研究表明，DN患者尿液MCP-1水平顯著升高，與尿液尿白蛋白/肌酐比值呈正相關。

2.7L-FABP L-FABP是一種脂質蛋白，分子量為14 000，在人近端小管細胞質中表達，參與脂肪酸代謝。體內實驗研究表明，腎臟L-FABP基因的表達受各種應激上調，導致腎小管間質損傷，尿液L-FABP 的排泄量增加，且與腎小管損害嚴重程度相關[50]。糖尿病患者由于長期高血糖和血流動力學的刺激引起腎微血管結構改變，氧化應激反應使體內蛋白質發生糖基化，產生大量穩定的糖基化終產物，腎小管間質缺血、缺氧加重，參與DN的發生和發展[51]。L-FABP可參與機體的氧化還原反應，清除體內活性氧類，發揮重要的抗氧化劑作用。在腎小管損傷時，體內L-FABP水平上調，尿液L-FABP排泄增加，是一個早期腎損傷的標志物[52]。研究表明，尿液L-FABP排泄量與腎間質損傷的嚴重程度相關[53]。尿液L-FABP在微量白蛋白正常階段也能反映腎損傷，可作為早期識別DN的指標之一[54]。

2.8ZAG ZAG是一種新發現的脂肪細胞因子，分子量為43 000，在人體中發揮多種重要功能。ZAG與β3腎上腺素受體結合后刺激鳥苷三磷酸依賴的腺苷酸環化酶,從而刺激脂肪分解。ZAG在糖和脂代謝、精子的活動及胰島素抵抗方面發揮重要作用[55]。長期高血糖引起的各種代謝和血流動力學紊亂使近端腎小管受到損傷，導致體內ZAG分泌增加。免疫組織化學分析表明，ZAG主要在人腎臟的腎小管中表達[56]。Schmitt等[57]對大鼠缺血再灌注損傷模型研究發現，血液中ZAG能促進腎臟細胞外基質分泌,增多的細胞外基質導致腎小球硬化和腎臟間質纖維化。有研究顯示，尿液中ZAG與尿白蛋白/肌酐比值呈正相關，并早于尿微量白蛋白尿出現[58-59]。ZAG是早期DN潛在的生物標志物之一。

3 結 語

DN是糖尿病的一種慢性并發癥，雖然與腎小球損害密切相關，但可能有單獨的病理生理學機制。不同的代謝和非代謝因素損害了DN患者的腎小管功能，使腎小管出現一些特殊的組織學改變。微量白蛋白尿作為DN早期預測生物標志物有其局限性，仍需通過新的功能性或結構型腎小管生物因子的發現和臨床評價來克服。導致腎小管間質改變的新的生物標志物可能是目前預測DN進展和預后較好的指標。在T2DM患者中，高水平腎小管生物標志物，如尿胱抑素C、骨膜蛋白、血管緊張素原、Kim-1、NGAL、L-FABP、MCP-1、ZAG反映了腎功能的下降。這表明，所有新的腎小管生物標志物將不再是評估GFR基線指標的簡單代用指標，而是獨立的預測腎病進展的標志物，并超過了由血清肌酐和其他常規危險因素提供的信息。但近年來關于這些生物標志物的相關研究仍存在一定的局限性，且很多機制尚不明確，需要大量的臨床研究驗證。針對糖尿病相關的腎損傷的特異性生物標志物相對有限，其缺點不可忽視，發現并驗證早期診斷和預測DN的生物標志物對臨床具有更重要的價值。