急性腎損傷相關新型生物標志物的研究進展

原道川 龔學忠 劉建聯 王丹軍 李同路

上海中醫藥大學附屬市中醫醫院腎內科，上海 200040

急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）是一種由各種原因引起腎功能急速下降而出現的綜合征，臨床常見且病情危重[1]。AKI 治療時機與預后關系緊密[2]，越早干預越能消除腎臟預后的不利影響。臨床采用KDIGO指南中AKI 診斷標準，血清肌酐（serum creatinine，Scr）及尿量變化是主要指標，但對AKI 患者，Scr 水平是缺乏特異性、敏感性和時效性的指標，易受液體平衡和藥物影響[3]，對于非少尿性AKI，尿量也缺乏敏感性。臨床需要特異性高、敏感性強的新型標志物，比常規指標更早識別AKI，逆轉早期腎損傷，恢復腎功能。

在早期AKI 發生后相關生物標志物升高，但腎功能未見異常，學者稱之為亞臨床AKI[4]。AKI 時腎內炎癥通路激活，相關基因表達上調誘導炎癥細胞向損傷部位募集，浸潤腎實質，是腎損傷的早期反應，相關標志物包括白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-10、IL-18、腎損傷分子1（kidney injury molecule 1，KIM-1）、中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）和人巨噬細胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）；反映腎小管重吸收功能的生物標志物有白蛋白、胱抑素C、α1-微球蛋白、β2 微球蛋白、肝型脂肪酸結合蛋白（liver-type fatty acid binding protein，L-FABP），由于腎小管重吸收障礙而在尿液中積累[5]。此外還包括細胞周期阻滯標志物（TIMP-2/IGFBP7）、血幼素（hemojuvelin）、中期因子（midkine）、幾丁質酶3 樣蛋白1（chitinase3-likeprotein1，CHI3L1）、微RNA（microRNA，miRNA）等[6]，動態檢測血清或尿液中的上述標志物，能夠在AKI患者Scr 發生可檢測變化之前識別病情，為臨床提供一個早期救治的機會。本文將對AKI 新型生物標志物進行綜述。

1 IL-24

已知白細胞介素家族中的各種因子在AKI 中都高度表達，Tabata 等[7]在對腎臟缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）的小鼠模型研究中，通過測量血清和尿液中IL-24、肌酐和NGAL 的水平，發現IRI 2 h 后血清和尿液中的IL-24 水平即顯著升高，他認為在缺血性腎損傷中IL-24 的確是AKI 發生后小鼠血清和尿液里立即升高的一個因子，尿IL-24最早在IRI 2 h 后被檢測到，IL-24 濃度在尿液和血清升高與管狀上皮細胞和血管平滑肌細胞在急性腎損傷中通過IL-24 信號傳遞相關，IL-24 mRNA 的表達隨著小鼠腎臟缺血時間的延長而增加，因此在血清和尿液中的IL-24 是急性腎損傷的一個潛在早期標志物。Pap 等[8-9]研究發現IL-24 可能通過增加促成纖維細胞生長因子的上皮產生而間接作用于腎肌成纖維細胞，具有促腎臟纖維化效應，此外IL-24 在炎癥調節和組織重塑中具有潛在作用，能夠使瘢痕組織重塑和纖維化。IL-24可能是區分發展為慢性腎臟病的AKI 和可恢復功能的AKI 的一個有用的預后診斷決定因素。雖然不同實驗研究證明了血清和尿液IL-24 水平升高早于Scr 水平，能夠作為敏感的AKI 早期診斷標志物和判斷AKI 嚴重程度的標志物，但是該研究目前僅是在動物實驗中進行，尚需通過大量的臨床樣本觀察證明其臨床實際應用價值。

2 CHI3L1

CHI3L1 是一種跨40 kD 的糖蛋白，由染色體1q31-q32 上的CHI3L1 基因表達，是18 種糖苷水解酶家族的成員，但沒有任何酶活性。它由各種類型的細胞分泌，包括巨噬細胞、軟骨細胞和某些類型的癌細胞[10]。近年來相關研究認為尿CHI3L1 是一種很有前途的AKI 尿液生物標志物[11]。在各種因素引起腎臟應激或損傷導致AKI 時，腎臟內巨噬細胞便會分泌這種蛋白質，CHI3L1 就會出現在尿液中，表明腎臟細胞早期損害的發生。CHI3L1 的生物學效應包括控制腎臟上皮細胞和巨噬細胞的細胞凋亡、炎癥和重塑，還可以提供腎臟損傷和修復的機制。Hoste 等[12]在一項成人危重患者前瞻性隊列研究中，評價了新的腎損害生物標志物CHI3L1 是否比Scr 和尿量能更早地檢測到AKI 分期≥2 級的患者，以CHI3L1 的入組濃度預測在接下來的12 h 內出現AKI 分期≥2 級的患者，AUC-ROC 為0.792（95%CI：0.726～0.849），這一表現與NGAL 相似（AUC-ROC 為0.748，95%CI：0.678～0.810）。此外，在診斷為2 級AKI 的前24 h 內收集的樣本發現CHI3L1 的估計邊際平均值比對照組高2.0 倍（95%CI：1.3～3.1），該研究進一步發現CHI3L1 濃度的增加與AKI 嚴重程度的增加顯著相關。這項研究證明CHI3L1 是預測成人ICU 患者AKI 分期≥2 級的良好生物標志物，入組時CHI3L1 濃度水平越高，標志著AKI 的嚴重程度越大，更證明在重癥監護病房的危重患者中測得的尿液CHI3L1 可以預測12 h 或24 h觀察期內AKI 分期≥2 級患者的發生，但這項試驗性研究的結果僅在ICU 的危重患者中進行，還需要在不同的環境和更大的患者群體中得到證實。Hall 等[13]發現尿CHI3L1 水平升高至5 ng/ml 時與患者的AKI 進展和死亡率有中度相關性；此外，在術后24 h 內住院的腎移植患者中，尿中CHI3L1 水平明顯升高，血清CHI3L1 水平高伴隨CRP 和蛋白尿水平升高，提示其具有炎癥作用，建議將尿CHI3L1 可以作為一種準確可靠的生物標志物來識別移植后AKI 風險患者。

3 肝型脂肪酸結合蛋白（liver-type fatty acid binding protein，L-FABP）

L-FABP 是一種內源性抗氧化蛋白，分子量為14 kD，正常和患者腎臟中均有表達，存在于近端腎小管曲部和直部的上皮細胞中。L-FABP 在腎臟缺血缺氧產生氧化應激反應時迅速釋放到腎小管管腔中，隨尿液排泄，是預警AKI 早期腎小管損傷的標志物[14]，監測尿液L-FABP 濃度水平可以預測早期AKI 的發生和嚴重程度。臨床上各種病因導致腎臟缺血再灌注是發生AKI 的主要機制[15-16]，腎臟缺血導致小管上皮細胞氧化應激增加，在這種病理條件下，產生了大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），超出了細胞的清除能力，ROS 介導細胞質膜膜脂的過氧化，這一過程稱為脂質過氧化，過氧化產物特別是丙二醛（malon dialdehyde，MDA）和4-羥基壬醛在腎小管近端小管細胞中積累并損傷近端小管，L-FABP 將過量的不飽和脂肪酸和脂質過氧化物產物結合在其β-片層結構的口袋中，將這些物質轉移到管狀管腔中，并將其從近端小管排泄到尿液中，從而防止腎I/R 損傷。有研究顯示[17]，與其他的尿液生物標志物如KIM-1 和NGAL 相比，L-FABP 在早期預測腎臟疾病、確定診斷和病情預后方面效應更好。Suzuki 等[18]在一項前瞻性觀察研究中，將入院后被送往重癥監護中心的患者使用快速檢測試劑盒測定尿L-FABP 濃度后分為尿L-FABP陰性組和尿L-FABP 陽性組，最終總共176 例患者納入最終分析，觀察到陰性組AKI 發生率為16.3%，陽性組AKI 發生率為59.1%，使用快速檢測試劑盒測定的尿L-FABP 濃度對預測持續性AKI 的發生有一定的臨床價值。研究表明[19-20]L-FABP 在腎臟損傷和修復中發揮重要作用，具有一定的腎保護作用，當腎臟受到各種腎應激因素的影響，如腎缺血、各種毒素、尿蛋白超載和高血糖，以及由此產生的各種壓力導致腎小管間質損傷時，L-FABP 基因在腎臟中的表達上調，并且尿中排泄量增加，L-FABP 基因的表達可以加速脂肪酸代謝，通過β 氧化過程，L-FABP 攜帶脂肪酸到線粒體或過氧化物酶體，并引起腎小管上皮細胞脂質過氧化產物的排泄，從而抑制炎癥因子的釋放，減輕腎小管間質損傷，實現腎保護。尿L-FABP 在日本被批準作為AKI 生物標志，但L-FABP 在腎臟疾病中的作用機制需要進一步的研究來闡明，其臨床應用尚需在大型研究和更廣泛的臨床環境中進行驗證。

4 miRNA

目前研究發現[21-22]，miRNA 不僅參與腎臟的正常發育過程，還通過調節腎臟細胞凋亡、炎癥細胞招募、自噬機制、免疫應答和靶向血管生成等途徑在AKI的發生發展方面起重要調控作用，與AKI 的預后密切相關。Bortnar 等[23]通過檢測100 例腎移植受者腎功能穩定的慢性腎臟病患者血清中miRNA，發現miRNA與移植腎受者的各種生理和病理狀態廣泛相關，miRNA 與組織學證實的抗體介導的移植腎排斥反應和原發性腎小球腎炎的復發顯著相關。Tod 等[24]在脂多糖（lipopolysach-aride，LPS）誘導的全身炎癥小鼠膿毒性AKI 模型中，研究了小鼠腎臟中miRNA 表達的時間依賴性變化，并與同一腎臟樣本的質譜蛋白譜進行了比較，膿毒癥AKI 時血清尿素濃度、TNF-α和miRNA 表達升高，盡管在1.5 h 已經出現嚴重的腎功能損害，但只有Lcn-2 miRNA 在同一時間上調，大多數miRNA 在炎癥反應高峰時上調，即在腎損傷6、24 h 發生改變，因為觀察到一個miRNA 簇在LPS后6 h 協同上調，并在48 h 后下降，其中miR-762 的表達在膿毒性AKI 的早期大量增加，miR-762 是最新鑒定和驗證的上調幅度最大的miRNA，在LPS 誘導AKI 中，miR-21a-5p是受影響最大的miRNA。雖然較多miRNA 已被證實可用于AKI 的早期診斷，但循環血液和尿液中miRNA的含量較低，尋找一種靈敏度高、操作容易、耗時短且成本底廉的檢測方法是將miRNA應用于早期診斷AKI 急需解決的問題，這需進一步的探索和深究[25-26]。

5 PARK7 和CDH16

蛋白質組學是研究腎臟疾病生物標志物的有力工具，利用蛋白質組學方法能夠發現早期診斷AKI的生物標志物，特定于某些表型的生物標志物具有穩定和易于通過尿液檢測獲得的特性，具有穩定和持續變化的蛋白質是早期識別和診斷AKI 的理想標志物。Kim 等[27]研究顯示PARK7 是雄激素受體依賴性轉錄的正調節因子，是細胞氧化應激的抑制劑，是線粒體自噬和凋亡的調節因子。在腎臟缺血所致腎小管上皮細胞損傷中鑒定了PARK7 信號傳導的保護作用。CDH16 是鈣黏蛋白超家族的成員，鈣依賴-膜相關糖蛋白，其表達完全在腎臟，CDH16 是一種腎臟特異性蛋白，蛋白質作為同型細胞識別的主要介質，在組織發育的形態形成方向中起重要作用。對PARK7、PGLYRP2、NGAL 和CDH16 進行ROC 曲線分析，發現PARK7 和CDH16 的診斷敏感性和特異性均高于NGAL，可用于診斷AKI，特別是感染介導的AKI，檢測患者尿液中連續改變的PARK7 和CDH16 濃度能早期識別AKI。Li 等[28]通過無標簽質譜分析盲腸結扎和穿刺誘導的膿毒癥AKI 大鼠模型，發現PARK7和CDH16 能早期識別膿毒癥所致AKI。該研究分別在0、3、6、12、24 和48 h 從膿毒癥大鼠中采集尿液樣本，對從尿液中分離出的蛋白質進行無標簽質譜分析，通過在多個時間點分析AKI 的蛋白質組學，發現PARK7 和CDH16 的表達是連續變化的，并與肌酐水平有關。該研究鑒定出膿毒癥模型AKI 大鼠相關的56 種上調蛋白和67 種下調蛋白，并進一步檢測人尿樣中差異表達蛋白后，發現PARK7 和CDH16 是很有前途的候選生物標志物。該研究闡明了連續改變的PARK7 和CDH16 是早期診斷AKI 的合適新型標志物，但是需要更多的臨床試驗證實這些標志物的生物學性能，因為評估診斷和管理的臨床試驗要側重于精確的人群[29]。

6 小結

目前尚未找到具備高靈敏性和高特異性的AKI標志物，原因在于AKI 的病因、發病機制復雜，依賴單一標志物難以全面、準確地反映AKI 整體病理生理改變，診斷效能難以滿足臨床需要。不同生物標志物組合是評估腎臟損傷的最佳選擇，即在一次評估中結合不同的生物標志物可以提高AKI 的早期預測，但是關于這些生物標志物的變化和對腎功能長期影響之間的關系，目前仍有許多需要研究的地方。新標志物使AKI 的早期診斷、損傷部位和病因的識別及預后評估成為可能，找到預測AKI 的理想標志物，是廣大慢性腎臟病患者的福音。