炎癥相關生物標志物對糖尿病腎病的診斷價值

趙春薇 倪海祥

糖尿病的主要微血管并發癥之一是糖尿病腎臟疾病（diabetic kidney disease，DKD），據估計，10%～40%的糖尿病患者中約有10%～40%會發展為DKD[1]。發達國家DKD 是導致終末期腎臟疾病（end-stage kidney disease，ESKD）的主要原因，約占所有ESKD病例的50%[2]。2015 年我國關于住院及普通人群慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）的調查顯示，約21.3%的糖尿病患者伴有CKD，其中糖尿病所致CKD 病人數到達0.24 億，DKD 患病人數已經超過腎小球腎炎（glomerulonephritis）患病人數，可能已經成為ESRD 的首位病因[3]。而目前臨床缺乏有效的DKD 早期診斷指標，因此，尋找靈敏而特異的生物學指標對于DKD 的早期診斷有重要意義。

1 糖尿病腎病診斷現狀

2016 年研究顯示，我國DKD 知曉率不足20%[4]。而腎穿刺活檢作為DKD 的診斷金標準，由于其有創性，且需要經過專業培訓的個人和設備，并不適用于DKD 的臨床診斷，而是在懷疑有其他原因導致的腎臟疾病而非糖尿病的情況下進行。目前DKD 的臨床診斷標準[5]是糖尿病患者出現微量白蛋白尿（尿白蛋白/肌酐比值UACR 30～300mg/g）或者大量白蛋白尿（UACR＞300mg/g）和（或）腎小球濾過率（eGFR）下降，同時排除其他CKD。微量白蛋白尿作為早期DKD 評價指標，鑒于某些局限性，它不能足夠準確的預測DKD 的風險。微量白蛋白尿并不能估計腎損傷預后，其可能不導致嚴重的白蛋白尿或大量白蛋白尿，甚至可恢復到正常白蛋白尿（UACR＜30mg/g）[6]。此外，臨床也存在尿白蛋白排泄正常，而腎臟功能已受損的情況[7]。因此目前許多學者希望尋找新的生物標志物以增加DKD 診斷的準確性。

2 炎癥機制研究進展

在DKD 的發展過程中，已經發現細胞內代謝異常的三個主要途徑[8]：（1）多元醇和蛋白激酶C（PKC）途徑的激活；（2）晚期糖基化終產物的形成；（3）腎小球超濾引起的腎小球內高壓。在這三個主要途徑的上游，高血糖癥是DKD 發展的主要驅動力。在這三個途徑的下游，慢性持續性微炎癥是DKD 發展的常見途徑。越來越多證據表明炎癥是導致DKD 許多結構和功能改變的基礎。炎癥反應會導致腎臟的單核吞噬細胞系統代謝和血流動力學紊亂，從而導致腎臟結構的改變、腎內血流動力學的改變、腎小球內皮細胞通透性的改變、多種分子表達的改變、細胞壞死和凋亡以及纖維化的發生[9]。

目前認為，在糖尿病患者中多種炎癥信號傳導途徑可致腎臟損傷。Janus 激酶/信號轉導子和轉錄激活子（JAK/STAT）途徑的激活是高血糖通過參與腎臟血管緊張素Ⅱ誘導的系膜細胞肥大，TGF-β，膠原蛋白合成等多個過程而參與DN 發病機制的腎臟損傷的重要機制[10]。核轉錄因子kappa B（NF-κB）構成一個轉錄因子家族，可調節涉及不同過程的基因的表達，這些過程包括免疫應答，細胞分化和發育，凋亡，周期進展，炎癥和腫瘤發生。該途徑被認為是DKD中主要的炎癥途徑之一。活化的NF-κB 進入細胞核并刺激粘附分子，趨化因子，炎性細胞因子以及其他與炎癥和增殖相關的分子的轉錄，最終導致DKD 的發生發展。Rho 激酶信號傳導途徑的激活增加了單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）水平和單核細胞向腎小球細胞的趨化性。此外，Rho 激酶也是巨噬細胞集落刺激因子-1（CSF-1）生產的重要調節劑。核因子紅系2 相關因子2（Nrf2）調節抗氧化劑細胞保護性基因的表達，從而減弱系統性氧化超負荷。此外，Nrf2 的激活通過阻斷包括IL-1 和IL-6 在內的促炎細胞因子的轉錄來抑制巨噬細胞的炎癥反應，從而減輕腎臟炎癥。

3 炎癥性生物標記物

3.1 腫瘤壞死因子-α（TNF-α）TNF 主要由單核細胞產生，少部分由腎細胞（內皮細胞，上皮細胞，腎小球膜和腎小管細胞）產生。TNF 可參與DKD 的炎癥反應，其中以TNF-α 作用較為明顯。文獻報道，TNF-α 對腎小球，腎小球膜和上皮細胞發揮細胞毒性作用，并可直接造成腎臟損傷[11]。TNF-α 還改變了血管收縮與舒張之間的平衡及內皮細胞的通透性，從而導致了腎小球內血流改變和GFR 降低[12]。此外，TNF-α 可直接參與腎細胞產生氧化自由基（ROS），而不依賴于血流動力，改變腎小球毛細血管壁通透性，從而增加尿白蛋白排泄率[13]。最后，TNF-α刺激鈉潴留，可誘導TFG-的表達，導致腎肥大的發生發展[14]。Lampropoulou 等[15]報道，DKD 患者尿中TNF-α 水平明顯高于糖尿病組，中度和重度白蛋白尿患者的尿中TNF-α 水平顯著高于無白蛋白尿的患者（分別為P=0.004 和P＜0.001）。Navarro 等[16]報道，與DKD 正常蛋白尿組相比，微量蛋白尿患者大量及大量蛋白尿患者的TNF-α mRNA 的表達水平呈進行性升高（分別為29%，84.8%）。由此推測TNFα 可作為DN 的一種新型標志物可用作輔助DKD 的診斷、預測DKD 進展。

3.2 白細胞介素（interleukin，IL）IL 與足細胞損傷和近端腎小管功能障礙有關，但目前具體機制不明。Milas 等[17]報道，早期DKD 患者血清IL-1，IL-6，IL-8和IL-18 水平升高。IL-1 刺激前列腺素E 的產生和磷脂酶A2 的釋放，因此參與與前列腺素相關的肝內血流動力學異常的發展。IL-1 的活性也與血管內皮細胞滲透性的增加有關。尿中IL-1α 與腎小管功能損傷呈正相關（P＜0.0001，R2=0.57）[17]。

IL-6 在促進先天性免疫反應向適應性免疫反應的轉變以及中性粒細胞在小管間質浸潤中發揮關鍵作用。腎活檢研究發現IL-6 mRNA 存在于常駐系膜、間質和腎小管細胞中，以及浸潤性炎性細胞中。除了對免疫的影響外，IL-6 還可能影響細胞外基質動力學。事實上，IL-6 的增加可能促進整個腎臟肥厚，腎小球基底膜增厚，足細胞肥厚和細胞周期阻滯。IL-6 過表達與蛋白尿有關，研究表明，即使在白蛋白排泄增加之前，患者的尿液和血清IL-6 水平也會升高。文獻報道，DKD 正常蛋白尿患者（尿微量白蛋白排泄率，20μg/min）IL-6 高于健康人群，大量蛋白尿患者IL-6 水平高于正常蛋白尿組及微量蛋白尿組，提示IL-6 臨床用于診斷DKD 以及判斷其病情嚴重程度的有效指標[18]。

IL-18 是具有多種功能的強效促炎細胞因子，參與炎癥過程各種分子的合成與釋放，刺激系膜細胞中功能性趨化因子受體的表達，導致內皮細胞凋亡[19]。研究證實，2 型糖尿病（T2DM）患者DKD 早期出現IL-18 升高，同時與正常白蛋白尿患者相比，出現白蛋白尿異常的患者有更高的IL-18[20]。大量蛋白尿患者血清中發現高水平的IL-18，提示IL-18 可能在糖尿病微血管腎并發癥的發生中發揮特殊作用。最近研究表明，IL-18 血清和尿液水平與白蛋白排泄率呈正相關，而其血清水平也與T2DM 患者的頸動脈內膜中層厚度呈正相關，因此可能是DKD 進展以及心血管疾病的預測指標[21]。

3.3 趨化因子 MCP-1 負責粘附后單核細胞通過內皮的遷移，并且是影響腎病患者和腎損傷動物模型中巨噬細胞積累的主要因素[22]。在糖尿病患者中，MCP-1 在腎小球和腎小管上皮上調[23]；此外，尿液水平與腎功能下降密切相關[24]。MCP-1 在腎細胞中的表達是由炎癥細胞因子誘導的，并構成腎小球和腎小管炎癥發展的起點。腎中MCP-1 表達的誘導涉及多種細胞因子，但一些研究指出TNF 是最有效的誘導劑。基于以上數據，MCP-1 已被提議作為糖尿病腎小管間質變化的新生物標志物，并預測腎病進展和預后。研究證實，T2DM 患者DKD 早期出現MCP-1升高，同時與正常白蛋白尿患者相比，出現白蛋白尿異常的患者有更高的MCP-1[25]。

CSF-1 控制巨噬細胞的存活，增殖和分化。盡管CSF-1 在多種腎細胞類型（腎小球系膜，腎小管和內皮細胞）中組成性表達，但慢性炎癥中這種趨化因子的腎臟水平紊亂通過產生不受控制的腎內巨噬細胞擴增而參與腎臟疾病的進展。腎CSF-1 在2 型糖尿病小鼠中高表達[26]。而通過刪除小鼠中的編碼基因來降低腎臟CSF-1 水平，會減弱腎臟炎癥過程中巨噬細胞的浸潤和增殖[27]。通過施用針對CSF-1 受體的抗體，在多種腎臟疾病動物模型中巨噬細胞的積累也得以減弱[28]。該因子水平的調節增加了針對DKD中巨噬細胞介導損傷的特異性療法的可能性。

3.4 其他炎癥生物標志物 炎癥的生物標志物還包括γ 干擾素誘導蛋白10（interferon gamma-induced protein 10，IP-10），粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating，G-CSF），嗜酸性粒細胞趨化因子（Eotaxin），受激活調節正常T 細胞表達和分泌因子（regulated upon activation normal T cell expressed and secreted factor，RANTES）。IP-10 是促炎細胞因子，在患有DKD 的受試者中其血清水平顯著升高[29]。此外，發現這種促炎細胞因子的血清和尿液水平與白蛋白排泄率和內膜中膜厚度呈正相關，這表明微炎癥可能是T2DM 中DKD 和動脈粥樣硬化的常見危險因素[30]。在DKD 的早期，血清和尿液中的G-CSF水平也會升高[31]，而在超濾過程中，尿RANTES 和Eotaxin 排泄率明顯高于正常濾過的DM 患者[32]。Eotaxins 是嗜酸性粒細胞趨化蛋白的趨化細胞因子亞家族，由嗜酸性粒細胞趨化蛋白構成，包括eotaxin-1（CCL-11），eotaxin-2（CCL-24）和eotaxin-3（CCL-26）。糖尿病腎腎臟超濾引起的尿液中趨化因子和RANTES 含量較高，是腎小球內高壓導致腎臟炎證的結果。研究發現，G-CSF，Eotaxin 和RANTES 水平在白蛋白尿或微量白蛋白尿的T2DM 患者中較征程白蛋白尿患者明顯升高[20]。

4 小結

綜上所述，免疫炎癥反應是DKD 發生發展的關鍵因素，多種炎癥因子如TNF、IL、趨化因子等均參與DKD 疾病進展過程。雖然目前尿白蛋白是診斷DKD 最常用的臨床指標，但是近期研究顯示炎癥因子表達水平異常常早于尿白蛋白水平異常出現。因此如何在DKD 患者疾病最早期進行診斷及干預是未來研究的重點，而炎癥因子是當前最具潛力的生物標記物。未來臨床研究應著重于探討炎癥因子對DKD 患者診斷、預后、治療等多方面的預測價值，從而為DKD 患者疾病管理提供更系統、更精準的方向。