生物標志物在急性腎損傷診斷中的研究進展

王洋一，胡宏章，王軍薦，胡鳳姣,嚴薛丹，李 松

(1.四川大學華西醫院 實驗醫學科，四川 成都610041；2.成都上錦南府醫院)

急性腎損傷(AKI)是一種常見且嚴重的疾病，與發病率，死亡率和護理成本顯著增加有關。普通住院患者AKI發病率達20%，兒科重癥監護病房的發病率達27%，成人重癥監護病房的發病率達30%至50%[1]。此外，根據報道，AKI每年使美國醫療保健系統損失約100億美元[2]。同時，AKI的發病率和并發癥正在增加。

隨著對AKI病理生理學的深入理解，新的生物標志物，包括血清抑制劑胱抑素C(CysC)、中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(NGAL)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、腎損傷分子1(KIM-1)、白細胞介素-8(IL-8)、肝臟型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)、尿液血管緊張素原(AGT)、尿微小RNA、胰島素樣生長因子結合蛋白7(IGFBP7)和組織抑制劑金屬蛋白酶-2(TIMP-2)等，被報道用于AKI的診斷[3]。這些生物標志物大多數可以在血清和尿液中檢測到，并且與早期AKI預測顯著相關，本文將對一些主要標志物進行綜述。

1 中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白

中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白是一種在AKI中被發現過度表達的蛋白質。尿液或血清中NGAL濃度的升高比其他經典腎功能標志物如血清肌酐更早出現，因此使其成為早期病理檢測的合適標志物，可以很好的預測AKI[4]。

Negrin 等[5]調查了血清NGAL是否可作為多發傷患者早期AKI的診斷生物標志物。與無AKI組相比，AKI組中的第2天血清NGAL水平更高。在患有AKI的多發傷患者中，從初始到第2天的評估，血清NGAL水平的增加可能表明腎功能惡化，從而表明AKI進展。與最初的血清NGAL水平不同，第2天血清NGAL水平可能是定義AKI的合適生物標志物。Zhang等[6]調查了NGAL在AKI早期診斷中的臨床意義。術后不同時間點，AKI組NGAL水平明顯高于非AKI組。對于NGAL早期診斷，AKI曲線下面積為0.904，敏感性為90.2%，特異性為89.5%，診斷效果高于CysC和SCr。因此，NGAL顯示出對AKI的令人滿意的早期預測價值，并且可以用作早期AKI診斷的生物標志物。Ye等[7]通過單中心巢式病例對照研究，評估了尿肝型脂肪酸結合蛋白(uL-FABP)、uNGAL和腎損傷分子-1(uKIM-1)用于早期檢測PCI 術后AKI的有效性。ROC曲線分析顯示，uL-FABP、uNGAL和uKIM-1的 AUC在PCI后6小時為0.809,0.867和0.512， PCI后24小時分別為0.888、0.840和0.676。在PCI后6小時，uL-FABP聯合uNGAL的AUC為0.899， PCI后24小時為0.917。因此，在PCI后6和24小時測量uL-FABP和uNGAL水平可用于檢測老年患者的AKI，而uKIM-1水平在AKI的早期診斷時的預測能力較差。

關于NGAL和胱抑素C在早期檢測AKI中的準確性存在爭議。Ataei等[8]比較了尿液NGAL(uNGAL)和半胱氨酸蛋白酶抑制劑C在AKI早期檢測中的作用。結果顯示，兒童AKI診斷中uNGAL水平的ROC曲線下面積為0.91，胱抑素C的ROC下面積為0.90。該研究表明，uNGAL水平與AKI早期診斷中血清胱抑素C水平相同。Yegenaga等[9]比較了生物標志物NGAL與胱抑素C作為重癥監護病房成年患者發生AKI風險的能力。患者入院時血清肌酐平均值與對照組無顯著差異;然而，第二天的血清和尿NGAL濃度有顯著差異。值得注意的是，48小時血清胱抑素C濃度沒有差異。因此，重癥監護室入院第2天尿液和血清中的NGAL濃度可用于預測重癥監護病房隨后3至7天急性腎損傷的發展，而胱抑素C濃度沒有預測價值。Assadi等[10]評估了尿IL-18、KIM-1和NGAL預測循環衰竭危重患兒發生AKI的能力。研究證實，尿KIM-1在早期檢測AKI方面表現最強，其次是NGAL、IL-18和肌酐清除率。尿KIM-1在循環衰竭后早期檢測AKI的最高AUC為0.81，其次是NGAL(0.77)和IL-18(0.69)。在3個有希望的尿液生物標志物中，KIM-1在SCr或肌酐清除率變化明顯之前，表現出診斷循環衰竭患兒AKI的能力最佳。

綜上，不論是尿NGAL還是血清NGAL，其在早期AKI的診斷中都具有很好的準確性，對比一些其他標志物，其準確性更好。但NGAL對不同病人并發AKI的診斷效果不同，未來的研究應該具體探討NGAL對不同AKI的診斷能力，以確定其在臨床應用的效果。

2 金屬蛋白酶組織抑制因子-2和胰島素樣生長因子結合蛋白7

金屬蛋白酶組織抑制因子-2和胰島素樣生長因子結合蛋白7是G1細胞周期停滯的誘導因子，是最近發現的兩種AKI早期診斷的良好生物標志物。Meta分析[11]，[TIMP-2]*[IGFBP7]對AKI早期診斷的敏感性為0.84，特異性為0.57， ROC分析顯示曲線下面積為0.8813。尿[TIMP-2]*[IGFBP7]是早期AKI的有效預測因子，可以以中等診斷準確度預測AKI的發生[12]。但是meta分析納入研究數量有限，樣本量小，未發表的陰性結果和語言限制可能影響評估。總體而言，尿液[TIMP-2]*[IGFBP7]是早期發現AKI的有希望的候選者，特別是在排除AKI時，使用[TIMP-2]*[IGFBP7]來識別急性腎損傷風險可以使每位患者的醫院成本降低約1578美元[13]。然而，這種生物標志物的潛力應該在具有更廣泛臨床環境的大型研究中得到驗證。

3 血清肌酐及血清胱抑素-C

與新提出的AKI生物標志物相比，血清肌酐(SCr)是AKI一種不敏感和晚期的生物標志物。Zhou等[14]探討了SCr、胎盤生長因子(PLGF)、內皮素-1(ET-1)、KIM-1和β2-微球蛋白(β2-MG)水平對妊娠相關的急性腎損傷(PR-AKI)患者的診斷價值。結果顯示，分娩后1個月、3個月、6個月和12個月，預后不良組SCr無顯著差異， ET-1，KIM-1和β2-MG顯著下降，PLGF顯著增加。 Logistic回歸分析顯示，SCr、KIM-1、ET-1與PR-AKI患者的預后相關。因此，SCr、KIM-1和ET-1可用于PR-AKI篩查。研究顯示[15]，48.3%的慢性心力衰竭急性失代償住院患者發生急性腎損傷，與不損害腎功能的患者相比，慢性心力衰竭和AKI急性失代償患者的尿液中血清NGAL和CysC、KIM-1和血管緊張素原值顯著升高，這些生物標志物既可用于急性腎損傷的早期診斷，也可用于慢性心力衰竭急性失代償患者的AKI預測。

Kari等[16]比較了血清胱抑素-C(s-Cys-C)和uNGAL作為診斷AKI生物標志物的價值。入院時基線uNGAL高的患者發生AKI的風險增加了兩倍，而入院時基線s-Cys-C高的患者風險幾乎增加了四倍。在隨訪期間，uNGAL閾值為223 ng/mL時，可以正確預測80.0%AKI患者，敏感性為72.7%，特異性為89.9%。 而當s-Cys-C確定閾值時，可以正確預測75%的AKI患者，相應的敏感性為63.6%，特異性為88.9%。uNGAL和s-Cys-C可預測重癥患兒早期的AKI。uNGAL和CysC的敏感性和特異性高于其血清對應物，為AKI和CKD之間提供了強有力的鑒別工具。然而，CysC表現出的敏感性低于NGAL，表明有非特異性因素的影響，對于這些非特異性因素需要進一步研究。Saydam等[17]進行了一項前瞻性單中心研究，涉及57例接受CBP心臟手術的患者，比較了血清β-痕量蛋白(BTP)、NGAL和CysC水平用于早期診斷CPB相關AKI的作用。結果顯示，與其他生物標志物不同，與AKI未發生的患者相比，隨訪期間AKI患者的術后CysC水平顯著增加，血清CysC水平升高與SCr水平升高呈顯著正相關。研究未發現其他生物標志物和SCr之間的這種相關性。根據該研究，血清CysC是一種可靠的生物標志物，可能有助于心臟手術后AKI的早期診斷和隨訪。

血清CysC和SCr的值受年齡、性別、飲食、腎功能障礙、藥物等因素的影響，同時基線CysC和SCr通常是未知的且其評估是復雜的，未來的研究應該注重如何準確測量CysC和SCr值，同時，CysC和SCr在預測晚期AKI時具有較好的效果，但是對于早期預測效果較差。

4 miRNA

miRNA是19-23個核苷酸的內源性單鏈非編碼RNA，其在多種生物細胞功能的轉錄后調節中起關鍵作用，包括增殖、分化、代謝和凋亡。越來越多的證據表明，某些miRNA在AKI中上調或下調，有助于AKI發病機制以及潛在的診斷生物標志物。Fan等[18]確定了急性心肌梗死后急性腎損傷miRNA特征，以便早期診斷AMI后AKI。研究選擇了36種miRNA候選物，共發現9種miRNA具有顯著差異表達水平，可以作為AMI后AKI特異性的潛在生物標志物。值得注意的是，與AMI(+)AKI( - )患者相比，AMI(+)AKI(+)患者中miR-24、miR-23a和miR-145的表達水平顯著下調。三種miRNA組合早期檢測AKI的AUC=0.853，靈敏度95.65%。表明miR-24-3p、miR-23a-3p、miR-145-5p可以在AMI后潛在地早期發現AKI。Lin等[19]分析了microRNA-210(miR-210)、miR-494和miR-205在膿毒癥誘發的AKI中老年患者中的表達，并評估其與患者預后的關系。AKI患者中有11種上調的miRNA和11種下調的miRNA。 MiR-210和miR-494在AKI患者中上調，miR-205則下調。 miR-210和miR-494的高表達與患者的血清尿素氮(BUN)、Cr和胱抑素C水平正相關，而miR-205的表達與其呈負相關。 研究證實miR-210、miR-494和miR-205在膿毒癥誘導的AKI患者的預后和存活中具有預測價值，且MiR-205是膿毒癥誘導的AKI的獨立危險因素，其表達降低與較短的患者存活率相關。Zhang等[20]分析了尿miR-26b在膿毒癥相關AKI診斷中的潛在價值。結果顯示，膿毒癥相關AKI患者尿液中miR-26b水平顯著升高，對于區分AKI敗血癥和非AKI敗血癥，尿miR-26b具有90.8%的敏感性和75.0%的特異性，尿miR-26b水平與反映疾病嚴重程度的臨床參數密切相關。研究結果表明，尿miR-26b可能被用作診斷膿毒癥相關AKI的潛在生物標志物。

綜上，有關miRNA在AKI診斷中的價值具有潛在的應用價值，但是研究人群相對較小，不足以評估miRNA與AKI嚴重程度或長期臨床結果的相關性。 需要進一步研究以驗證miRNA作為AKI的早期檢測工具的準確性和臨床效用。

5 其他新標志物

對于混合重癥監護病房(ICU)人群中AKI的發展，沒有高靈敏度和特異性的生物標志物。肝素結合蛋白(HBP)從粒細胞釋放并引起血管通透性增加，其在AKI發展中起作用。Tyden等[21]調查了入院時血漿HBP水平是否可以預測混合ICU人群和膿毒癥亞組的AKI發展。與AKI 0期和1期相比，發生AKI 3期的患者的HBP水平顯著更高。ICU入院時肝素結合蛋白水平與嚴重腎損傷的發生有關， HBP和AKI之間的關系需要在更大的研究中得到進一步驗證。Ning等[22]檢查了尿液中的semaphorin 3A(腦信號蛋白3A)水平是否能預測接受PCI的患者AKI的發展。PCI后2小時和6小時尿液中的semaphorin 3A和NGAL水平均顯著升高。 ROC分析顯示，PCI后2小時，semaphorin 3A的臨界值為389.5 pg/mg，敏感性為94%和特異性為75%，PCI后2小時的94.4 ng/mg NGAL的臨界值，靈敏度為74%，特異性為82%。Logistic回歸分析顯示，PCI后2小時和6小時的semaphorin 3A水平是AKI的重要預測因子，尿semaphorin 3A可能是一種有前途的早期生物標志物，用于預測接受PCI的患者的AKI。Shaker等[23]測試了心臟手術后AKI過程中人成纖維生長因子23(FGF-23)水平是否早期升高。根據術后24小時內是否發生術后AKI，將患者分為兩組(AKI組和非AKI組)，在手術前和手術后24小時測量血漿FGF-23水平。血漿FGF-23從基線時的平均26.8 ± 2.47 ng/mL顯著增加至術后24小時的341.7 ± 38.1 ng/mL。受試者工作特征曲線分析顯示，對于24小時血漿FGF-23濃度的百分比變化，診斷AKI的曲線下面積為0.9，靈敏度為100%，特異性為97.1%。在預測AKI之前或之后，與FGF-23相比，血漿FGF-23百分比變化更有效，是可以高準確度預測心臟手術后AKI的新型早期生物標志物。Zhang等[24]探討了尿微量白蛋白(mALB)水平對產后急性腎損傷的診斷價值。結果顯示， mALB/GFR、Cr、尿mALB和GFR是產后急性腎損傷的獨立危險因素。 mALB/GFR的ROC曲線下面積為0.759，而Cr的ROC曲線下面積為0.681， mALB的ROC曲線下面積為0.785，接近于mALB/GFR的ROC曲線下面積。尿mALB試驗無創，對產后AKI具有較高的診斷價值。Zhang等[25]觀察了連續性腎臟替代治療后AKI患者自噬相關蛋白表達的變化及其對預后的影響。結果顯示， 連續性腎臟替代治療后患者的Scr水平顯著降低。與治療前相比，治療后患者單核細胞中LC3-II，Atg-5和Beclin-1的表達顯著降低。LC3-II和Beclin-1值與Scr顯著相關。結論：連續性腎臟替代治療后患者單核細胞中LC3-II、Atg-5和Beclin-1的表達可能發生顯著變化，因此有望成為AKI患者新的預后指標。Nephrin是腎小球足細胞裂隙膜的關鍵組成部分，尿nephrin水平升高可能反映腎小球損傷。尿nephrin可能隨著腎小球成熟度的增加而降低，較高水平的尿nephrin可以獨立預測危重新生兒的AKI[26]。一種新近驗證的生物標志物基質金屬蛋白酶-7(MMP-7)被報道為早期AKI預測的新指標和腎功能的非侵入性替代生物標志物。監測尿MMP-7(uMMP-7)水平填補了AKI早期診斷的空白[27]。Klotho是一種多效性蛋白質，主要在腎小管中表達。尿液Klotho可作為AKI的早期生物標志物，并且可能是接受心臟手術的患者短期腎功能不良的結果[28]。

在過去的10年中，已經有3300種新出版物和數百種新的生物標記物被調查，但研究只關注AKI生物標記物的性能， AKI生物標志物尚未在臨床實踐中廣泛應用，導致一些人質疑AKI生物標志物是否會達到其最初的診斷效果[19]。然而，生物標志物是當前和未來AKI研究和臨床管理的重要組成部分。理想情況下，新的生物標志物應該是特異性的，識別有風險的患者，提供早期診斷，對損傷的嚴重程度進行分層，并預測預后。

6 總結

由于AKI的高發病率和不良結果，人們對開發用于預防和診治該疾病的新療法具有重要意義。研究人員一直在尋找新的生物標志物，這些生物標志物不僅可以評估腎功能的下降，而且還可以顯示腎臟的結構性損傷，并且比血清肌酐測量值的增加更早。未來AKI生物標志物的研究促使人們需要重新評估傳統評估和治療AKI的方法中長期存在的知識差距，提高對AKI的理解和確定生物標志物的全部價值將需要創造性地擴大調查的視角，包括解決病因學的基本問題和目前的調查方法本身可能無法闡明的潛在機制。隨著蛋白質組學、代謝組學等技術的發展，越來越多的新型標志物會被發現，早期診斷AKI有望取得重大進展。