AKI生物學標志物新進展

【摘要】 急性腎損傷是臨床常見疾病，其病因眾多，常見于各種原因的液體丟失和出血，腎內血流動力學改變（如腎前小動脈收縮或腎后小動脈擴張）所致的腎血流灌注減少，以及腎缺血和腎毒性藥物或毒素導致的腎小管壞死等等。而輕度的腎功能減退即可導致并發癥發病率及總體死亡率升高。所以急性腎損傷早期診斷顯得尤為重要。因此需要尋找靈敏度高、特異性高的AKI生物學標志物。

急性腎損傷（AKI）是對以往急性腎衰竭概念的擴展和向疾病早期的延伸，是指由多種病因引起的短時間內（幾個小時或幾天）腎功能突然下降而出現的臨床綜合征。其病因眾多，由于病因及病變的嚴重程度不同，病理改變可有明顯差異。常見于各種原因的液體丟失和出血，腎內血流動力學改變（如腎前小動脈收縮或腎后小動脈擴張）所致的腎血流灌注減少，以及腎缺血和腎毒性藥物或毒素導致的腎小管壞死等。其中急性腎小管損傷是急性腎損傷的基本病理基礎，是由于腎臟有效灌注不足或腎臟毒性物質對腎小管上皮細胞造成的損傷以及由此繼發的腎間質損傷。臨床患者發生急性腎損傷，即使腎功能輕度下降，都會造成電解質紊亂、酸堿失衡、水鈉潴留等一系列癥狀，加重病情，使病情復雜，死亡率增高，不僅加重患者痛苦，也加重社會經濟負擔。

1 急性腎損傷

近年來，急性透析質量指導組（ASQI）和急性腎損傷網絡（AKIN）兩個國際組織分別制定了AKI的RIFLE分層診斷標準，但仍有一定的局限性。AKI的診斷標準為：腎功能在48 h內迅速減退，Scr升高絕對值≥26.4 μmol/L，或較基礎值升高≥50%；或尿量<0.5 ml/（kg·h）超過6 h（排除梗阻性腎病或脫水狀態）。該分級標準強調了48 h內肌酐的變化，降低了對肌酐基礎值的要求。而尿量作為判斷標準之一，敏感而有利于預測，但仍需與臨床實際情況相結合，要考慮到影響尿量的因素，如梗阻、脫水以及利尿劑的應用等。根據Scr升高的水平，以及GRF下降的程度，包括單位時間內尿量的變化等，AKI按RIFLE診斷標準分為以下5級：風險期（risk of renal dysfunction R）、損傷期（injury to the kidney I）、衰竭期（failure of kidney function F）、失功能期（loss of kidney function L）、終末期腎病期（end-stage kidney disease ESKD）。

從上述兩種診斷標準可以看出，目前AKI的診斷和分級仍主要依靠尿量的變化以及血肌酐升高的程度。而尿量的變化如上文所述，可以被多種臨床因素所影響。而腎小球濾過率下降時，血肌酐的升高水平也受到許多非腎性因素影響，如肌肉含量、營養攝入量等。患者血肌酐雖上升可伴或不伴有少尿情況，而且血肌酐變化也可以與腎小球濾過率的變化不同步，因此如僅靠血肌酐的變化來判斷腎功能的惡化程度，往往會延誤患者的診治。尋找可靠且便于臨床檢驗的生物標志物來反應AKI是非常必要的，它不僅有助于疾病的早期評估，還有助于反應治療效果，而且可以指導新型的治療藥物的開發[1]。最近一些研究指出，根據血清肌酐，尿素氮和尿量來評估腎功能是不可靠的，因為這些指標并不能反映早期的腎功能衰竭以及腎單位結構的損傷[2]。近幾十年來，被認為AKI生物學標記物的指標已被紛紛報導，如小管酶、生長因子、黏附因子和一些細胞因子，但由于缺乏敏感性及特異性而無法應用于臨床[3]。本文通過回顧近年的一些新發現，來探討可以用于預測及評估早期AKI的生物標記物。

2 AKI生物標記物

AKI的生物學標志物是可以從血液或者尿液中檢測的到的物質。而尿液中的生物標志物則更有臨床應用前景，它們可以用于AKI的早期診斷，檢測腎單位結構的損傷、功能障礙等。生物標志物被定義為可以對正常生物學過程，病理進程或藥理學反應進行測量或評估。此外，美國食品藥品監管局（FDA）將生物標志物定義為任何可以用于評估風險及疾病的診斷指示劑。理想的AKI生物標志物是快速、簡便、廉價、精確，并能夠確定腎功能及腎臟結構損傷嚴重程度，預測AKI早期階段，具有很高的靈敏度和特異性的檢測指標。

AKI的誘發因素（缺血、腎毒性藥物、細菌內毒素）導致炎性介質（如細胞因子和趨化因子）從腎小管上皮細胞和內皮細胞中釋放。嗜中性粒細胞和其他白細胞遷移到炎癥部位和腎小管毛細血管壁時間早于腎功能下降[4]。在遷移過程中，中性粒細胞釋放促炎性細胞因子，進一步加劇腎小管損傷[5]。最終，AKI小管上皮細胞骨架完整性缺失，導致細胞脫落、細胞凋亡或壞死[6]。在這一基本病理過程往往發生在腎小球濾過率降低之前。且已經發生脫落的細胞可致腎小管阻塞，血管活性物質釋放可致血管收縮進而影響腎小球濾功能。

在AKI的發展過程中，多種因素所產生的生物標志物積累在血漿中和尿液中，代表了在不同病理生理過程中所導致的腎功能損傷和修復的過程。尿液中所積累的生物標志物可由不同部位的上皮細胞產生，遷移到腎小管內激活的免疫細胞所分泌的生物標志物也可能來源于一個地方（NGAL，IL-18）。針對動物AKI模型的研究發現，一些腎外組織所產生的生物標志物（NGAL，IL-18）分泌增加[7]。腎外組織所分泌的這些產物會使血液中生物標志物水平提高，而且腎小球濾過率的下降會進一步放大這種現象。然而就算沒有發生AKI，全身的炎癥反應，例如在大型外科手術、敗血癥及外傷，會增加免疫細胞及腎外組織分泌生物標志。因此，上述患者如出現AKI，其生物標志物水平則需要考慮到其他因素。

3 Netutrophil gelatinase-associated lipoclin（NAGL）

NAGL，中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白最先在人中性粒細胞中發現的分子量為25 kDa的蛋白質[2，8]。在細菌感染時，NGAL被釋放入血。血液中的NAGL濃度升高可以用來鑒別細菌感染和病毒感染[9]。在之后的研究中，NAGL在許多組織均被檢測到，包括氣管、肺、胃、結腸以及腎臟，在病理條件下，NAGL由上皮細胞分泌[10]。在尋找新型AKI標記物的研究中發現，從小鼠的缺血和腎毒性模型中可以迅速檢測到NGAL濃度升高[11]。在給予刺激后，NGAL濃度在數小時內可上升數倍。這一偶然發現，NGAL也將人們將的目光從以往鑒別細菌感染轉向了對AKI的早期評估上。

最近一些研究證明，NGAL在諸多病理及生理過程中都起著重要作用。通過結合由真核細胞分泌的鐵載體（小鐵結合分子），NGAL參與了鐵在細胞的轉運過程，如腎小管上皮細胞中鐵的轉運。在AKI中，NGAL很可能在腎小管的損傷修復過程中發揮重要作用。在腎祖細胞誘導分化為腎小管上皮細胞的過程中NGAL也發揮一定作用[12]。另外，一些細菌可以產生鐵載體，從而使細菌可以從周圍組織獲取其生長所需要的鐵。通過結合這些鐵載體，NGAL可以阻斷細菌對鐵的獲取，從而有可能起到內源性抑菌劑的作用[13]。因此，NGAL常常表達在一些頻繁接觸微生物的組織中，起到支撐宿主防御功能的作用。

在早期的研究中，在已確診AKI的成人患者尿液以及血液中發現NGAL水平明顯升高[12]。在AKI患者的腎組織病理切片中也發現，NGAL聚集于腎小管中。臨床研究證實，NGAL可以被視為評價幼兒患者行體外循環后發生AKI風險的指標。在兒童行體外循環（24～48 h）后并發AKI，2 h內尿中的NGAL上升約100倍，血中NGAL上升20倍[14]。因此，NGAL目前被認為是一種早期的、靈敏的、非損傷性的反應AKI的標記物。

4 Kidney injury molecule-1（KIM-1）

KIM-1是一種1型跨膜糖蛋白。KIM-1有一個解離功能域，定位在急性和慢性損傷的腎小管上皮細胞膜上[15]。KIM-1和它在尿中的可溶性功能域（90 kDa）被認為參與了腎小管上皮損傷修復過程。

在近期大鼠腎毒性試驗研究中，KIM-1被作為是腎小管組織病理改變的預測指標，并與傳統的AKI生物學標志物作了比較，發現在反應多腎損傷時，尿KIM-1都優于血肌酐和血尿素氮。KIM-1的AuROC在0.91～0.99之間，而血肌酐為0.73，～0.85，尿素氮為0.79～0.9。[16]但這一結果還有待于在人體試驗中證實。在預測是否需要腎替代治療以及預測死亡率方面K與血肌酐和尿素氮相比IM-1并沒有優勢：AuROC為0.61（95% CI，0.53～0.61）[17]。KIM-1雖然不能預測是否需要腎替代治療，但在預測死亡率方面有一定價值。

5 Interleukin-18

IL-18是分子量18 kDa的促炎性細胞分子。它由腎小管細胞和巨噬細胞分泌。在很多腎臟疾病進程（如細胞凋亡、缺血再灌注、移植排斥反應、感染、自身免疫性疾病、惡性腫瘤）中起到重要的作用。

很多新的生物學標志被應用于檢測易感人群、判斷是否需要透析、7 d內死亡率、GFR下降程度以及ICU住院時間[18]。CysC、IL-1以及NGAL是預測患者是否需要透析的最強指標（AuROC>0.70）。除了KIM-1以外其他的生物學標志物都能在一定程度上預測7 d內死亡率（AuROC 0.60），特別是IL-18（AuROC 1/4 0.68）。目前沒有生物學標志物能在48 h內預測AKI的發生。而IL-18是唯一能預測重癥AKI的生物學指標（AuROC 0.7）。

在三項關于接受冠狀動脈心臟搭橋手術的研究中，共涉及到258例患者，結果證明IL-18有能預測冠狀動脈搭橋手術后發生AKI的能力（AuROCs 0.53～0.66）[19-21]。在冠狀動脈搭橋手術患者中，結合尿IL-18和尿NAGL的濃度在預測AKI的能力方面要優于血肌酐[21]。尿液IL-18水平在診斷AKI的特異性和敏感性都大于90%。IL-18檢測快速、可靠、廉價，是有發展前景的優秀生物學標志物。IL-18可以用ELISA法測定，與其他生物學標志物相比，IL-18具有很大的優勢[3]。

6 Cystatin C

胱抑素C（Cystatin C）是低分子量半胱氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員，分子量13.3 kDa。由所有有核細胞按恒定速率合成的半胱氨酸蛋白酶抑制劑。胱抑素C幾乎能全部被腎小球濾過，但又在腎小管中被全部重吸收和代謝。雖然在以往的研究中宣稱它不受性別、年齡、肌肉含量的影響，但最近的研究中顯示在較高身高、較高體重和高齡，以及肌肉含量高的人群中的胱抑素C濃度更高[22]。在一項超過20年覆蓋4492患者的薈萃分析中顯示，胱抑素C在預測GFR變化方面優于肌酐，AUC大于肌酐（0.926 vs 0.837）[23]。胱抑素C的測定在診斷AKI的時間上要早于血肌酐。最近的研究中顯示，在12 h內，行體外循環并發AKI的患者血液中，胱抑素C顯著升高[24]。在發生AKI后，相比NGAL，胱抑素C升高較晚，在許多研究中顯示，NGAL在4 h尿液中及2 h血清中顯著升高，而胱抑素則8～24 h后升高[25]。胱抑素C由于缺乏標注化檢測，從而限制其在研究中普遍應用。

7 結論

隨著新的AKI生物標記物的發現以及研究，如NAGL、KIM-1、IL-18、CysC，在診斷AKI方面將不在局限于血肌酐以及尿量的變化。這些新生物學標記物將會給AKI的早期診斷帶來巨大的幫助，而AKI的早期診斷將顯著降低AKI的發病率及死亡率。目前，已發現的AKI生物學標志物在臨床應用方面，仍存在不少障礙，如敏感程度、特異程度、經濟條件、可操作性以及自身的局限性。仍需對現有AKI生物學標志物進一步研究，或積極尋找更加理想的生物學標志物。未來臨床的AKI診斷也將不會僅僅局限于單一標志物的檢測，而是將聯合多種生物學標志物共同診斷，評價病情進展及預后。

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（收稿日期：2013-04-12） （本文編輯：歐麗）