血漿suPAR及尿NGAL、KIM-1對成人心臟手術相關性急性腎損傷的早期診斷價值

朱龍銀，王海霞，程偉，張湖海，冉玲玉，龍煥屏，盛毓秀，陳麗萍，趙洪雯*

1陸軍軍醫大學第一附屬醫院腎內科，重慶 400038；2陸軍軍醫大學第一附屬醫院心臟外科，重慶 400038

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是由不同病因引起的以腎小球濾過率急劇下降和尿量減少為特點的臨床綜合征[1-2]，我國住院患者AKI發病率為6.9%～11.6%[3]。心臟手術相關性急性腎損傷(cardiac surgery-associated acute kidney injury，CSA-AKI)是重癥患者AKI的第2位發病原因[4]，全球發病率為5%～43%[5]。CSA-AKI的發生可直接延長住院時間、增加住院費用，影響遠期預后。目前CSA-AKI的診斷有賴于改善全球腎臟病預后組織(kidney disease improving global outcome，KDIGO)2012年發布的診斷標準[6]，但該標準敏感度差，受影響因素較多，且診斷時間相對滯后，因此在臨床診療中尋找更早期、敏感度及特異度更高的生物標志物具有重要意義。可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體(soluble urokinase-type plasminogen activator receptor，suPAR)是尿激酶型纖溶酶原激活物受體(urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR)的可溶形式，通過糖基磷脂酰肌醇(glycosyl-phosphatidylinositol，GPI)表達于多種細胞的細胞膜上[7]。當機體發生炎癥反應時，GPI錨被各種蛋白酶裂解，導致uPAR從質膜釋放，形成suPAR[7-8]。suPAR可存在于人體血液、尿液、腦脊液、唾液、卵巢囊液等多種體液中[7,9]，且性質穩定，含量測定不受樣品采集時間、飲食、藥物及反復凍融等因素的影響[10]。suPAR作為一新型生物標志物，在腫瘤、感染，以及心血管、風濕免疫、腎臟等疾病中均有相關研究。國外有研究表明，CSA-AKI患者術前suPAR明顯高于非AKI患者，提示血漿suPAR可能是CSA-AKI的一種預測性生物標志物[11-12]。但目前暫無suPAR診斷CSA-AKI的確切臨界值，我國也無研究報道suPAR與CSA-AKI的相關性。本研究通過觀察心臟手術后血漿suPAR的動態變化，探討血漿suPAR對CSA-AKI的早期預測價值，比較血漿suPAR及現有新型生物標志物尿中性粒細胞明膠酶相關載脂蛋白(urinary neutrophil gelatinase associated lipid carrier protein，NGAL)、腎臟損傷分子-1(urinary kidney injury molecule-1，KIM-1)對CSA-AKI的診斷效能，以評估血漿suPAR聯合尿NGAL、KIM-1對CSA-AKI的診斷價值，旨在早期識別CSA-AKI的發生。

1 資料與方法

1.1 研究對象 本研究為前瞻性病例對照研究。連續納入2020年3月－2021年2月在陸軍軍醫大學第一附屬醫院心臟外科擇期行體外循環心臟手術的患者。納入標準：(1)擇期行體外循環心臟手術；(2)性別不限，年齡18～70歲；(3)基礎腎功能正常。排除標準：(1)有活動性感染；(2)合并惡性腫瘤、血液疾病、結締組織病、免疫性疾病、艾滋病、病毒性肝炎等；(3)已行腎移植手術；(4)伴有慢性腎功能不全、尿路梗阻。按照KDIGO標準，根據入組患者術后7 d內是否發生CSA-AKI分為AKI組與非AKI組。所有受試者均簽署知情同意書，且已經陸軍軍醫大學第一附屬醫院倫理委員會批準(KY2020060)。

1.2 研究方法

1.2.1 臨床資料收集 收集患者年齡、性別、體重指數(BMI)、基礎疾病、臨床檢驗指標、手術時間、體外循環時間、術中尿量、術后當天尿量、術后呼吸機使用時間、重癥監護室(ICU)住院時間、總住院時間等臨床資料。

1.2.2 血液和尿液標本收集 在體外循環心臟手術前、術后2 h、術后2 d、術后7 d收集患者靜脈血及隨機尿液標本。于收集后1 h內3000 r/min(離心半徑為117 mm)離心10 min，取上層血漿/上清液分裝入凍存管，存于-80 ℃冰箱備用。

1.2.3 生物標志物檢測 采用酶聯免疫吸附(enzymelinked immunosorbent assay，ELISA)法檢測血漿suPAR及尿NAGL、KIM-1水平。suPAR試劑盒購自丹麥Virogates公司，NGAL及KIM-1試劑盒均來源于美國R&D公司。所有檢測按照試劑盒說明書進行操作。

1.2.4 指標分析 對AKI組與非AKI組手術前后的血漿suPAR及尿NAGL、KIM-1水平進行比較，然后再進一步分析CSA-AKI的影響因素，并通過受試者工作特征(ROC)曲線分析各生物標志物對CSA-AKI的診斷效能。

1.3 統計學處理 采用SPSS 23.0和MedCalc 19.0軟件進行分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗確定計量資料的分布情況，呈正態分布者以表示，兩組間比較采用t檢驗；偏態分布則采用M(Q1，Q3)表示，兩組間比較采用Mann-Whitney檢驗；計數資料以例(%)表示，兩組間比較采用χ2檢驗；組內不同時間點各指標的比較采用重復測量的方差分析。采用多因素logistic回歸分析CSA-AKI的影響因素，并繪制ROC曲線，評估suPAR、NGAL、KIM-1及聯合檢測對CSA-AKI的診斷效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組患者手術前后臨床資料比較 本研究共納入170例行體外循環心臟手術的患者，其中AKI組34例，非AKI組136例，AKI發生率為20.0%。AKI組男20例，女14例，非AKI組男54例，女82例，兩組間性別差異有統計學意義(P＜0.05)。兩組患者的年齡、BMI、術前合并癥(糖尿病、高血壓、心力衰竭)、術前使用造影劑、術前基線指標[左室射血分數(LVEF)、血清肌酐(Scr)、估算腎小球濾過率(eGFR)、血尿素氮(BUN)、白細胞(WBC)、血紅蛋白(HGB)、中性粒細胞百分比(NEUT%)]、手術時間、體外循環時間、術中尿量、術后2 h指標(Scr、eGFR、BUN)差異均無統計學意義(P＞0.05，表1、2)。體外循環心臟手術后，AKI組術后呼吸機使用時間、ICU住院時間、總住院時間明顯長于非AKI組(P＜0.05)，術前白蛋白(ALB)、術后當天尿量低于非AKI組(P＜0.05，表2)。

表1 兩組心臟手術患者臨床基線資料比較Tab.1 Comparison of the clinical baseline data of patients undergoing cardiac surgery in two groups

表2 兩組心臟手術患者術后臨床資料比較[M(Q1, Q3)]Tab.2 Comparison of the postoperative clinical data of patients undergoing cardiac surgery in two groups [M(Q1, Q3)]

2.2 兩組患者不同時間點生物標志物水平比較

2.2.1 Scr、血漿suPAR、尿KIM-1、尿NGAL的組間比較 AKI組在術后2、7 d時Scr水平明顯高于非AKI組，差異有統計學意義(P＜0.01)；AKI組術前、術后2 h、術后2 d、術后7 d血漿suPAR水平均明顯高于非AKI組(P＜0.01)；AKI組術后2 h尿KIM-1水平明顯高于非AKI組(P＜0.05)，術后2 h (P＜0.05)、術后7 d(P＜0.01)尿NGAL水平明顯高于非AKI組，其余時間點兩組尿KIM-1、尿NGAL水平比較差異無統計學意義(P＞0.05)(表3)。

2.2.2 AKI組手術前后Scr、血漿suPAR、尿KIM-1、尿NGAL的變化趨勢 AKI組Scr水平在術后2 d開始明顯升高達峰值，至術后7 d逐漸回落，但仍明顯高于術前(P＜0.01)、術后2 h(P＜0.01)；血漿suPAR水平在術后2 h小幅上升，然后呈下降趨勢，術后2 d時降至最低值，隨后再次升高，并在術后7 d達峰值；尿KIM-1水平在術后2 h小幅上升，術后2 d達峰值，較術前、術后2 h差異均有統計學意義(P＜0.01)，至術后7 d逐漸回落；尿NGAL水平在術后2 h明顯升高，術后2 d達峰值，術后7 d逐漸回落，但仍明顯高于術前水平(P＜0.01)(表3)。

表3 兩組心臟手術患者手術前后不同時間點生物標志物水平比較[M(Q1, Q3)]Tab.3 Comparison of the biomarkers levels between the two groups at different times before and after cardiac surgery [M(Q1, Q3)]

2.2.3 非AKI組手術前后Scr、血漿suPAR、尿KIM-1、尿NGAL變化趨勢 非AKI組Scr水平在術后進行性降低，術后2 h、術后2 d、術后7 d均明顯低于術前水平(P＜0.01)；血漿suPAR水平在術后2 h小幅上升，術后2 d降至最低值，再次于術后7 d升高達峰值，較術前、術后2 h、術后2 d差異均有統計學意義(P＜0.01)；尿KIM-1水平在術后2 h小幅度下降，術后2 d升高達峰值，其水平明顯高于術前、術后2 h、術后7 d (P＜0.01)；尿NGAL水平在術后2 h即較術前明顯升高，差異有統計學意義(P＜0.01)，術后2 d達峰值，其水平明顯高于術前、術后2 h、術后7 d(P＜0.01)(表3)。

2.3 血漿suPAR、尿NGAL、尿KIM-1在CSA-AKI早期診斷中的價值 ROC曲線分析結果顯示，單獨檢測時，術后2 h血漿suPAR預測CSA-AKI的曲線下面積(AUC)最大，為0.683(95%CI 0.581～0.785，P=0.001)，最佳臨界值為2.63 ng/ml，其預測CSAAKI的敏感度為73.53%，特異度為56.62%，但與術前血漿suPAR、術后2 h尿KIM-1、術后2 h尿NGAL比較差異無統計學意義；將suPAR、NGAL、KIM-1聯合檢測，其AUC大于任何一個指標單獨檢測，但聯合檢測1(術前血漿suPAR+術后2 h尿KIM-1+術后2 h尿NGAL)與聯合檢測2(術后2 h血漿suPAR+術后2 h尿KIM-1+術后2 h尿NGAL)診斷CSA-AKI的AUC比較差異無統計學意義(圖1、2，表4)。

表4 不同生物標志物對AKI早期診斷價值的比較Tab.4 Comparison of the diagnostic value of different biomarkers for early AKI

圖1 術前或術后2 h血漿suPAR、尿KIM-1、尿NGAL診斷CSA-AKI的ROC曲線Fig.1 ROC curve of plasma suPAR, urine KIM-1 and urine NGAL in diagnosis of CSA-AKI before or 2 hours after operation

2.4 CSA-AKI危險因素的logistic回歸分析 單因素logistic回歸分析顯示，性別，術前LVEF、ALB、suPAR、Scr，以及術后2 h的suPAR、Scr、eGFR、BUN、KIM-1、NGAL是CSA-AKI的危險因素；多因素logistic回歸分析顯示，在校正了性別，術前LVEF、ALB及術后2 h的Scr、eGFR、BUN、KIM-1、NGAL后，術后2 h suPAR仍為CSA-AKI的獨立危險因素(表5)。

表5 CSA-AKI危險因素的logistic回歸分析Tab.5 Logistic regression analysis of the risk factors for CSA-AKI

圖2 血漿suPAR聯合術后2 h尿KIM-1、尿NGAL診斷CSA-AKI的ROC曲線Fig.2 ROC curve of plasma suPAR combined with urine KIM-1 and urine NGAL at 2 hours after operation in diagnosis of CSA-AKI

3 討 論

CSA-AKI是體外循環心臟手術后的嚴重并發癥，高達10%的患者需行腎臟替代治療[13]，其發生的病理生理學機制十分復雜，可能與腎臟低灌注、缺血再灌注損傷、神經體液激活、炎癥、氧化應激、機械損傷、腎毒性藥物的使用等多種因素相關[14]。目前，CSA-AKI的診斷多采用KDIGO標準，而該標準依賴于Scr及尿量的變化，對CSA-AKI的診斷常常滯后，從而延誤了最佳治療時機。若能早期識別CSA-AKI，盡早改善腎臟灌注、減少腎耗氧量及減輕炎癥損傷，可改善患者的遠期預后。基于此，近年來關于早期診斷CSA-AKI生物標志物的研究越來越多，其中有明確臨床應用前景的新型生物標志物主要為NGAL、KIM-1、肝臟型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)、胰島素樣生長因子結合蛋白7(IGFBP7)及組織抑制劑金屬蛋白酶-2(TIMP-2)等[15-16]，而suPAR也在2017年首次應用于CSA-AKI的研究中[11]。但是，目前關于suPAR與CSA-AKI相關性的研究較少[11-12]，且均為單中心研究，更無suPAR聯合NGAL、KIM-1等經典生物標志物預測CSA-AKI的報道。因此，本研究評估了新型生物標志物血漿suPAR診斷CSA-AKI的可靠性，比較了血漿suPAR和尿NGAL、KIM-1以及聯合檢測血漿suPAR和尿NAGL、KIM-1對CSA-AKI的診斷效能，以期提高CSA-AKI的診斷敏感度及特異度。

本研究發現，CSA-AKI的發生率為20%，低于Harky等[5]報道的發生率，可能的原因有：(1)本研究嚴格了納入、排除標準，排除了術前合并腎功能不全、活動性感染、腎移植等AKI高危因素的患者；(2)由于目前缺乏對CSA-AKI統一的定義和認識，現有診斷方法主要為RIFLE、急性腎損傷網絡(AKIN)、KDIGO標準，本研究選取的是KDIGO標準；(3)本研究納入人群為成人患者，而全球發病率由于包含嬰幼兒在內，CSA-AKI發病率更高；(4)本研究未對患者術后每小時尿量變化進行監測，故有可能漏掉部分AKI患者；(5)本研究樣本量偏小，不足以提供充分的流行病學依據，期待更大樣本的研究來探討CSA-AKI的發病率。

本研究發現，AKI組術前血漿suPAR明顯高于非AKI組，其預測CSA-AKI的AUC為0.683，當術前血漿suPAR臨界值為2.63 ng/ml時，其敏感度為73.53%，特異度為56.62%，與Mossanen等[11]的研究結果十分接近，提示術前高水平的suPAR是術后發生AKI的危險因素。Hayek等[12]的研究發現，高水平的suPAR可能通過調節細胞生物能量學和增加氧化應激，增加腎臟近曲小管對損傷的敏感性，從而直接參與AKI的發生。但目前仍不清楚為何AKI組術前會有較高水平的suPAR。suPAR作為uPAR的可溶形式，在健康人群中僅呈低水平表達，較高水平的suPAR被認為反映了慢性炎癥和免疫激活[17]，而uPAR主要表達于免疫細胞(活化的T細胞、中性粒細胞和巨噬細胞)，參與血管生成、黏附、細胞遷移、增殖、細胞存活、炎癥和蛋白水解等過程[7]。一些促炎細胞因子[白細胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)及生長因子]可調節uPAR的表達，在炎癥的刺激過程中，uPAR從質膜上脫落是suPAR形成的主要過程[18]。綜上，筆者認為AKI組術前較高的suPAR水平可能與其長期慢性低度炎癥狀態相關，可通過研究suPAR與促炎細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF及生長因子)的相關性來證實該結論，同時，抑制術前炎癥反應是否可降低術后CSA-AKI的發生率也需要通過進一步研究來證實。

本研究還發現，兩組患者術后2 h的Scr、eGFR、BUN差異均無統計學意義，但AKI組血漿suPAR、尿NGAL、尿KIM-1卻明顯高于非AKI組，提示體外循環心臟手術后血漿suPAR、尿NGAL、尿KIM-1可較Scr等傳統標志物更早地預測CSA-AKI的發生，術后2 h血漿suPAR、尿NGAL、尿KIM-1診斷CSA-AKI的AUC分別為0.717、0.631、0.643。一項針對兒童CSA-AKI與尿NGAL、IL-18、L-FABP、KIM-1相關性的研究發現，尿NGAL于術后2 h即明顯升高，其AUC高達0.9[19]，但Hussain等[20]的系統評價發現，尿NGAL在成人中診斷CSA-AKI的AUC波動在0.60～0.75，與本研究結果相似，提示尿NGAL在兒童中可能具有更好的診斷效能。在一項納入103例成人體外循環心臟手術患者的研究中，分別在術前及術后2、24、48 h檢測尿KIM-1、NAG、NGAL、IL-18、胱抑素C、α1微球蛋白水平，結果顯示術后2 h尿KIM-1的AUC最高，可達0.78(95%CI 0.64～0.91)[21]，因此，該研究認為尿KIM-1能更好地預測CSA-AKI的發生。而本研究發現，術后2 h血漿suPAR的AUC較尿KIM-1大，因此，關于各種新型生物標志物對CSA-AKI的診斷效能，需要更多、更大樣本的研究來證實。

為了進一步提高對CSA-AKI的診斷效能，本研究對suPAR、尿KIM-1、尿NGAL進行聯合檢測，結果顯示，聯合檢測1(術前suPAR+術后2 h KIM-1+術后2 h NGAL)診斷CSA-AKI的AUC為0.756，較單獨檢測術后2 h尿NGAL的AUC明顯增加；聯合檢測2(術后2 h suPAR+術后2 h KIM-1+術后2 h NGAL)診斷CSA-AKI的AUC為0.793，較單獨檢測術后2 h尿KIM-1、術后2 h尿NGAL、術前suPAR均明顯增加，因此，聯合檢測術后2 h suPAR、術后2 h KIM-1、術后2 h NGAL可大幅度提高CSA-AKI的檢出率。

全球每年約有200萬的患者進行心臟手術[22]，且CSA-AKI的發病率居高不下，因此CSA-AKI的危險因素也成為近年來臨床研究的熱點。在既往研究中，較為明確的危險因素主要有年齡、基礎合并癥(高血壓、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、心力衰竭、慢性腎功能不全)、使用腎毒性藥物(非甾體抗炎藥)、血管緊張素轉換酶抑制劑和血管緊張素受體阻滯劑、體外循環時間、主動脈阻斷時間、手術類型、急診手術、術后使用血管活性藥物(去甲腎上腺素和多巴酚丁胺)、術后低心排量、圍術期感染、圍術期輸血等[5,23-24]。本研究發現，影響CSA-AKI的危險因素有：男性，術前的LVEF、ALB、suPAR、Scr及術后2 h的 suPAR、Scr、eGFR、BUN、KIM-1、NGAL。其中術前LVEF、ALB、Scr、eGFR、BUN均為公認的危險因素，若術前及時干預，可降低CSA-AKI的發病率。對于性別，則有不同的研究報道，多個國外研究提示女性是CSAAKI的危險因素[5,25-26]，而我國部分研究認為男性的發病風險明顯高于女性[27-28]，與本研究結果一致，猜測這種差異可能與地域、種族有關。

綜上所述，本研究結果顯示血漿suPAR、尿NGAL、尿KIM-1均可早期預測CSA-AKI的發生，單獨應用時，術后2 h血漿suPAR的診斷效能最高，而聯合檢測術后2 h血漿suPAR及尿NGAL、KIM-1可大幅提高CSA-AKI的檢出率。但本研究仍存在一些不足：(1)為單中心研究，且樣本量較小，因此需更多、更大樣本的研究去證實該結論；(2)共納入了34例AKI患者，其中32例為1期AKI，僅2例為3期AKI，因此無法進一步對生物標志物與AKI亞組的相關性進行分析；(3)兩組血漿suPAR水平在術后7 d均達到最大值，但本研究未進一步追蹤術后7 d患者的腎功能及血漿suPAR的變化，術后7 d的血漿suPAR水平是否對患者發生慢性腎臟病有預測價值仍需更進一步的臨床研究來證實。