膿毒癥性急性腎損傷診斷和預后評估相關生物標志物的研究進展

趙曉東，劉紅升

100048北京市，中國人民解放軍總醫院第一附屬醫院急救部

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·論著·

膿毒癥性急性腎損傷診斷和預后評估相關生物標志物的研究進展

趙曉東，劉紅升

100048北京市，中國人民解放軍總醫院第一附屬醫院急救部

【摘要】急性腎損傷(AKI)是由多種病因導致并涉及多個臨床學科的臨床癥候群。膿毒癥致多臟器衰竭是引起AKI的重要原因之一，同時AKI也導致膿毒癥患者病死率顯著增加，究其原因是臨床對AKI干預措施的滯后。通過相關生物標志物早期診斷膿毒癥性AKI(SIAKI)，并及時完成預后評估是改善患者預后的關鍵。隨著對SIAKI發生機制的不斷深入，多種新的生物標志物不斷發現，其在AKI發生及發展中的作用及對治療、預后的指導價值逐漸闡明。本文對SIAKI的發生機制進行了探討，并介紹了對SIAKI早期診斷和預后評估具有潛在價值的生物標志物。

【關鍵詞】膿毒癥；急性腎損傷；生物標記；早期診斷；預后；綜述

趙曉東，劉紅升.膿毒癥性急性腎損傷診斷和預后評估相關生物標志物的研究進展[J].中國全科醫學，2016，19(8)：882-885.[www.chinagp.net]

Zhao XD,Liu HS.Research progress of the relevant biomarkers in the diagnosis and prognosis evaluation of sepsis-induced acute kidney injury[J].Chinese General Practice，2016，19(8)：882-885.

膿毒癥約占ICU患者的40%，其病死率可高達25%～40%，主要死亡原因為嚴重膿毒癥和膿毒性休克。膿毒癥及膿毒性休克是造成重癥患者急性腎損傷(AKI)最主要的原因，ICU中超過50%的AKI與膿毒癥有關[1]。膿毒癥性AKI(SIAKI)已成為醫務工作者面臨的重大醫療問題。近年來，隨著分子生物學的發展，生物標志物廣泛應用于臨床評估疾病或損傷，具有獨特的早期預警優勢，對臨床救治效率的提高具有重要意義。

1膿毒癥與AKI

膿毒癥指由于感染引起的全身炎癥反應綜合征(SIRS)，其可導致嚴重膿毒癥或膿毒性休克。然而SIRS的概念過于寬泛，缺乏特異性，有明顯缺陷。2003—2011年，膿毒癥診斷率提高170%，而同期肺炎診斷率下降22%，據此有學者認為并非所有診斷為膿毒癥的患者均為膿毒癥，其中16名來自美、歐、澳3地的頂尖學者組成的特別小組，以大數據分析為膿毒癥患者的診療和管理提供參考，提出最新膿毒癥3.0定義：指患者發生嚴重感染，這種感染可導致器官衰竭(OD)，而OD是導致膿毒癥患者預后較差的重要因素，即機體對于感染的失控反應所導致可以威脅生命的OD。無論OD和感染孰先孰后，只要兩者并存即可診斷為膿毒癥[2-4]。AKI是由多種原因造成的腎功能急劇下降，影響多器官多系統的臨床重癥。流行病學資料顯示，在ICU患者中，嚴重膿毒癥和膿毒性休克是AKI發生的最主要原因，30%～50%的膿毒癥患者發生AKI[5]。與此同時，更有研究表明，膿毒癥發病率正以每年1.5%的速度增長，預計到2020年，全世界嚴重膿毒癥患者將達到110萬例，屆時SIAKI患者預計達到45萬例[6]。SIAKI發生后，又會促進和加重其他臟器的損傷，促進多器官功能障礙綜合征(MODS)的進展，從而增加死亡風險[7]。

2SIAKI的發病機制及早期診斷

最新研究表明，SIAKI的發病機制比較復雜，是多因素共同作用的結果，涉及腎血流動力學變化、內毒素誘發的復雜炎癥和免疫網絡反應、內皮細胞功能障礙、腎小球內微血栓形成、腎小管細胞凋亡及壞死細胞碎片堵塞腎小管等諸多因素[8-11]。既往認為，SIAKI源自腎血流量減少是嚴重感染時腎損傷的核心機制，該結論正不斷受到質疑，膿毒性休克引起的腎前性灌注不足致AKI的理論有待進一步商榷。有研究發現，豬膿毒癥模型的AKI組和非AKI組循環腫瘤壞死因子α(TNF-α)水平之間差異無統計學意義，因此炎性遞質導致AKI的理論仍需要進一步研究[12]。細胞因子對腎臟實質細胞具有直接損傷作用，并通過促進其他炎性遞質如活性氧等，引起血管的收縮、微血栓形成等加重SIAKI。SIAKI患者腎活檢標本中發現了腎小管上皮細胞凋亡，使用膿毒癥患者的血漿刺激體外培養的腎小管上皮細胞和足細胞可誘發凋亡；此外，腎小球血管內皮細胞凋亡、內皮細胞損傷后微血栓形成、腎小球濾過液返漏，提示凋亡可能是SIAKI的發病機制。

診斷SIAKI時，需同時滿足膿毒癥和AKI的診斷，并排除其他導致AKI的病因。膿毒癥的診斷見上文，AKI的診斷則根據2012年3月改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)標準，其涵蓋了血肌酐和尿量，并考慮了血肌酐的相對變化和絕對水平，一定程度上減少了因臨床指標不足而貽誤AKI診斷的發生，是迄今最新的診斷標準。KDIGO標準為：48 h內血肌酐水平升高≥0.3 mg/dl(≥26.5 μmol/L)或超過基礎值的1.5倍及以上，且明確或經推斷上述情況發生在7 d之內；或持續6 h尿量<0.5 ml·kg-1·h-1[13]。與傳統的急性腎衰竭定義相比，KDIGO標準把腎功能受損的診斷提前，從而有利于早期救治。需要強調的是，膿毒癥與AKI具有雙向作用，膿毒癥導致AKI，反過來患有AKI的患者發生膿毒癥的危險性同樣會增加[13]。

3膿毒癥與AKI標志物及其研究進展

最新膿毒癥3.0診療和管理意見中明確，在嚴重膿毒癥或膿毒性休克患者發病的最初6 h內，若及時診斷并努力控制血流動力學平衡，可明顯降低患者死亡風險。在膿毒癥發展的各個時相，特別是膿毒癥早期，C反應蛋白(CRP)和降鈣素原(PCT)可作為感染的有效參考指標[14]。CRP具有促炎與抗炎作用，能提高分葉核細胞吞噬細菌的能力，既可以消除病原體，又可抑制機體內皮細胞與白細胞的相互作用。在機體細菌感染或急性組織損傷后，可在血液中檢出CRP，且隨炎癥因子水平的升高而升高，并與感染程度呈正相關，同時在感染得到有效控制后快速下降，因此CRP常規用于炎性疾病的診斷及治療效果的監測。

PCT是降鈣素的前體物質，健康成年人血清PCT<0.1 μg/L，而在病理狀態下，腎臟、腎上腺、肝臟和腦等多個器官均可分泌產生PCT。與此同時，在內毒素刺激下，中性粒細胞也可能會產生和分泌大量PCT，在嚴重細菌感染時，PCT水平顯著升高，而在非感染或真菌感染時升高不明顯。因此PCT可作為嚴重細菌感染和由膿毒癥所致臟器衰竭的生物標志物，PCT鑒別非感染性全身炎癥反應綜合征和細菌感染的靈敏度、特異度分別為88%、81%，均優于CRP[15]。心房尿鈉肽(proANP)由心房位置分泌，可因心臟擴大重塑而分泌增加，已被作為充血性心力衰竭的標志物之一而應用于臨床。proANP與膿毒癥也存在相關性，相關動物研究顯示，實驗動物出現內毒素性休克時，體內proANP水平明顯升高[16]。臨床研究同樣顯示，膿毒癥患者proANP水平明顯升高，死亡患者在其入院首日proANP水平升高更為明顯，由于proANP檢測方法簡便，且能反映不同的病理生理改變，有望成為早期診斷嚴重膿毒癥的重要指標[17]。

SIAKI患者發病前期，臨床若能得到及時預警而及時糾正SIAKI，可有效改善患者預后。但是目前，即使最新的診斷標準KDIGO，AKI也仍然是以血肌酐和尿量進行診斷及分級，而血肌酐和尿量作為AKI的診斷指標一直存在爭議。實際上，血肌酐反映腎小球濾過功能，而非腎損傷，且腎功能下降至低于50%時，血肌酐水平才會發生變化。另外，血肌酐水平還受到非腎性因素的影響，如年齡、性別、種族、肌肉及營養狀況等。此外，某些藥物可影響腎小管分泌肌酐的功能，也會影響血肌酐水平。因此，根據血肌酐和尿量的變化來預警早期SIAKI可能會失去治療先機。

近年基礎醫學、動物研究證實，多種新型腎損傷生物標志物對AKI的預警及臨床預后預測均有重要意義。血清胱抑素C(Cys-C)是半胱氨酸蛋白酶的內源性抑制物，經腎小球濾過后，在近曲小管全部被重吸收。腎小球輕微病變時即可引起Cys-C水平升高，且不受飲食、炎癥、肌肉量以及腫瘤的影響，可反映腎小球濾過膜通透性的早期變化。近曲小管損傷是最頻繁的藥源性損傷，AKI患者Cys-C水平升高較血肌酐提前1～2 d，Cys-C診斷藥源性AKI的準確性較高，且檢測方法簡便，重復性好，部分醫院已開展Cys-C的檢測[18]。腎損傷分子1(KIM-1)是在近曲小管表達的I型跨膜糖蛋白，在正常腎組織和尿液中不表達，當腎組織損傷時，裂解釋放在尿液中使其水平升高。KIM-1對缺血及腎毒性物質引起的AKI診斷靈敏度較高，且其水平升高明顯早于其他傳統生物標志物(如血肌酐、尿素氮)[19-20]。心臟手術并發AKI后數小時即可出現KIM-1水平升高，且不受慢性腎臟疾病和尿路感染的影響。由于其在腎小管損傷時升高明顯，而在腎小球損傷時不表達，因此，尿KIM-1還可用于腎臟損傷病因學的鑒別診斷。其他可反映AKI的生物標志物包括尿微球蛋白、尿N-乙酰-D-氨基葡萄糖苷、清蛋白等，但易受炎癥狀態、營養水平等混雜因素的影響[18]。

4代表性生物標志物在SIAKI早期診斷和預后的評估作用

AKI表現為腎小球濾過率突然并持續下降，導致含氮和非含氮代謝物蓄積。雖然膿毒癥的治療手段已取得長足進步，但其病死率仍較高。SIAKI的發生機制尚不完全清楚，但早期診斷并干預SIAKI是改善患者預后的關鍵，因此尋找可預警SIAKI發生的生物標志物至關重要。臨床發現導致AKI的原因各不相同，與膿毒癥未并發AKI相比，膿毒癥并發AKI有獨特的病理生理學機制。不同原因導致的AKI不僅在臨床特征、對干預的反應及臨床預后等方面存在差異，這種差異還表現在血液及尿液的生物標志物上。目前，對于判斷不同病因導致的AKI，應選擇哪些診斷標志物的相關研究也正在進行，通過大量的臨床數據，現已陸續發現多個具有預測價值的生物標志物，如上文所述的Cys-C、KIM-1等，但對SIAKI早期診斷價值均不高。理想的SIAKI生物標志物應在膿毒癥患者血清中表達，能夠預測SIAKI的發生及其預后，可以定位損傷部位(腎小球、腎小管)，確定損傷類型，確定何時啟動治療干預措施。現已發現若干具有潛在臨床價值的生物標志物，值得進一步研究和臨床推廣。

研究證實，中性粒細胞明膠酶相關性脂質運載蛋白(NGAL)、白介素18(IL-18)、肝脂肪酸結合蛋白(L-FABP)等AKI敏感標志物可能對早期診斷和預測SIAKI有重要意義，可提前預測AKI的發生并進行干預和治療，減少SIAKI的發病率和病死率。NGAL為脂質運載蛋白超家族成員，在多種細胞中低表達，在泌尿系統中的表達也非常局限，主要在腎臟近曲小管上皮細胞表達。在腎缺血-再灌注損傷動物模型中，NGAL基因表達顯著上調，缺血2 h后，尿標本中可以檢測到NGAL，且其水平與缺血時間呈正相關[21]。近曲小管上皮細胞受到損傷時顯著表達，提示NGAL與腎臟中腎小管關系密切，腎缺血或毒素急性損傷腎小管時，NGAL才發生高表達，目的是誘導腎小管間質中浸潤的中性粒細胞發生凋亡，從而保護腎組織免受損傷，使腎臟功能得到恢復。2009年發表的一項Meta分析發現，NGAL對AKI的診斷比值比為18.6，曲線下面積為0.815，可作為診斷AKI的有效指標[22]。隨著大量新的研究成果的發表，需要一個更新的系統回顧和薈萃分析來評價NGAL對SIAKI的診斷價值。IL-18為促炎細胞因子，腎缺血-再灌注誘導腎損傷后，通過半胱天冬氨酸蛋白酶1依賴性介導IL-18水平升高，參與炎癥和免疫反應。臨床研究發現，與非SIAKI患者比較，尿液中IL-18較高的SIAKI患者可提前24～48 h預測其臨床腎功能惡化[23]。L-FABP屬于FABP家族成員之一，在哺乳動物的肝臟和小腸中表達豐富，只有極少量表達于腎臟。生理狀態下，肝臟來源的L-FABP釋放入血循環，經腎小球濾過作用，在腎小管被重吸收。研究表明，SIAKI患者尿中L-FABP水平在短時間內顯著升高，且SIAKI死亡患者L-FABP水平顯著高于生存者，提示L-FABP對SIAKI的預后評估具有一定價值。日本已批準L-FABP用于指導臨床干預AKI高危患者，對ICU患者的研究發現，尿L-FABP檢測可預測1周內發生AKI的概率[24]。上述研究多基于缺血性或藥物相關AKI模型，其在SIAKI中的早期診斷價值需要更多臨床研究予以明確。

5展望

AKI是膿毒癥患者病死率升高的重要原因，發現相關生物標志物有助于SIAKI的預測及治療，改善患者預后。新的生物標志物在SIAKI早期診斷、預后監測等方面已成為研究熱點，迫切需要大樣本前瞻性研究來明確其診斷靈敏度、特異度。對合理、有效的生物標志物的研究與發現，將大大促進對SIAKI的早期診斷、合理監測和及時治療[24]。

作者貢獻：趙曉東對文章寫作概要及成文的主線進行設計與安排，成文并對文章負責；劉紅升進行資料收集整理、撰寫論文。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：吳立波)

Research Progress of the Relevant Biomarkers in the Diagnosis and Prognosis Evaluation of Sepsis-induced Acute Kidney Injury

ZHAOXiao-dong,LIUHong-sheng.

DepartmentofEmergency,theFirstAffiliatedHospitalofChinesePLAGeneralHospital,Beijing100048，China

【Abstract】Acute kidney injury (AKI) is a clinical syndrome induced by multiple causes and involving multiple clinical disciplines.Sepsis-induced multiple organ failure is one important reason for AKI,and AKI also greatly increases the mortality of sepsis patients for lag of clinical intervention measures on AKI. Early diagnosis of sepsis-induced AKI(SIAKI) by relevant biomarkers and timely prognosis evaluation are key to improve the outcome of patients.Since the research of the occurrence mechanism of SIAKI constantly goes deeper,increasingly more biomarkers have been found,and their effect on the occurrence and development of AKI and their guidance value for prognosis become clear.The paper studied the occurrence mechanism of SIAKI and introduced biomarkers that have potential value for the early diagnosis and prognosis evaluation of SIAKI.

【Key words】Sepsis;Acute kidney injury;Biomarkers;Early diagnosis;Prognosis;Review

(收稿日期：2016-01-25；修回日期：2016-02-17)

【中圖分類號】R 631

【文獻標識碼】A

doi：10.3969/j.issn.1007-9572.2016.08.004

通信作者：趙曉東，100048北京市，中國人民解放軍總醫院第一附屬醫院急救部；E-mail:zxd63715@126.com

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