NGAL與腎臟疾病關系的研究進展

芶芳芳，林佳如(綜述)，樊均明(審校)

(1.瀘州醫學院,四川 瀘州 646000； 2.四川大學生物治療國家重點實驗室，成都 610041)

中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)，即脂質運載蛋白2，是近期發現的脂質運載蛋白家族中的一員，其主要運輸疏水性小分子，如類固醇、脂質等[1]。NGAL最初是在人類中性粒細胞中發現的，它以低水平在腎、氣管、肺、胃和結腸等組織表達[2]。近年來的研究表明，NGAL與脂代謝紊亂、炎癥、免疫反應、腫瘤的發生、發展特別是浸潤、轉移及腎臟損害等密切相關[3]。NGAL已經成為腎臟疾病最有前途的生物標志物之一。

1 NGAL的生化特點及相關生物學特性概述

美國腎臟病學會對急性腎損傷進行了深入的研究，發現一些基因和蛋白質在腎臟疾病的早期即可檢測出來，NGAL就屬于其中之一[4]。NGAL在人體中普遍存在，如血漿、血清、尿液等，且參與許多病理生理過程，例如炎癥、信息的傳遞，以及前列腺素合成等[1]。

1.1NGAL的生化特點 NGAL是一種小分子的分泌蛋白，含有178個氨基酸，相對分子質量為25×103，由一條多肽鏈構成。NGAL蛋白具有8個β-折疊，構成了一個桶狀結構，因而定義為β-折疊桶。這種結構可以結合和運輸各種各樣的低分子量分子，這些生化特點是脂質運載蛋白家族所共有的[5]。除此以外，NGAL在β折疊桶封閉端的p4～p5環上有游離的巰基，這是其他脂質運載蛋白家族成員所不具備的[6]。

1.2NGAL的相關生物學特性 目前對NGAL的研究還比較有限，因而不能很好的闡明其相關生物學特性，尚需進一步研究證實。研究發現，NGAL在脂代謝紊亂、炎癥、免疫反應、腫瘤的發生、發展特別是浸潤、轉移及腎臟損害中發揮作用[3]。NGAL是一種脂質運載蛋白，屬載脂蛋白家族成員，具有結合并運輸疏水性小分子的功能[3]，因此推測其可能參與了脂代謝紊亂的病理生理過程；NGAL與其他脂質運載蛋白家族成員一樣，能夠結合一些配體，包括鐵載體，其參與了對轉鐵蛋白的轉運，可轉運鐵進入細胞內并抑制細菌生長，從而達到抑菌的效果[7]；此外，NGAL還參與炎癥介質的清除及免疫調節[8]，它可能與免疫炎性反應有關；NGAL還可通過調節鐵代謝刺激上皮細胞形成和增殖，推測其水平升高可限制和改善腎臟的損害，從而起到保護腎臟的作用[9]。

2 NGAL與急性腎損傷

急性腎損傷是一組臨床綜合征，是指突發(1～7 d)和持續(>24 h)的腎功能突然下降，表現為氮質血癥、水電解質和酸堿平衡紊亂以及全身各系統癥狀，可伴有少尿或無尿。急性腎損傷是一種臨床常見的危重病癥。雖然尿常規、血肌酐、尿素氮等可作為診斷急性腎損傷的指標，但是其敏感度和特異性差，且早期無法監測[10]。傳統診斷急性腎損傷根據的是少尿和血清肌酐水平上升，這是一個不可靠的和延遲的診斷腎臟損害的方法。延遲診斷急性腎損傷會增加危重患者的死亡率、延長住院時間、增加治療成本。因此，一個可靠的生物標志物對早期診斷急性腎損傷具有十分重要的意義，可早期干預，評價治療效果，降低治療成本以及改善患者預后[11]。近年來關于急性腎損傷早期敏感標志物的研究越來越多，Kai等[12]采用慶大霉素建立急性腎病的動物模型發現，早期血肌酐升高不明顯，但是尿液中NGAL明顯升高，推測NGAL可作為急性腎損傷早期診斷的敏感性指標。近年來研究發現，NGAL在腎臟發育及腎損傷后腎小管的再生中起重要作用，在急性腎損傷及修復過程中表達增強，其與腎小管損傷程度密切相關[13]。NGAL可用于急性腎衰竭早期腎功能損傷程度的判斷[13]。Li等[14]的研究表明，尿NGAL在某種程度上可以預測腎損傷的發生和發展，而且表現出較高的靈敏度和特異度。NGAL對急性腎損傷的早期診斷、預防、治療以及改善預后有著重要意義[13]。

3 NGAL與慢性腎臟疾病

NGAL不僅可以作為早期急性缺血性腎損傷的敏感性指標，也可作為慢性腎臟疾病的生物標志物，用來評估腎臟的損傷程度，為腎臟疾病的治療開辟了新的道路。

3.1NGAL與糖尿病腎病 糖尿病腎病是糖尿病微血管并發癥之一，是糖尿病患者重要的死亡原因。隨著糖尿病治療的不斷改進，死于糖尿病急性并發癥的患者已大為減少，患者的生命明顯延長，但是關于糖尿病的各種慢性并發癥，尤其是糖尿病腎病的發生率有了明顯的提高。目前臨床上常用于診斷糖尿病腎病的依據是蛋白尿，它標志著腎小球的損傷。然而糖尿病腎病患者早期尿蛋白升高并不明顯，因此利用蛋白尿無法早期監測。Kuwabara等[15]關于糖尿病腎病大鼠模型的研究顯示，糖尿病腎病大鼠尿NGAL的水平顯著升高，而且在腎小球濾過功能減退以及近端腎小管受損的大鼠尿液中大量存在。這些結果表明，尿NGAL是腎損傷的一個早期、敏感的生物標志物，可以反映腎小球和近端腎小管的損傷[15]。

Alter等[16]的研究表明，NGAL可以作為糖尿病腎病早期診斷的有效指標。Lacquaniti等[17]對1型糖尿病患者的研究表明，NGAL可以作為糖尿病腎病早期的一個有效的、敏感的生物學指標，研究提示NGAL用于早期診斷糖尿病腎病比尿蛋白更靈敏、而且簡單易測，是臨床可行性較強的標志物。血清NGAL與腎小球濾過率密切相關，其能準確反映腎小球濾過功能的損害程度[18]。因此，檢測血清NGAL為糖尿病腎病早期腎小管功能受損及臨床腎臟功能受損情況的評估提供了更敏感、可靠的指標，有利于糖尿病腎病的早期診斷和早期干預治療[3]。

糖尿病腎病導致的終末期腎病是導致患者死亡的主要原因之一。有必要對NGAL與糖尿病腎病進行更深入的研究，以期為糖尿病腎病的預防、早期診斷和治療提供更有價值的手段[8]。

3.2NGAL與腎病綜合征 腎病綜合征的臨床癥狀包括大量蛋白尿、低蛋白血癥、高脂血癥以及水腫。腎病綜合征可分為原發性及繼發性兩大類，可由不同病理類型的腎小球病變所引起，病情嚴重者會有漿膜腔積液、無尿等表現。Korzeniecka-Kozerska等[19]對兒童腎病綜合征患者的尿基質金屬蛋白酶和尿NGAL水平的研究表明，與健康對照組相比，NGAL的水平在微小病變腎病綜合征以及局灶節段性腎小球硬化患者中明顯升高。因此，推測NGAL可作為腎病綜合征早期的一個潛在的生物標志物。Nishida等[20]對兒童幾種常見的腎臟疾病，如腎功能不全、增生性腎小球腎炎、腎病綜合征以及腎小管功能障礙等進行血清和尿液NGAL水平的研究發現，尿NGAL水平幾乎在所有的慢性腎臟疾病中明顯升高，但是血清NGAL水平僅僅在腎功能不全時明顯升高，而且血清及尿液NGAL水平與腎小球濾過率呈負相關，與蛋白尿呈正相關。這些結果表明，與血清NGAL相比，尿液NGAL可以作為慢性腎臟疾病的一個很好的生物學指標。所以，進一步深入研究NGAL在腎病綜合征中的作用至關重要，其也為臨床醫師觀察患者腎功能變化提供了重要依據。

3.3NGAL與IgA腎病 IgA腎病又稱Berger病，是以腎小球系膜區IgA沉積為特征的免疫復合物性腎小球腎炎，占我國原發性腎小球疾病的30%，是我國終末期腎病的主要病因之一。Peters等[21]檢測了65例IgA腎病患者與正常成人尿液NGAL、尿肌酐和尿N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶的水平發現，IgA腎病患者的尿NGAL水平顯著高于健康對照組，其NGAL排泄的增加與蛋白尿相關。Yavas等[22]采用NGAL染色評估IgA腎病患者的預后發現，NGAL染色在IgA腎病組織學進展中可以作為一個新的標志。NGAL的水平與腎小球濾過功能減退、腎小球及近端腎小管損傷呈正相關，提示尿液NGAL可能是早期反映IgA腎病小管間質損傷的敏感指標[23]。尿液NGAL可早期預測小管間質損傷，同時也為IgA腎病的早期診斷與治療提供參考。

4 展 望

NGAL不僅是早期檢測急性腎損傷的一個靈敏度以及特異性較高的生物學指標，也是慢性腎臟疾病一個有效的、易于檢測的生物標志物。早發現，早診斷，早治療是目前臨床診治疾病所追求的目標。傳統診斷方法不能及時、有效地對腎臟疾病早期作出診斷，這就需要不斷地去挖掘靈敏度、特異性高的生物標志物(如NGAL)，指導臨床實踐。目前，對于NGAL在腎臟疾病中表達的具體機制尚不清楚，因此需要進一步研究NGAL與腎臟疾病的關系，深化人們對于腎臟疾病的認識，為腎臟疾病的預防、早期診斷和治療開辟了新道路。

[1] Noto A,Cibecchini F,Fanos V,etal.NGAL and metabolomics:the single biomarker to reveal the metabolome alterations in kidney injury[J].Biomed Res Int,2013,2013:612032.

[2] Cowland JB,Borregaard N.Molecular characterization and pattern of tissue expression of the gene for neutrophil gelatinase-associated lipocalin from humans[J].Genomics,1997,45(1):17-23.

[3] 薛雯.原發性腎病綜合征患者尿液及腎組織中NGAL的表達及意義[D].石家莊：河北醫科大學,2012.

[4] Devarajan P.Neutrophil gelatinase-associated lipocalin:a promising biomarker for human acute kidney injury[J].Biomark Med,2010,4(2):265-280.

[5] Flower DR.Experimentally determined lipocalin structures[J].Biochim Biophys Acta,2000,1482(1/2):46-56.

[6] Malyszko J.Biomarkers of acute kidney injury in different clinical settings:a time to change the paradigm?[J].Kidney Blood Press Res,2010,33(5):368-382.

[7] Flo TH,Smith KD,Sato S,etal.Lipocalin 2 mediates an innate immune response to bacterial infection by sequestrating iron[J].Nature,2004,432(7019):917-921.

[8] 何小潔,楊毅華,陳慎仁,等.NGAL與糖尿病腎病[J].國際檢驗醫學雜志,2008,29(9):806-807。

[9] Schmidt-Ott KM,Mori K,Li JY,etal.Dual action of neutrophil gelatinase-associated lipocalin[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(2):407-413.

[10] Bonventre JV,Vaidya VS,Schmouder R,etal.Next-generation biomarkers for detecting kidney toxicity[J].Nat Biotechnol,2010,28(5):436-440.

[11] Tsigou E,Psallida V,Demponeras C,etal.Role of new biomarkers:functional and structural damage[J].Crit Care Res Pract,2013,2013:361078.

[12] Kai K,Yamaguchi T,Yoshimatsu Y,etal.Neutrophil gelatinase-associated lipocalin,a sensitive urinary biomarker of acute kidney injury in dogs receiving gentamicin[J].J Toxicol Sci,2013,38(2):269-277.

[13] 李香玲,王炎強,趙學蘭,等.中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白與急性腎損傷[J].醫學綜述,2010,16(2)：202-204.

[14] Li YF,Xu TT,Yao GT,etal.Characteristics of changes in urinary NGAL,KIM-1 and IL-18 in Phytolaccae Radix-induced renal injury in rats and significance of combined detection[J].Zhongguo Zhong Yao Za Zhi,2012,37(23):3611-3617.

[15] Kuwabara T,Mori K,Mukoyama M,etal.Urinary neutrophil gelatinase-associated lipocalin levels reflect damage to glomeruli,proximal tubules,and distal nephrons[J].Kidney Int,2009,75(3):285-294.

[16] Alter ML,Kretschmer A,Von Websky K,etal.Early urinary and plasma biomarkers for experimental diabetic nephropathy[J].Clin Lab,2012,58(7/8):659-671.

[17] Lacquaniti A,Donato V,Pintaudi B,etal."Normoalbuminuric" diabetic nephropathy:tubular damage and NGAL[J].Acta Diabetol,2013,50(6):935-942.

[18] 童俊容,何鳳,羅正茂,等.血清NGAL和Cystatin C對糖尿病腎病早期診斷的意義研究[J].中國全科醫學,2010,13(8):810-812.

[19] Korzeniecka-Kozerska A,Wasilewska A,Tenderenda E,etal.Urinary MMP-9/NGAL ratio as a potential marker of FSGS in nephrotic children[J].Dis Markers,2013,34(5):357-362.

[20] Nishida M,Kawakatsu H,Okumura Y,etal.Serum and urinary neutrophil gelatinase-associated lipocalin levels in children with chronic renal diseases[J].Pediatr Int,2010,52(4):563-568.

[21] Peters HP,Waanders F,Meijer E,etal.High urinary excretion of kidney injury molecule-1 is an independent predictor of end-stage renal disease in patients with IgA nephropathy[J].Nephrol Dial Transplant,2011,26(11):3581-3588.

[22] Yavas H,Sahin OZ,Ersoy R,etal.Prognostic value of NGAL staining in patients with IgA nephropathy[J].Ren Fail,2013,35(4):472-476.

[23] Ding H,He Y,Li K,etal.Urinary neutrophil gelatinase-associated lipocalin(NGAL)is an early biomarker for renal tubulointerstital injury in IgA nephropathy[J].Clin Immunol,2007,123(2):227-234.