急性腎損傷生物學標記物研究進展

廖澤慧，王 芳，李貴森△

(1.遵義醫學院，貴州 遵義 563000；2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院腎臟內科暨腎臟病研究所，四川 成都 610072)

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是住院患者最常見并發癥之一，據研究統計約有35%以上合并AKI，重癥監護病房患者合并AKI死亡率高達30%～60%[1，2]，并且近十年來沒有明顯改善。一項大型多中心臨床試驗表明，危重癥合并AKI患者28天內腎功能恢復率<25%。AKI患者腎功能不能完全恢復，增加了其死亡率和隨后發生慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的風險[3，4]。因此及早診斷和處理AKI顯得至關重要。

根據2012年改善全球腎臟病預后組織(Kidney Disease：Improving Global Outcomes，KDIGO)指南推薦[5]，AKI的診斷及分期標準仍以血肌酐和尿量為主。但通常AKI發生72小時后血肌酐水平才明顯升高，且血肌酐水平受非腎臟因素(如體重、肌肉代謝)的影響，僅依據少尿及血肌酐水平的升高對于AKI早期診斷既不敏感且缺乏特異性。因此尋找更早預測AKI的生物學標記物尤為重要。目前有越來越多的生物學標志物被證實在AKI早期尿及血液中的水平明顯升高，其中包括中性粒細胞明膠酶相關性脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)、胱抑素C(cystatin C)、腎損傷分子-l(kidney injury moleculer-1，KIM-1)、白細胞介素18(Interleukin-18，IL-18)、肝脂肪酸結合蛋白(liver-type fatty acid binding protein，L-FABP)、胰島素樣生長因子結合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein7，IGFBP7)、基質金屬蛋白酶抑制劑-2(matrix metalloproteinase inhibitor 2，TIMP-2)及成纖維細胞生長因子23(fibroblast growth factor 23，FGF23)等。本文對以上早期診斷AKI生物學標記物的研究進展作一綜述。

1 NGAL

NGAL是蛋白分子量為25 kD的載脂蛋白家族成員之一，存在于中性粒細胞過氧化物酶顆粒中，參與細胞分化、炎癥免疫應答、細胞凋亡等的發生和發展。正常情況下，血清中NGAL可以通過腎小球濾過，大部分在近端小管被吸收，在人的肺、腎、胃及結腸等組織中低表達。但是在缺血性或腎毒性腎損傷后，NGAL在轉錄和蛋白水平上明顯上調。在心臟術后、膿毒血癥、以及造影劑引起的AKI，都可檢測到NGAL升高。其中在膿毒癥合并AKI，NGAL預測性能可能會受到炎癥的影響。尿和血漿NGAL水平在心臟術后6小時達到最高[6，8]，一些證據表明尿NGAL在AKI發生后5天其濃度持續升高，血漿NGAL在急性腎小管損傷2小時內升高。因此，血漿和尿NGAL表達升高可以早期預測 AKI的發生及發展。

2 IL-18

IL-18屬于白細胞介素1(Interleukin-1，IL-1)超家族成員之一，是一種22 kD的促炎細胞因子，可由巨噬細胞等產生。AKI發生后可在尿液中檢測出IL-18。尿IL-18在心臟術后AKI發生后6小時達高峰，其預測腎功能恢復曲線下的面積(AUC)為0.76[6]。尿IL-18可能成為心臟術后早期診斷AKI的特異性指標之一。腎臟缺血再灌注損傷使核心蛋白NLRP3被激活，再通過銜接蛋白ASC以及無活性的半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶 1(caspase-1)，形成 NLRP3炎癥復合體，進而活化caspase-1，切割 IL-18 和 IL-1β的前體，使其成熟并釋放。Melnikov等人研究發現caspase-1和IL-18能介導小鼠缺血性急性腎小管壞死。已經證明，caspase-1缺陷小鼠在功能和組織學上對缺血性急性腎損傷有保護作用，這種保護作用與IL-18前體的轉化減少到腎臟的成熟形式有關。IL-18結合蛋白(IL-18 binding protein，IL-18BP)是一種天然的IL-18抑制因子，能抑制IL-18的活性[9，10]。用IL-18BP轉基因小鼠，IL-18BP的高表達可以防止急性缺血性腎損傷的炎癥抑制作用。因此，IL-18水平升高可能早期預測 AKI的發生。

3 KIM-1

KIM-1是分子量為38.7 kD 的Ⅰ型跨膜蛋白，其組成包括細胞外粘蛋白和免疫球蛋白域。正常情況下，KIM-1在腎臟的表達水平較低，但腎臟出現缺血再灌注損傷后其表達水平升高。KIM-1參與腎小管上皮細胞的損傷及修復、細胞黏附、信號轉導、免疫反應等多種病理生理過程，能特異性識別凋亡細胞表面抗原表位的磷脂酰絲氨酸和氧化脂蛋白，并由腎小管上皮細胞表達細胞凋亡。更重要的是，人近端腎小管上皮細胞表達和釋放KIM-1的頂面是通過胞外域脫落過程中的基質金屬蛋白酶(MMP)介導的。AKI發生后由近端小管中的上皮細胞分泌尿KIM-1。尿KIM-1的出現對缺血性及中毒性腎損傷更具有意義，其在AKI發生12小時開始表達，48小時達最高峰。Parikh等研究發現KIM-1在成人心臟術后AKI發生后2天達高峰[11]。尿KIM-1對于AKI的危險分層也有一定意義。Arthur等研究32種尿液生物學標記物預測心臟術后AKI的發生中發現尿KIM-1預測心臟術后AKI的AUC為0.65，且尿IL-18和尿KIM-1聯合預測心臟術后重度AKI的發生最好，其AUC為0.93[12]。在一項納入150例膿毒癥合并AKI患者的前瞻性研究中發現尿 KIM-1在入住ICU 6小時明顯升高，24小時達高峰，提示尿KIM-1對膿毒癥引起的AKI的早期臨床診斷是有價值的[13]。上述研究表明KIM-1可作為一種早期診斷AKI的敏感指標。

4 L-FABP

L-FABP是分子量為14 kD的一種細胞內游離脂肪酸載體蛋白，它主要存在于近端小管中，介導脂質的吸收和轉運，調節脂肪酸氧化，對腎臟起保護作用。有研究發現術后尿L-FABP水平與腎小管周圍毛細血管血流量和移植腎缺血時間呈正相關[14]。同時在人類L-FABP轉基因小鼠缺血再灌注損傷中，發現這些轉基因小鼠與野生型小鼠相比血尿素氮水平更低，其原因可能是L-FABP抗氧化作用減少組織缺氧[15]。L-FABP基因表達的上調通過激活過氧化物酶體增殖物受體(PPAR-α)，PPAR-α受體激動劑已被用于動物模型對順鉑誘導的AKI和腎缺血再灌注損傷，因此在順鉑介導的轉基因小鼠發生AKI中尿L-FABP水平升高可能與貝特類藥物減少有關，貝特類藥物可減少近端小管L-FABP表達。研究表明多種發病機制導致的AKI中，尿 L-FABP水平明顯升高且不受血漿水平的影響[16]。心臟術后發生AKI的患者尿L-FABP立刻升高，并在6小時內達到峰值[17]。尿L-FABP對于小兒心臟術后發生AKI也是有意義的。尿L-FABP水平的升高可作為造影劑腎病的預測指標。尿L-FABP對于ICU患者發生AKI有更好的鑒別能力，且濃度越高，發生AKI的風險越高[18]。因此，L-FABP可能作為早期預測 AKI發生的新型生物學標記物。

5 cystatin C

cystatin C屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族成員之一，其分子量為13359kD，血清cystatin C 能通過腎小球濾過，且不受各種因素影響。血清cystatin C能預測危重患兒及新生兒非膿毒血癥引起的AKI[19]。對于兒童心臟術后發生AKI12小時血清cystatin C也有較高敏感性及特異性，Seitz等研究發現血清cystatin C在心臟術后發生AKI 6小時達到最高峰[20]。血清cystatin C能預測成人膿毒血癥引起的AKI[21]。因此，血清cystatin C水平的升高能早期預測AKI的發生以及腎功能的恢復。

6 IGFBP7及TIMP-2

IGFBP7是胰島素生長因子結合蛋白家族成員中的第7個蛋白，IGFBP7在體內很多器官都有表達，它可以阻滯細胞周期、抑制信號傳導通路。許多實驗證實它是一種腫瘤抑制基因。TIMP-2是一種非糖基化蛋白質，其相對分子質量21000kD，TIMP-2對腫瘤細胞的浸潤和轉移有很明顯抑制的作用。

TIMP-2和IGFBP7是兩種細胞周期停滯(cell cycle arrest)的標志蛋白，細胞周期是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程，分為間期與分裂期兩個階段，間期又分為三期，即DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)與DNA合成后期(G2期)。研究發現TIMP-2和IGFBP在缺血或膿毒癥時由腎小管細胞進入G1細胞周期停滯期[22]，其參與了G1細胞周期阻滯早期階段的細胞損傷。所以在心臟術后AKI早期TIMP-2和IGFBP7在尿中水平增加，尿TIMP-2和IGFBP7乘積快速下降可以預測心臟手術后AKI的恢復[23，24]。研究報道，尿TIMP-2 和IGFBP7乘積是心臟術后早期預測AKI發生和腎功能恢復敏感性及特異性較高的生物學標志物，其預測腎功能恢復的AUC為0.78，尿TIMP-2和IGFBP7乘積的預測切點，大于0.3時患者存在AKI高風險，大于2時AKI風險最高[25]。而在非AKI患者或并發慢性腎臟病、糖尿病等合并癥時，TIMP-2、IGFBP-7的水平并不升高[26]。因此，尿TIMP-2、IGFBP7以及它們的乘積可能是早期預測AKI的新型生物學標志物。

7 FGF23

FGF23是成纖維細胞生長因子家族成員之一，它由骨細胞與骨成纖維細胞分泌，其分子量為26 kD。FGF23的主要生理功能是促進尿磷的排泄，是體內血磷和 1，25-二羥活性維生素D3的調節因子。Leaf等在30例AKI患者中發現，血漿FGF23水平的升高增加了其死亡率及隨后發生腎臟替代治療的風險[27]。同樣對250例接受心臟體外循環術后患者的研究發現，術后發生AKI患者第1天血漿FGF23水平明顯升高，且升高程度與AKI的嚴重程度相關，但FGF23水平的升高與血清磷酸鹽、鈣、甲狀旁腺激素或維生素D代謝物無明顯相關性，可能是FGF23對非傳統靶器官如心血管或免疫系統的直接毒性作用[28]。在一項納入350例入住ICU患者的前瞻性對列研究中發現血漿及尿FGF23水平的升高可能是重癥患者發生AKI的新型生物學標志物[29]。因此，FGF23可能作為一種新型生物學標記物早期預測AKI的發生。

8 其他

目前研究發現鐵死亡機制與AKI相關，鐵死亡是一種新發現的細胞死亡模式，主要由鐵依賴的氧化損傷引起，涉及一系列復雜的生化、基因表達和信號傳導。這種細胞死亡模式與小分子誘導的RAS腫瘤細胞死亡有關[30]。最新研究指出，鐵死亡機制通過抑制胱氨酸的攝取，使細胞內半胱氨酸谷胱甘肽的(GSH)水平降低，從而導致Gpx4的失活[31]，使腎小管上皮細胞出現高水平的鐵死亡，最終導致AKI的發生[32]。對于鐵死亡的生物學標記物能否早期預測AKI的發生也給我們提供一個新的研究方向。

AKI與CKD并非獨立的兩種疾病，它們可能是同一個疾病的持續過程。在AKI發生后期以上標記物依然升高，表明腎臟損傷在繼續，并向慢性腎臟疾病轉化。從急性到慢性腎損傷過程中，這些新型AKI的標志物都扮演著重要角色，早期檢測這些標記物可能給AKI的早期診斷和治療帶來新希望。

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