急性腎損傷生物標志物的研究現狀及新進展

陳沐林，楊 陳，韓煥欽，陳 婷，王雙苗，劉華鋒※

(1.廣東醫科大學研究生學院，廣東 湛江 524023； 2.廣東醫科大學附屬醫院腎病研究所暨湛江市慢性腎臟病防控重點實驗室，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的臨床綜合征，表現為腎小球濾過率下降，代謝廢物(如肌酐、尿素氮)在體內潴留，水電解質和酸堿平衡紊亂。AKI的致病因素主要有血容量不足、腎毒性物質、創傷、嚴重感染、尿路梗阻等，常見于重癥監護治療病房患者，是危重癥患者最常見的并發癥。據統計，住院患者AKI發病率達1%～7%；重癥監護治療病房患者的發病率達30%～50%，且病死率高達50%～80%[1]。此外，AKI也是導致慢性腎臟病和慢性腎衰竭的重要原因，20%～50%的AKI幸存患者可發展為慢性腎臟病，5%發展為終末期腎病[2]。可見，AKI的早期識別對及時治療和改善預后至關重要。現就AKI生物標志物的研究現狀及最新進展予以綜述。

1 AKI的分類和診斷標準

根據疾病發生的解剖部位，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、腎血管和腎小球性疾病導致的損傷。根據AKI發生的地點可分為社區性AKI和醫院獲得性AKI。Xu等[3]研究發現，社區性AKI和醫院獲得性AKI的發生率分別為2.5%和9.1%，社區性AKI發生率最高的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%)；醫院獲得性AKI發生率較高的是心臟手術(43.7%)，敗血癥(32.0%)和重癥監護(30.3%)；約40%的AKI病例可能與藥物有關，其中16%可能由中藥誘發。2012年改善全球腎臟病預后組織推薦的AKI診斷標準為：①腎功能在48 h內突然減退，血清肌酐絕對值升高≥26.5 μmol/L(0.3 mg/dL)；②7 d內血清肌酐增至≥1.5倍基礎值；③尿量<0.5 mL/(kg·h)，持續時間>6 h[4]。

2 已發現的主要AKI生物標志物

目前，血清肌酐和尿量變化仍是臨床診斷AKI的金標準。由于腎臟自身強大的儲備和代償能力，早期腎損傷時，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的治療時間窗非常短，缺少早期有效的診斷方法和風險評估，是目前AKI的防治難點，可見尋找早期診斷AKI的生物標志物尤為重要。

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

2.1NGAL NGAL是一種與中性粒細胞明膠酶相聯結的載脂蛋白，以低表達狀態廣泛存在于腎臟、肺、大腸等。腎缺血或腎毒性損害時，NGAL可在受損腎小管顯著表達。在AKI早期(2 h內)便可在尿液中檢測到NGAL，其水平可隨腎小管上皮細胞的修復和再生而降低。NGAL是早期診斷AKI較為理想的生物標志物，主要優點為：①與其他生物標志物相比，具有較高的敏感性和特異性。NGAL是AKI診斷價值最高的生物標志物，其特異度和靈敏度分別為81%和68%，明顯優于尿KIM-1、肝脂肪酸結合蛋白、IL-18、CysC等生物標志物，且可用來預測AKI嚴重程度和持續時間[5]。②可在連續腎臟替代治療中監測腎功能改善情況。經連續腎臟替代治療后，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患者的不良預后有關[6]。③可以預測AKI院內死亡率。一項前瞻性研究表明，血清NAGL預測AKI的受試者工作特征曲線下面積(area under the curve，AUC)達到0.8，而入院血清NGAL>400 ng/mL時，預測院內死亡率的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，臨床尚未確定統一的預測和評估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甚微。在腎缺血或腎毒性藥物引起的急性腎小管壞死時，KIM-1在近端腎小管上皮細胞顯著過表達。在多種腎損傷動物模型中，尿KIM-1升高明顯早于血清肌酐、尿N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、尿素氮等傳統生物標志物。尿KIM-1升高發生在腎損傷數小時內，其潛在優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還可區分AKI病因，有研究發現，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KIM-1為臨床前藥物開發的AKI生物標志物[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是有核細胞產生的半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白，可經腎小球自由濾過，被巨噬細胞受體促進的內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，故尿液中不會出現大量的CysC。腎小球濾過率可影響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濾過率，尿CysC可反映腎小管損傷。由此可見，CysC在早期診斷兒童AKI時表現出明顯優勢。一項前瞻性研究顯示，CysC可預測呼吸窘迫綜合征早產新生兒的AKI，當臨界值>1.3 mg/L時，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濾過率更早預測AKI[11]。另有研究發現，心臟手術后12 h血清CysC預測兒童AKI的AUC值為0.746，是早期診斷AKI的良好標志物[12]。有關CysC的研究大多是小樣本的回顧性研究，不同研究預測AKI的臨界值差異較大(0.80～2.04 mg/L)，其診斷意義仍需大規模臨床研究進一步證實。

2.4IL-18 IL-18是腎小管細胞和巨噬細胞產生的促炎細胞因子，介導缺血性AKI、敗血癥和腎毒性AKI的炎癥反應。IL-18在腎臟近端小管誘導，可在缺血再灌注損傷、膿毒癥和惡性腫瘤時釋放入尿液，尿IL-18水平在腎損傷后6 h內升高，12～18 h達到高峰。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可在體外循環術后2 h達到峰值，預測AKI的AUC值為0.90，臨界值為1.6 μg/L時，靈敏度和特異度分別為90.91%和91.36%[13]。另有研究發現肝硬化患者尿液中IL-18水平可區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，并可預測肝硬化患者的短期死亡率，AUC值為0.76[14]。尿IL-18預測危重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[15]。

3 新發現的早期診斷AKI的生物標志物

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合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein 7，IGFBP7) TIMP-2和IGFBP7是細胞應激或損傷期間腎小管細胞表達的一種細胞周期阻滯蛋白。多種創傷(炎癥、缺血、氧化應激、藥物和毒素)所致腎小管細胞損傷時，TIMP-2和IGFBP7的水平明顯升高，以提高腎小管上皮細胞應激。Kashani等[16]發現，尿TIMP-2和IGFBP7可作為危重患者預測早期AKI的良好生物標志物，其AUC分別為0.75和0.77，明顯高于其他生物標志物，且尿TIMP-2和IGFBP7乘積可預測危重患者入院12 h內發生AKIⅡ期或Ⅲ期的風險，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的第1個使用新型腎損傷生物標志物來評估AKI風險的試劑盒，用于評估危重患者檢測后12 h內進展為中重度AKI的風險，可能將中度至重度AKI的診斷提前到能夠早期干預的“時間窗”內[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的檢測結果[18]。

3.2血管緊張素原(angiotensinogen，AGT) AGT是腎素-血管緊張素系統最上游的底物，血液中的原有AGT不能經腎小球濾過排入尿液，因此，尿AGT是反映腎臟腎素-血管緊張素系統活化的有效指標。動物研究證明，缺血性AKI早期尿AGT水平顯著升高，而持續激活的腎素-血管緊張素系統是誘發AKI發展的重要因素[19]。Yang等[20]研究表明，尿AGT可預測急性失代償性心力衰竭患者的AKI，AUC值為0.84，優于尿NGAL(AUC值為0.78)，且尿AGT可獨立預測患者出院后1年死亡和再住院的風險，但對其他類型AKI(如缺血性AKI、藥物性AKI等)的預測價值尚不明確。一項對急性失代償性心力衰竭患者的前瞻性研究發現，尿AGT對AKI進展的預測優于NGAL、IL-18和KIM-1，AUC值為0.78，預測死亡的AUC為0.85[21]。另一項研究提示，尿AGT/肌酐比值可預測心臟手術患者的預后(AKIⅢ期或死亡)，AUC值為0.75[22]。尿AGT還可動態監測急性腎小管壞死患者AKI后腎臟結構的恢復情況，并作為AKI慢性腎臟病進展和治療反應的早期預測因子[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胞，并易排泄至尿液中。MMP-7很少或不在正常腎臟表達。尿MMP-7水平可反映腎臟Wnt/β聯蛋白活性，信號通路在缺血再灌注損傷或腎毒性誘導的AKI動物模型中被激活，尿液中MMP-7水平顯著升高[24]。Yang等[25]的前瞻性隊列研究表明，尿MMP-7預測兒童和成人心臟手術后嚴重AKI的AUC值分別為0.81和0.76，優于尿IL-18、AGT、NGAL和白蛋白與肌酐比值，是預測心臟術后嚴重AKI和預后的生物標志物。

3.4微RNA(microRNA，miRNA) miRNA是一種含有19～23個核苷酸的內源性單鏈非編碼RNA，對各種細胞生物學功能(增殖、分化、代謝和凋亡)的轉錄后調控至關重要。AKI時，某些miRNA可能通過促進炎癥、細胞凋亡和纖維化對病原體發揮作用，而其他miRNA可通過抗炎、抗細胞凋亡、抗纖維化和促血管生成對腎小管上皮細胞起保護作用。可見，miRNA不僅可能是AKI的新型生物標志物，還可能成為AKI治療的潛在靶點[26]。Aguado-Fraile等[27]在AKI患者和健康對照的血清樣本中鑒定出10種差異表達的miRNA，具有作為AKI未來生物標志物的巨大潛力，其AUC接近1，且不同miRNA早期診斷心臟手術后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，且miR-210能夠預測死亡率[28]。Gaede等[29]研究表明，miR-21的術前基線值可預測心臟手術后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應用于臨床實踐，還需進一步的實驗研究，以獲得更加簡單、快速的檢測方法。

4 AKI生物標志物的聯合應用

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

5 小 結

理想的AKI生物標志物應取材方便、檢測簡單經濟，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，可預測AKI病情嚴重程度的變化和指導治療等特點。近年來，國內外發現了多種生物標志物，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。相繼發現的新型生物標志物在AKI的早期診斷、預測預后和鑒別病因等方面具有廣闊的應用前景，但其臨床價值仍需更多的前瞻性研究的進一步驗證，以便制定出更加合理的AKI診斷標準，提高早期診斷AKI的敏感性和特異性。