糖尿病腎臟疾病的早期預測指標研究進展

胡曄，袁明霞

糖尿病腎臟疾病（DKD）是糖尿病最常見的微血管并發癥之一，是引起終末期腎病的主要原因，也是糖尿病患者主要死亡原因之一，嚴重影響患者的生命健康和生存質量［1］。DKD發生發展具有隱匿性，導致臨床早期診斷困難。很多患者被診斷為DKD時，其腎損傷已經進展至一定程度甚至不可逆轉。DKD的早期發現和診斷對預防或延緩腎損傷的進展至關重要，成為臨床關注的重要問題。目前常用于評估糖尿病患者早期腎臟損害的指標如尿微量白蛋白（MAU），具有一定的局限性，其疾病診斷、預測價值也受到質疑［2］。近年不斷提出新的反應腎損傷的生物標志物，如腎小球和腎小管損傷相關指標、氧化應激與炎性因子、尿蛋白組學等［3］。本文就DKD的早期預測因子的研究進展進行綜述，以期為DKD的早期診斷提供依據。

本文價值：

長久以來，尿微量白蛋白（MAU）檢測一直被作為糖尿病腎臟疾病（DKD）診斷的金標準，但隨著對早期診斷及預測疾病的要求不斷提高，其局限性逐漸被人們所認知，越來越多的科研人員與臨床醫生開始尋找更適合臨床工作、具備早期發現與診斷價值的生物標志物。本文收集歸納近年被提出的診斷和預測DKD的熱點生物標志物，對不同的標志物進行分類及優缺點比較，并對其在疾病發生發展中所起的作用進行闡述。通過本文，可以了解DKD早期預測因子的研究進展，為各位科研人員和臨床醫生提供研究的思路和參考。

1 目前評估早期DKD的常用指標及其局限性

目前臨床常用評估早期DKD患者腎功能的指標主要包括MAU及腎小球濾過率（GFR）等，近年來其早期診斷、預測腎損傷的價值受到質疑［2］。其中MAU檢測結果容易受感染、運動、檢測方法等因素影響，很多DKD患者在出現MAU前便已有不同程度的腎損傷［4］，且出現MAU的患者再次復查轉陰的現象很常見；另外，約1/3的1型糖尿病患者在檢出MAU后不久即發展為終末期腎病［5］，提示MAU可能不是早期預測DKD最理想的指標。關于GFR，我國推薦使用血肌酐（Scr）等指標評估腎功能的改良MDRD公式［6］。需要注意的是：首先，Scr受多種腎外因素影響，且早期腎功能受損時Scr水平仍可處于參考范圍；其次，年齡、血糖、糖尿病病程及蛋白質攝入［7］等因素均會影響DKD患者的GFR估算結果；最后，有研究認為，改良MDRD公式會系統性低估腎功能接近正常或腎功能輕度受損患者的腎功能［8］。

2 與DKD相關的腎小球損傷生物標志物

腎小球濾過屏障包括腎小球基底膜、足細胞和腎小球毛細血管內皮細胞，這些結構受損會造成腎小球通透性發生變化，導致正常狀態下不會出現在尿中的物質增加，而對這些生物標志物的檢測有助于判斷有無腎小球損傷。與DKD相關的腎小球損傷生物標志物包括觸珠蛋白（Hp）、轉鐵蛋白（TRF）、銅藍蛋白、足細胞相關蛋白等。

2.1 Hp Hp是1938年由POLONOVSKI和JAYLE在血清中首次發現的一種急性期時相蛋白，主要功能是與游離血紅蛋白結合形成穩定復合物，阻止游離血紅蛋白從腎小球濾過、對腎小管造成損害，從而保護腎臟組織［9］。當患者腎功能改變時，腎小球游離血紅蛋白濾過增加，可刺激Hp合成及分泌，血Hp水平升高，形成穩定復合物。糖尿病患者腎小球濾過屏障不穩定，在尿中亦可檢測到這種Hp-血紅蛋白復合物［10］。在尿常規檢查示尿蛋白無異常的2型糖尿病患者中，BHENSDADIA等［11］研究發現Hp是最好的可以預測患者早期腎功能降低的標志物；Hp結合MAU共同診斷比MAU單獨診斷有更好的準確性［12］。

目前研究發現，Hp基因多態性與包括DKD在內的糖尿病血管病變關系密切［13］。Hp是由2條α鏈、2條β鏈組成的四聚體，α鏈由一對等位基因決定，包含α1和α2兩種，可形成常見的3種基因型，分別是1-1、2-1及2-2。Hp基因型的不同結構使得其在生理功能上存在一定差異。攜帶Hp2-2基因的糖尿病患者似乎更容易患腎臟疾病［13］，并且Hp2-2基因與DKD發病的高危因素如糖尿病患者高血壓、冠心病、血脂異常及動脈粥樣硬化等疾病密切相關［14］；而攜帶Hp2-1基因可能是DKD患者預后良好的預測因素［15］。

2.2 TRF TRF多由肝臟合成，主要通過腎臟進行排泄，其分子量為76.5 KDa，與白蛋白接近，帶電荷量較白蛋白少，更易從腎小球濾過，考慮其可能是較MAU更為敏感的指標［3］。有研究顯示，在MAU正常的糖尿病患者中即可檢測到TRF的排泄增加，且基線水平較高的組可能較正常組發展為MAU的風險更大［16］。TRF水平升高預示著糖尿病患者包括DKD在內的血管并發癥風險增高，但是在很多非糖尿病引起的腎小球損傷患者中也觀察到TRF排泄增加，因此其對DKD的預測并不特異。

2.3 銅藍蛋白 銅藍蛋白是肝臟合成的含銅糖蛋白，所帶負電荷多，尿中含量很少，其也是一種急性期反應蛋白，可誘導氧自由基形成以及低密度脂蛋白氧化，反映機體的急性炎癥和慢性炎癥狀態。尿常規檢查示尿蛋白正常的2型糖尿病患者中，銅藍蛋白甚至較MAU更有利于預測早期DKD患者的腎損傷［3］。而DKD患者銅藍蛋白水平增高，且隨著腎臟疾病進展其排泄率增加，研究提示銅藍蛋白可以用來評價DKD的發生以及預測疾病進展［17］。

2.4 足細胞相關蛋白 足細胞參與構成腎小球濾過屏障，其在腎小球基底膜上的穩定附著和功能發揮依賴于足細胞相關蛋白，包括相關的結構蛋白及功能蛋白等。在DKD早期即可出現足細胞相關蛋白損傷及表達異常。足細胞的相關結構蛋白根據其在足細胞的分布，可分為裂孔膜蛋白、頂膜區蛋白、基底膜區蛋白、細胞骨架蛋白。其中裂孔膜蛋白包括腎病蛋白（Nephrin）等，是裂孔膜的關鍵組分；頂膜區蛋白包括足細胞標記蛋白（PCX）等，富含負電荷，參與構成電荷屏障；基底膜區蛋白是足細胞錨定的關鍵蛋白；細胞骨架蛋白起橋梁作用，連接基底膜和裂孔膜蛋白，對維持足細胞正常形態功能起重要作用，主要包括肌動蛋白、抗α輔肌動蛋白4抗體和突觸連接蛋白（Synaptopodin）等；而足細胞功能的發揮依賴于Wilms Tumor-1（WT-1）及尿血管內皮生長因子（uVEGF）等蛋白的參與。

2.4.1 Nephrin Nephrin是一種位于足細胞裂孔膜上的關鍵結構蛋白，對維持腎小球濾過屏障的完整性起關鍵作用。近年來圍繞Nephrin進行了大量研究，在DKD動物模型中，尿Nephrin的檢出早于MAU，可作為早期診斷DKD的生物學指標［18］。臨床研究發現，在有微量蛋白尿和大量蛋白尿的糖尿病患者中均能檢測出Nephrin，54%的MAU正常的糖尿病患者也可檢出Nephrin［19］，提示Nephrin有助于腎小球疾病的早期診斷。

2.4.2 PCX PCX作為特異性標志蛋白參與維持腎小球的正常結構以及構成濾過屏障。當足細胞受損時，能夠在尿液中檢測到PCX。尿PCX水平與尿白蛋白水平相關，其在糖尿病合并MAU患者中的水平較蛋白尿正常患者高，并可能是治療中的一個靶點［20］，且PCX水平越高腎小球的損害越嚴重，考慮其可以作為預測DKD的生物標志物［21］。

2.4.3 Synaptopodin Synaptopodin在機體內可表達于腎小球分化的足細胞，對維持足細胞正常結構和功能具有重要意義。韓國一項研究顯示，DKD患者中Synaptopodin水平與Scr水平相關，而與尿白蛋白無關，認為Synaptopodin可以獨立于尿白蛋白的排泄而用于預測腎小球損傷［22］。LIOUDAKI等［23］指出，無蛋白尿的糖尿病患者較健康人群有更高的Synaptopodin檢出率，尿Synaptopodin可以反映早期足細胞損傷，可能成為早期DKD診斷的有利預測指標。

2.4.4 WT-1 WT-1是一種鋅指結構轉錄因子，在足突細胞成熟中起重要作用，是足細胞的特定標志。1999年KUBO等［24］首先提出DKD患者的尿液中可檢測到內源性WT-1 mRNA，而在正常人群中幾乎檢測不到；約一半的合并蛋白尿的糖尿病患者可以檢測到WT-1，且其水平與MAU、Scr水平顯著相關。FUNK等［25］提出WT-1、PCX、Synaptopodin均是腎損傷的預測因子。WT-1可預測某些類型的腎臟疾病，但是是非特異性的［26］。

2.4.5 uVEGF uVEGF是1989年分離得到的一種足細胞產生的物質，該系統機制復雜、種類繁多［27］。DKD早期足細胞即出現損傷，釋放大量胞內儲存的血管內皮生長因子（VEGF），尿液中可檢測到VEGF水平異常。MAU正常的2型糖尿病患者uVEGF水平較健康人群高，隨著MAU水平增加uVEGF水平也增加，DKD腎功能異常者uVEGF水平亦明顯高于腎功能正常者［28］。考慮uVEGF可預測DKD病情的進展。

3 與DKD相關的腎小管損傷生物標志物

以往認為，在DKD發展中腎小球病變占首要地位，腎小管病變繼發于腎小球病變；但是近期研究發現，腎小管間質病變也出現在早期DKD患者中，且病變嚴重程度與DKD進展及預后關系密切［29］。與DKD相關的腎小管損傷生物標志物包括腎損傷因子1（KIM-1）、中性粒細胞明膠酶相關載脂蛋白（NGAL）、肝型脂肪酸結合蛋白（L-FABP）等。

3.1 KIM-1 KIM-1由腎近曲小管上皮細胞表達，正常情況下表達較少，但在DKD患者腎損傷時被大量釋放到尿液中，是反應腎損傷的一個敏感性指標。在DKD最早階段即可發生腎小球及腎小管損傷，無蛋白尿或有MAU的2型糖尿病患者中可檢測到尿KIM-1水平增加［30］，考慮KIM-1可以預測腎損傷。但是，PANDURU等［31］提出，KIM-1水平的增加與GFR的下降之間雖然存在聯系，卻不能獨立于MAU來預測腎臟疾病的進展。

3.2 NGAL NGAL是由中性粒細胞和某些上皮細胞如腎小管上皮細胞所表達的微量蛋白，當出現腎損傷時其在腎臟大量表達，并釋放到血漿和尿液中。近年來NGAL成為早期且敏感的腎損傷生物標志物，甚至超越MAU及GFR等經典指標成為評估腎臟疾病的新方向［32］。MAHFOUZ等［33］發現，DKD患者NGAL水平較MAU正常的患者高，并提出這種早期的腎小管損傷可能較MAU排泄增多更早出現。另一項為期12個月的研究提示，尿NGAL有益于評估腎功能進展［34］。2016歐洲心臟病學會（ESC）指南強調了NGAL的潛在好處，其除了可以預測腎臟疾病，亦可能有助于改善心血管風險［35］。但是仍然有一些研究得出了相反結論，其在部分MAU患者中并未檢測到NGAL水平增高，且臺灣學者提出，尿NGAL可能不是腎功能下降的預測因子，僅發現血清NGAL水平變化存在統計學意義，對此仍需進行深入研究［36］。

3.3 L-FABP L-FABP是表達于肝及近端腎小管細胞內游離脂肪酸的載體蛋白，DKD患者腎小管受損時其水平增加。ARAKI等［37］發現，在2型糖尿病患者中，尿L-FABP可能是腎臟疾病和心血管疾病的預測因子，并且即使在MAU正常的2型糖尿病患者中，其亦與腎功能惡化相關。SUH等［38］通過對1型糖尿病合并早期DKD患者研究發現，尿L-FABP在MAU正常階段亦能反應腎損傷。因此尿L-FABP可能是臨床上早期識別糖尿病的有效指標。但是亦有研究指出，L-FABP水平與腎功能無關［39］。

4 與DKD相關的氧化應激與炎性因子

炎性反應及氧化應激是公認的重要誘發DKD的因素［40］，包括白介素、腫瘤壞死因子（TNF）-α、轉化生長因子β、α-酸性糖蛋白及8羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）等生物標志物。其中，TNF是由單核細胞、巨噬細胞等多種細胞產生的主要促炎因子，通常說的TNF多指TNF-α，其可通過促進細胞凋亡和細胞外基質積累等參與腎損傷，增加尿中蛋白排泄。尿TNF-α作為腎臟炎性反應的生物標志物，在糖尿病患者中可以預測早期腎損傷［41］。TNF受體分為可溶性TNF受體1和可溶性TNF受體2，其水平除了在腎功能下降、腎臟疾病進展的患者中升高外，即使在無腎臟疾病的糖尿病患者中亦可作為早期預測腎損傷的因子［42］。有趣的是，與年齡和MAU相比，TNF受體水平似乎與GFR的聯系更密切［43］。

5 微小RNA（miRNA）與蛋白組學

除了上述生物標志物外，更新的預測早期DKD的指標或方法也在不斷研究中，包括成纖維細胞生長因子、miRNA、蛋白組學及維生素D結合蛋白等［40］。

miRNA是一種小分子非編碼RNA，其通過抑制或降解靶基因mRNA參與生物體的多種生理及病理過程。在某些疾病狀態下，體液中miRNA表達水平可發生特異性改變。miRNA可以作為一種診斷DKD發生和發展的生物標志物［44］。EISSA等［45］提出，miR-133b、miR-342、miR-30A等在MAU出現之前即可預測腎功能。我國亦有學者提出，血miR-150-5p和miR-155-5p有望成為DKD早期診斷及預后判斷的潛在分子標志物［46］。LEE等［47］研究結果表明，miR-146a可預防糖尿病患者腎小球損傷和足細胞損傷，其缺失會增加糖尿病患者的腎小球疾病風險。另外，對miRNA基因調控的深入了解使得明確其致病機制成為可能，可能成為治療腎臟疾病的新靶點［44］。

蛋白組學由澳大利亞科學家WILKINS于1995年首次提出，其最具吸引力的特性是通過同時檢測多種蛋白生物標志物共同評估DKD［48］。考慮DKD復雜的機制，僅依賴一個生物標志物最終可能無法達到最佳的診斷DKD的靈敏度和特異度，蛋白組學在DKD的早期診斷及進展預測方面的優勢便體現在此［49-50］。CKD273是由GOOD等［51］提出的一組由273個尿肽和蛋白質組成的敏感及特異識別慢性腎臟病（CKD）的指標。隨后多項研究驗證發現，CKD273能夠預測腎臟疾病進展［52-53］。

6 小結及展望

筆者將目前研究中提到的部分可預測糖尿病患者早期腎損傷的生物標志物總結如圖1。作為臨床常用的早期診斷DKD的指標，MAU雖然具有一定局限性，但是目前尚無更理想的指標替代MAU。近年來關于這些新發現的生物標志物的研究仍有限，且很多機制未明，需要進一步的臨床驗證。統觀全文，新興生物標志物的研究尚不成熟、深入，評價和預測效果不確切，針對糖尿病所致腎損傷的特異性有待考察的缺點不可忽視。發現和驗證更具有早期診斷、預測DKD價值的生物標志物，可能為疾病的早期干預提供新的靶點，對臨床有重要意義。

作者貢獻：袁明霞進行文章的構思與設計，論文、英文的修訂，質量控制及審校，對文章整體負責，監督管理；胡曄進行文獻/資料收集、整理，撰寫論文。

本文無利益沖突。

圖1 部分評估早期DKD的生物標志物Figure 1 A selection of biomarkers used for the assessment of early diabetic kidney disease