兒童慢性腎臟疾病早期診斷的生物標志物研究進展*

王 莉,曹 蕾,王亞丹 綜述,張 偉 審校

1.甘肅省婦幼保健院/甘肅省中心醫院小兒神經內科,甘肅蘭州 730000;2.甘肅省婦幼保健院/甘肅省中心醫院小兒心臟腎病風濕免疫科,甘肅蘭州 730000;3.蘭州大學第二醫院腎內科,甘肅蘭州 730000

兒童慢性腎臟病(CKD)的病因和進展與成人有很大的不同。眾所周知,腎臟和尿路的先天性異常(CAKUT)是導致兒童CKD的主要原因,占兒童CKD人群的60%。每1 000個活產嬰兒中有3～6個存在CAKUT,從而增加了CKD的風險[1]。CAKUT包括各種解剖學和組織學上的畸形,而出現梗阻性病變和功能性的異常。CAKUT進展為CKD的過程始于胎兒期,包括一系列病理變化,如腎流出異常(盆腔輸尿管連接處梗阻、后尿道瓣膜和膀胱輸尿管反流)和腎臟缺失、發育不良、發育不全,腎臟體積減小和腎小球數量減少,腎小管間質變化和集合管上皮重塑。這些病理改變的嚴重程度和持續時間導致CKD進展情況的差異[2]。早期識別CKD進展的高風險人群,可以發現潛在的治療目標,以改善腎臟疾病患兒的預后。在嚴格控制血壓和抑制血管緊張素轉化酶(ACE)對兒童CKD進展影響的ESCAPE試驗(評估血壓控制對CKD進展影響的隨機臨床試驗)中的385例兒童中,尿蛋白水平較高者CKD進展的風險增加[3]。雖然蛋白尿和估計的腎小球濾過率(eGFR)在CKD管理和預測結果方面發揮著重要作用,但它們在檢測早期損傷和早期干預以減緩CKD進展方面能力有限。隨著對于CKD研究的不斷深入,越來越多的評價腎臟損傷的方法和生物標志物被提出。最近的研究發現,即使在調整了血清肌酐或eGFR和蛋白尿后,血漿和尿液生物標志物在CKD患兒中的水平仍較高,也與CKD進展獨立相關[4-6]。這些新的生物標志物代表了腎小管損傷、腎小管功能障礙、炎癥和腎小管損傷后健康修復的不同生物途徑,可以作為液體活檢來更好地描述兒童CKD的特征。本文就最新的腎臟損傷標志物進行綜述,以期提高臨床醫師對CKD病理生理學的理解,進一步加強CKD患兒的臨床管理。

1 目前臨床實踐中的生物標志物

目前,臨床實踐中根據改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)指南建議,使用eGFR和蛋白尿作為評估CKD進展風險的實驗室生物標志物,此外還有臨床變量,如患者人口統計學資料和合并癥[7]。eGFR是評估CKD進展的晚期標志物,直到發生較大的損傷,eGFR才會下降[8-9]。eGFR通過測量血清肌酐來評估,存在一些局限。在CKD患兒中,腎臟經歷了肥大和高濾過階段[10],這些代償性變化可以維持腎小球濾過率(GFR),因此,血清肌酐測量有時會忽略正在發生的損害。

蛋白尿是最早應用的也是最經典的腎臟損傷評價指標。近年來,有學者對兒童慢性腎臟疾病(CKiD)隊列中的蛋白尿發生情況進行了研究。FATHALLAH-SHAYKH等[11]進行了一項橫斷面研究,考察了419例兒童的GFR基線特征與蛋白尿的關系。基線GFR(使用碘海醇血漿清除率評估)和蛋白尿之間存在線性關系,GFR每下降10%,尿蛋白與肌酐比率就會增加14%。具體而言,在該研究隊列中,尿蛋白與肌酐比率>2.0 mg/mg的人群與尿蛋白與肌酐比率<0.5 mg/mg的人群相比,CKD進展(GFR下降50%或進展為終末期腎病)的時間分別縮短94%和79%(P<0.001)。此外,有研究發現,基線尿蛋白與肌酐比率每增加1倍,eGFR下降4.1 mL/(min·1.73 m2),95%CI為2.5～5.7[12]。蛋白尿作為評估CKD進展的標志物也存在一定局限。其在腎臟發生腎小管細胞損傷、炎癥、腎小管間質纖維化、腎小球高濾過和腎小球通透性增加后才會惡化[9]。

2 新型生物標志物

血清肌酐、eGFR、蛋白尿是評價腎臟功能與損傷最常用的指標,但其存在一定的局限。蛋白尿的發生往往提示腎臟損傷已經存在,且不能涵蓋一些其他類型的病變,如腎小管間質疾病或高血壓腎損害等。盡管已經考慮到CKD進展的已知風險因素,如蛋白尿和血清肌酐水平等,這些指標評估CKD患兒的臨床風險仍有很大差異。因此,需要敏感和特異的生物標志物,以便從生物學角度更好地了解CKD發生和進展過程中的風險。新的CKD生物標志物可以幫助識別血清肌酐及尿蛋白正常但正在發生腎小管損傷、腎小管功能障礙、炎癥的患者,并更準確地評估腎小管的健康狀況。

2.1腎小管損傷和炎癥的生物標志物

2.1.1腎損傷分子-1(KIM-1) KIM-1是一種跨膜糖蛋白,在近端腎小管細胞的頂端膜上表達,介導對凋亡細胞和氧化脂質的吸收[13],KIM-1在近端腎小管發生任何形式的損傷時都會表達[14]。近端腎小管損傷是導致CKD進展的一個重要因素。腎小管損傷后,KIM-1脫落進入間質,然后進入血液循環,此時上皮細胞的通透性增加,腎小管細胞的極性消失[15]。因此,KIM-1已被作為評估急性腎損傷(AKI)的生物標志物,最近又被認為是評估糖尿病腎病和多囊腎病中CKD進展的標志物[11,16]。

SANDOKJI等[17]對651例CKD患兒進行了一項前瞻性、多中心的隊列研究,與血漿KIM-1水平在最低四分位數的患兒相比,血漿KIM-1水平在最高四分位數的患兒CKD進展的風險顯著增加,風險比(HR)為4.29(95%CI2.49～7.38)。當按腎小球與非腎小球的CKD病因進行分層分析時,結果沒有顯著差異。較高的血漿KIM-1水平與兒童CKD的進展獨立相關[3]。同樣,在一項CKiD的隊列研究中,當比較尿KIM-1的最高與最低四分位數時,發現其與CKD進展的風險獨立相關(HR為3.03,95%CI:1.92～4.76)。尿液KIM-1似乎也有協同作用,可以識別CKD進展風險最高的兒童。這項研究還觀察到,將尿液KIM-1添加到基線臨床模型中,改善了CKD進展的所有3個臨床風險預測指標:曲線下面積、綜合鑒別改進(IDI)和連續凈重分類改進(NRI)[17]。因此,KIM-1很可能作為評估CKD患兒疾病進展的標志物發揮重要作用,以檢測早期腎小管損傷。

2.1.2可溶性尿激酶漿細胞激活劑受體(suPAR) 尿激酶漿原激活劑受體(uPAR)是一種膜蛋白,在莢膜細胞、內皮細胞和未成熟的骨髓細胞中表達。激活后,uPAR被分解,以可溶性形式的suPAR釋放到血液循環中。最初,suPAR被發現是一種循環因子,通過激活莢膜細胞β3整合素導致腎小球足細胞脫落和蛋白尿,其涉及局灶性腎小球硬化癥的發病機制[15]。隨后的研究證明了suPAR在成人腎臟疾病中的作用,包括AKI、CKD的發生和CKD的進展[18]。

suPAR與不同疾病狀態下的炎癥密切相關[19],多項研究表明,suPAR可作為一個新興的CKD生物標志物:SCHAEFER等[20]對來自兩個描述良好的歐洲CKiD隊列(ESCAPE試驗和4C研究)的898例患兒進行了研究分析,發現血清suPAR水平與CKD進展的風險增加有關,特別是疾病較輕的患兒,在輕至中度CKD[GFR>40 mL/(min·1.73 m2)]的患兒中,對數轉換的血清suPAR水平與較高的CKD進展風險有關(HR為5.12;95%CI:1.56～16.7;P=0.007)。在CKiD隊列中,使用兩種不同的檢測方法對兒童的血漿suPAR水平進行了測量。WEIDEMANN等[21]使用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)檢測suPAR水平,并在充分調整eGFR和臨床變量(如人口統計學資料和蛋白尿)的對數正態回歸模型中觀察到,血漿suPAR水平在最高四分位數的參與者比suPAR水平在最低四分位數的參與者的CKD進展快33%(相對時間0.67,95%CI:0.50～0.90)。GREENBERG等[4]使用Meso Scale Discovery平臺的電化學發光多重檢測法來測量CKiD隊列的血漿suPAR。在未經調整的分析結果中,他們觀察到血漿suPAR水平在最高四分位數的兒童與最低四分位數的兒童相比,CKD進展的風險明顯升高(HR為3.92;95%CI:2.53～6.09)[3]。

2.1.3腫瘤壞死因子受體1型(TNFR1)和2型(TNFR2) 腫瘤壞死因子(TNF)-α是一種強有力的促炎癥細胞因子。TNFR1和TNFR2是細胞受體,介導TNF-α的細胞內作用[4]。在腎臟中,TNFR1主要存在于腎小球和管周內皮細胞中,并作為局部炎癥的一個整體媒介。而TNFR2可以在腎臟中被轉錄誘導[22-23]。此外,TNFR2在淋巴細胞中表達,參與細胞再生和免疫增殖。TNFR2的激活促進巨噬細胞向間質浸潤,增加間質纖維化風險[23]。

在巴西的一項橫斷面研究中,對34例CKD患兒和34例匹配的健康對照者的血漿腫瘤壞死因子受體(TNFRs)進行了研究[24]。與健康對照者相比,CKD患兒的TNFR1和TNFR2水平更高,TNFR1和TNFR2水平與eGFR呈顯著的負相關(r=-0.853、-0.729,P<0.01)。GREENBERG等[4]在一項對651例CKD患兒的研究中發現,血漿TNFR1和TNFR2水平與CKD進展相關。在調整模型中(包括臨床變量、高血壓、蛋白尿和GFR),基線TNFR1和TNFR2處于最高四分位數的患兒與最低的四分位數的患兒相比,其CKD進展的HR分別為4.14(95%CI:2.11～8.11)和2.55(95%CI:1.45～4.51)。在連續模型中,TNFR1和TNFR2的2倍數與CKD進展的HR分別為1.94(95%CI:1.56～2.40)和1.85(95%CI:1.37～2.51)。雖然調整后的模型中點估計值表明,與非腎小球病因的患兒相比,腎小球病因的CKD患兒TNFRs水平與CKD進展之間有更強的關聯,但這兩者之間缺乏有力的評估證據。此外,研究顯示血漿TNFR1和TNFR2水平與eGFR呈顯著的負相關,相關系數分別為-0.740、-0.615(P<0.001)。TNFRs和eGFR之間顯著的負相關性提示了循環生物標志物的一個局限性:循環生物標志物的值可能受到腎功能的影響。血漿TNFR1水平升高是由于TNF途徑的激活還是由于腎臟功能受損引起的尚不清楚。因此,如果在臨床上應用,血漿TNFR1水平可能需要根據個人的eGFR進行校正。盡管存在這些局限性,但TNFRs與GFR下降可能存在著一個共同的生物途徑,直接加快了GFR的下降速度,并可能成為評估CKD進展的重要生物標志物。

2.1.4人軟骨糖蛋白(YKL-40) YKL-40的主要來源是成熟的巨噬細胞。缺血再灌注損傷后,YKL-40在腎臟巨噬細胞中表達水平上調,可能在腎小管上皮的修復中發揮作用[24]。血清中的YKL-40與多種炎癥性疾病的疾病活動直接相關[25-26]。在CKiD隊列的研究中測量了血漿YKL-40水平,發現血漿YKL-40水平的增加與CKD進展的風險增加有關(最高四分位數與最低四分位數未經調整的HR為3.97,95%CI:2.57～6.11),但是在調整蛋白尿后,血漿YKL-40水平與CKD進展的關聯減弱(最高四分位數與最低四分位數的HR為1.33,95%CI:0.83～2.41)。尿液YKL-40的研究結果與血漿YKL-40相似[7]。YKL-40可能在兒童CKD的進展中發揮作用,但仍需要大規模的臨床研究做出進一步的闡述與確證。

2.2礦物和骨骼代謝相關的生物標志物 成骨細胞生長因子23(FGF-23)是一種骨源性激素,由骨細胞和骨成纖維細胞分泌,相對分子質量為32×103。FGF-23是一種功能強大的調磷素,調節機體內血磷與維生素D的代謝平衡[27],被認為是CKD引起的礦物和骨骼疾病的最早檢測標志物[28]。SANDOKJI等[17]在對CKD患兒人口統計學資料、CKD特異性因素(如GFR、蛋白尿和高血壓)和礦物質代謝物(如磷Z值和維生素D水平)進行調整的模型中,發現FGF23水平仍與CKD進展獨立相關,FGF23最高與最低三分位數比較的HR為1.36(95%CI:1.14～1.64)。近期一項CKD患兒橫斷面研究顯示,與CKD 1期患兒[0.65(0.22～1.08)pmol/L]相比,CKD 2期患兒的FGF-23水平[1.60(1.50～1.80)pmol/L]早期升高(P=0.029),且在疾病的晚期階段存在著明顯差異。FGF-23與甲狀旁腺激素(PTH,r=0.807,P<0.001)和磷酸鹽(r=0.473,P<0.001)相關。該研究還發現,FGF-23水平的升高發生在磷酸鹽和PTH升高之前。50%以上的CKD 2期患兒血清FGF-23水平升高,并且該指數隨著疾病的發展而增加,在透析階段血清FGF-23水平升高者達到100%。因此,FGF-23是一個重要的生物標志物,其水平的升高明顯早于骨代謝的其他標志物(磷酸鹽),可能代表了疾病的臨床過程[29]。

2.3腎小管損傷后健康修復的生物標志物 表皮生長因子(EGF)是一種由哺乳動物的幾個器官產生的蛋白質,但人類的EGF主要由腎臟產生[30]。在腎臟中,EGF在Henle袢的厚升支和遠端卷曲小管中表達。EGF作用于EGF受體信號通路,并介導腎小管細胞的增殖、分化和再生。已有研究表明,尿液EGF的增加與AKI患者和非AKI患者的不良腎臟事件(MAKE)風險降低有關,提示尿液EGF是腎臟損傷后健康修復的標志[31]。

在對CKiD隊列的研究中發現,尿液中的EGF對CKD的進展有保護作用[17]。在調整了患兒人口統計學資料、患腎小球疾病的兒童比例、高血壓、蛋白尿和GFR后,尿液EGF水平最低四分位數的患兒與尿液EGF最高四分位數的患兒相比,CKD進展的風險要高7倍(HR為7.14,95%CI:3.45～20.0)。在減半的連續模型中,尿液EGF水平與CKD進展相關,HR為1.89(95%CI:1.59～2.27)。筆者觀察到,即使在多變量調整后,尿液EGF與CKD進展之間顯著的相關性基本沒有受到影響。這可能反映出EGF在獨立于蛋白尿和eGFR的CKD進展的關鍵途徑中具有重要作用。一項4C研究的CKiD隊列中也對尿液EGF進行了研究,較低的對數尿液EGF值與CKD進展風險的增加獨立相關(HR為0.76,95%CI:0.69～0.84)[32]。這些發現對EGF水平低或腎小管功能受損的兒童可能有治療意義。

2.4腎小管功能障礙的生物標志物 α1-微球蛋白(α1M)是一種低相對分子質量的蛋白質,其通常在腎小球過濾,然后由近端小管細胞重吸收。因此,尿液中檢測到的α1M是近端腎小管功能障礙的早期生物標志物。α1M主要由肝臟合成,是一種自由基清除劑。在成人隊列中,較高的尿液α1M水平與CKD發生、進展,心血管疾病和死亡的風險增加有關[33-34]。近期的一項研究在665例兒童中測量了尿液α1M水平,發現發生CKD進展的患兒與沒有發生CKD進展的患兒相比,尿液α1M水平更高。在未經調整的模型中,尿液α1M最高四分位數的患兒與最低四分位數的患兒相比,CKD進展的風險更高(HR為4.70,95%CI:3.34～7.34)。然而,在完全調整后的模型中,這種影響并不顯著,而且HR有所減弱(HR為1.25,95%CI:0.70～2.29)[17]。

3 小 結

雖然蛋白尿和eGFR仍然是臨床上用于兒童CKD的主要風險分層工具,但其存在一定的局限。蛋白尿的發生往往提示腎臟損傷已經存在。目前輔助腎臟學診斷的檢驗指標仍存在局限,阻礙了臨床醫師理解CKD病理生理學的進展。本文綜述了最近一些新型生物標志物發現,血漿KIM-1、FGF-23、TNFR1、TNFR2、suPAR和YKL-40,以及尿液EGF、α1M、KIM-1和YKL-40水平升高與CKD進展獨立相關。但是目前尚未確證它們應用于臨床并指導臨床決策的地位,仍存在困難及挑戰:(1)研究隊列和設計之間存在相當大的異質性,限制了不同研究之間預后表現的比較;(2)單一的生物標志物很少能夠達到風險判別或診斷效用的標準,并且估計預后是腎臟病學在臨床實踐中面臨的許多挑戰之一;(3)生物標志物尚不能準確表明損傷發生的確切位點和類型。未來研究將利用這些新型生物標志物,根據CKD患病率、進展風險及預后將其更好的分層,明確新發現的生物標志物的基礎病理生理學過程。開展大規模及周期長的CKD生物標志物的研究,包括預測的多因素模型及重復研究。生物標志物研究的進一步進展可能使兒科醫師能夠更好地識別有不良CKD結局的高風險兒童,從而更好地指導臨床實踐工作。