膿毒癥相關急性腎損傷發病機制和新型生物標志物研究進展

康凌塏 李小悅 張倩

1桂林醫學院附屬醫院急診科（廣西桂林541001）；2遵義醫科大學第五附屬（珠海）醫院重癥醫學科（廣東珠海519116）；3陸軍軍醫大學第二附屬醫院腫瘤科（重慶400037）

膿毒癥（sepsis）是宿主對感染反應失控導致的器官功能障礙，是急危重癥患者主要死亡原因之一。膿毒癥相關急性腎損傷（sepsis associated acute kidney injury，SA-AKI）是指原無腎損傷的患者，在發生膿毒癥后出現包括血、尿組織學及影像學可見的腎臟結構或功能異常。研究證實，膿毒癥患者AKI 發病率為51% ～66.9%，與膿毒癥患者不良預后相關［1］。SA-AKI 發病機制復雜，與免疫炎癥反應、微循環障礙、能量代謝異常等有關，但具體機制未明。目前尚無針對SA-AKI 早期診斷和治療的有效策略，及早診斷有助于降低SA-AKI 病死率。因此，尋找敏感性和特異性更高的新生物標志物是臨床關注的熱點［2］。

1 SA-AKI 發病機制

傳統觀點認為，SA-AKI 發生與膿毒癥時有效循環血量減少導致腎血流量減少有關［3］。然而，動物實驗和臨床證據表明腎血流量與腎功能之間存在分離［4］。當全身血液循環呈高動力狀態時，盡管腎血流量因心輸出量增加而增加，但仍會發生AKI。免疫炎癥反應、凝血級聯激活、腎細胞凋亡和線粒體動力學異常是SA-AKI 的主要發病機制。

1.1 免疫炎癥反應免疫功能紊亂是膿毒癥發病機制的中心環節。膿毒癥早期表現為大量炎癥細胞激活和促炎介質釋放，機體由于炎癥介質耗竭及免疫細胞凋亡進入免疫抑制狀態。促炎細胞因子（如IL-6 和TNF-α）與SA-AKI 患者死亡風險增加有關［5］。做為循環細胞和腎內細胞表達的模式識別受體，Toll 樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）可與LPS 結合并激活包括核因子-κB（NF-κB）和促分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）在內多個信號通路，導致促炎細胞因子和HMGB1 轉錄增加［6-7］。PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）可介導黏附、遷移、細胞存活和凋亡等過程，通過PI3K∕蛋白激酶B 信號通路參與免疫炎癥反應、促進促炎細胞因子釋放、促進腎小管細胞凋亡，從而誘發AKI［8］。

1.2 腎細胞凋亡腎細胞凋亡是由于炎癥反應、氧化應激、I∕R 損傷等多種因素導致腎小管上皮細胞（tubular epithelial cells，TECs）功能和細胞能量代謝異常。SA-AKI 患者血清可于體外誘發TECs 和足細胞凋亡，提示過度的細胞凋亡是SA-AKI 重要發病機制之一。另有研究表明，SA-AKI 時腎細胞凋亡不僅發生在TECs，還可發生在腎小球內膜細胞、免疫細胞、腎小球毛細血管內皮細胞，SAAKI 細胞凋亡可通過包括內源性途徑（Bcl-2 家族、細胞色素c、caspase-9）、外源性途徑（死亡受體、Fas、FADD、caspase-8）以及缺血性AKI 時內外通路串擾等多途徑發生［9］。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspases）是凋亡過程的“中心殺手”，參與凋亡細胞形態學變化［10］。

1.3 凝血級聯激活膿毒癥時促炎細胞因子過表達，誘導組織因子（TF）釋放并啟動外源性凝血途徑，凝血過程促使炎癥反應放大，誘導更多的TF表達，兩者相互促進形成惡性循環［11］。凝血酶可促進多種促炎細胞因子和補體系統激活，誘導血小板聚集和白細胞活化，引發DIC。膿毒癥時活化的中性粒細胞中彈性蛋白酶破壞作用增加，抗凝血酶（AT）半衰期縮短，凝血酶失調［12］。同時，炎性介質使血管內皮細胞損傷，誘導內皮細胞釋放纖溶酶原激活物抑制物-1（PAI-1）抑制纖溶系統。凝血級聯激活導致微循環內大量微血栓形成，引起包括SA-AKI 在內的MODS。

1.4 線粒體動力學異常線粒體動力學是指線粒體通過持續的融合和分裂改變自身形態來適應各種應激條件的生物學過程。AKI 發生時線粒體外膜通透性改變可觸發細胞色素C 等促凋亡因子釋放，并釋放大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），導致線粒體膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）降低、通透性增大，甚至腫脹并出現嵴斷裂，導致線粒體動力學異常［13］。促凋亡Bcl-2蛋白（如Bax）通過穿透線粒體膜誘導細胞凋亡，抗凋亡Bcl-2 蛋白保護細胞免受細胞色素C等凋亡因子損傷［14］。WEI等［15］研究發現，SA-AKI 中Bax 水平升高而Bcl-2 水平降低，敲除Bax 可減少凋亡因子釋放、保護小鼠腎功能。研究表明，受損線粒體觸發自噬起始信號，誘導激活的Parkin 將線粒體融合蛋白1（mfn1）和線粒體融合蛋白2（mfn2）泛素化，細胞通過自吞噬作用降解或清除受損線粒體［16］。SA-AKI 患者Nod 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain-containing protein 3，NLRP3）和caspase 家族蛋白被激活，通過Parkin 蛋白水解抑制線粒體自噬，加重炎癥和細胞損傷［17］。

2 SA-AKI 的新型生物標志物

KDIGO 指南強調AKI 的早期診斷，將血清肌酐水平作為診斷標準加以強調，但存在診斷限制，表現在腎代償機制導致血清肌酐上升滯后，甚至50%的AKI 發生時肌酐沒有升高［18］。

2.1 免疫炎癥反應是SA-AKI最主要的發病機制多種新型生物標志物（如miR-22-3p、CXCL14、lncRNA HOXA-AS2 等）可通過調節免疫細胞活性、下調細胞相關因子表達及抑制NF-κB 信號通路抑制免疫炎癥反應，發揮腎臟保護作用。WANG等［19］研究顯示，miR-22-3p 在LPS 誘導AKI 小鼠中表達顯著下降，miR-22-3p 可通過靶向抑制PTEN，下調促炎因子的釋放。LV 等［20］研究發現，CXCL14 的過表達可通過下調巨噬細胞活性，抑制細胞因子產生而減弱SA-AKI。WU 等［21］研究顯示LPS 誘導的HK-2 細胞中HOXA-AS2 表達降低，HOXA-AS2可通過靶向miR-106b-5p并阻礙NF-κB通路，在SAAKI 中發揮保護作用。因此，miR-22-3p、CXCL14、lncRNA HOXA-AS2 可用于SA-AKI 的早期診斷，也是SA-AKI 的潛在治療靶點。

2.2 SA-AKI 早期診斷IGFBP7、lncRNA MIAT、LncRNA CRNDE 可通 過 激 活ERK1∕2 信 號、上 調Caspases 及抑制凋亡相關因子等參與SA-AKI 細胞凋亡。WANG 等［22］研究發現，做為胰島素樣生長因子結合蛋白超家族成員之一，IGFBP7 過表達可通過激活ERK1∕2 信號促進LPS 誘導的HK-2 細胞和CLP 術后小鼠的細胞周期阻滯和細胞凋亡，敲除IGFBP7 基因可有效減輕小鼠的腎臟損傷程度。ZHANG 等［23］研究發現，lncRNA MIAT 在SA-AKI 中表達明顯上調，而miR-29a 表達顯著下降。細胞實驗進一步證實lncRNA MIAT 通過抑制miR-29a，上調Caspases 表達，促進細胞凋亡。相反，LncRNA CRNDE 在SA-AKI 中顯著下調，CRNDE 高表達可與miR-181a-5p 相互作用抑制凋亡相關因子釋放，促進HK-2 細胞增殖并抑制其凋亡［24］。因此，IGFBP7、lncRNA MIAT、LncRNA CRNDE 可用于SAAKI 的早期診斷，也是SA-AKI 的潛在治療靶點。

2.3 SA-AKI的潛在治療靶點有研究發現個別生物標志物通過抑制纖溶酶、促進血小板及白細胞激活、阻斷MMP 降低、促進線粒體自噬參與凝血功能障礙及線粒體損傷修復。SA-AKI 中PCSCK9 高表達，并促進循環核酸（circulating free DNA，cfDNA）的釋放，cfDNA 可顯著增加凝血酶產生及抑制纖溶酶介導的纖維蛋白溶解，加劇SA-AKI 早期血液高凝狀態［25］。WANG 等［26］研究顯示，PSGL-1 可促進白細胞-血小板激活和相互作用，促進膿毒癥患者炎癥反應和凝血功能紊亂。DING 等［27］研究發現，UCP2 可通過阻斷MMP 降低從而抑制細胞色素C 及細胞內ROS 產生，改善SA-AKI 動物模型線粒體形態或功能損傷。KIM 等［28］研究發現，SESN2通過抑制NLRP3 過度激活從而啟動線粒體自噬，減輕炎癥及細胞損傷。因此，PCSCK9、PSGL-1、UCP2、SESN2 也可用于SA-AKI 的早期診斷，也是SA-AKI 的潛在治療靶點。

3 總結與展望

SA-AKI 與膿毒癥患者不良預后相關，免疫炎癥反應、凝血級聯激活、腎細胞凋亡和線粒體動力學異常均參與SA-AKI 的發生和發展。目前對SA-AKI 發病機制研究取得一定進展，但在免疫炎癥反應和凝血級聯反應調控網絡、細胞凋亡新機理、線粒體動力學研究等方面仍有不足。進一步探討miR-22-3p、CXCL14、IGFBP7、lncRNA MIAT、PCSCK9、UCP2 等生物標志物在SA-AKI 早期診斷中的應用價值，是目前研究的熱點，對揭示SA-AKI發病機制和治療SA-AKI 具有重要意義。從發病機制探索到治療靶點確定，再到臨床應用，隨著實驗室檢測技術的成熟，新型生物標志物將具有潛在的可推廣性和臨床可行性。