心臟術后急性腎損傷早期生物學標志物的研究進展*

吳曉云 綜述，臧旺福審校

同濟大學附屬上海市第十人民醫院心臟外科，上海 200072

急性腎損傷(AKI)是指驟然出現的腎功能下降，多發生在大手術后，具有較高的發病率和病死率。近20年來的研究發現，雖然外科手術技術以及術后監護技術在不斷地發展，而AKI的發生率仍在30%～59%[1-5]，重癥患者病死率高達50.0%[4]。患者一旦發生AKI，不但會延長呼吸機使用時間和重癥監護室(ICU)住院時間，而且還會增加經濟負擔，甚至與術后數年的術后感染和心血管事件的發病率和病死率明顯增加有關[3-4]。雖然改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)提出了較為實用的診斷標準，但事實是AKI仍未得到充分診斷[6]。早期發現有危險的患者，及時采取預防措施，是減少AKI發生及其后遺癥的有效方法[7]。研究發現，血清肌酐(SCr)不足以作為AKI的早期檢測指標[8]。因此，在這種背景下開發適當的AKI的診斷標志物，早期識別腎臟的損傷具有重要臨床價值[9]。本文就近年來研究發現的具有良好應用前景的生物學標志物進行綜述。

1 胱抑素C(CysC)

CysC是半胱氨酸蛋白酶抑制物超家族成員之一，它通常不會在健康人尿液中檢測到，僅在腎小管損傷患者的尿液中發現過[10]。與SCr相比，腎損傷后血清中的CysC與年齡、性別、種族和肌肉質量的相關性較小，與腎功能的下降相關性更大[11]。在AKI患者中，CysC比SCr升高早14 h[12]。另有研究提出，與SCr相比，CysC檢測可使AKI的檢出時間提早1～2 d[13]。在診斷兒童AKI時，血清CysC水平超過0.4 mg/L時，其診斷AKI的靈敏度和特異度分別為0.92和0.64[14]。ZHENG等[15]對43例兒童體外循環術后患者進行前瞻性的研究發現，術后6 h的CysC水平診斷AKI發生的受試者工作特征曲線下面積(AUC)為0.61。而在近期對183例ICU患者進行的前瞻性研究中發現CysC沒有預測AKI發生的價值，可能原因是在蛋白尿的患者中存在CysC重吸收受阻的情況，從而使測定受到影響[16-17]。

2 中性粒細胞明膠酶相關脂蛋白(NGAL)

NGAL是一種脂鈣蛋白，正常情況下只在腎臟、肝臟、胃和結腸等組織中以極低的水平表達[18]。NGAL在腎小管損傷后表達上調，并在近端小管細胞中表達，然后分泌到尿液中而不被重吸收，腎損傷后2 h內可在血清和尿液中檢測到，其改變先于腎功能。因此，NGAL是一種有用的AKI早期診斷的生物學標志物。在臨床研究中，AKI后血清中NGAL可增加10倍，尿中可以增加100倍[19]。尿NGAL診斷兒童AKI的AUC為0.91(95%CI：0.80～1.00)，最佳臨界值為125 mg/L時，靈敏度和特異度分別為0.92和0.69[14]。CHEN等[20]報道了心臟手術患者2～4 h內血清NGAL水平明顯升高。然而，NGAL在AKI多因素病因研究中并不具備高靈敏度和特異度。SPRENKLE等[21]發現在部分腎切除術患者術后24 h尿NGAL水平沒有升高。更有研究發現，在某些腎前疾病、全身或泌尿系統的感染可能會影響NGAL的檢測，使結果出現偏差[22-23]，限制了NGAL的臨床使用，可能原因是NGAL與先天免疫缺陷有關，其參與了免疫的顆粒細胞成熟過程，也可以與鐵結合，從而限制了細菌的生長[24]。

3 腎損傷因子-1(KIM-1)

KIM-1是一種I型跨膜蛋白，是一類跨膜糖蛋白，它在正常腎臟組織中不表達，在腎損傷后表達升高，其干擾因素較少，被認為是腎損傷的一種杰出的生物標志物[25]。HAN等[26]通過急性腎小管壞死患者的腎活檢標本檢測到人體內KIM-1的明顯表達，他們的研究顯示，尿KIM-1在早期急性腎缺血后12 h內呈進行性升高。最近的其他研究表明，腎臟組織和尿液中KIM-1的檢測有助于AKI的早期診斷，尤其是針對由缺血和腎毒性所導致的AKI具有較高的使用價值[27]。此外，心臟手術后患AKI的兒童術后12 h尿KIM-1水平升高[28]。美國食品和藥物管理局和歐洲藥物管理局已批準尿液KIM-1可用于動物和臨床研究中藥物誘導的近端腎小管損傷的識別和監測。

4 白細胞介素-18(IL-18)

IL-18是一種促炎細胞因子，可在近端小管細胞中激活，并在腎損傷后隨尿尿液排出。先前的研究表明IL-18會加劇腎小管壞死，中和IL-18的抗體后可以減少小鼠的腎損傷[29]。在兒童心臟手術后6 h尿中IL-18水平明顯升高，而SCr水平直到術后48～72 h才升高[20]。此外，成人AKI后2 h尿IL-18水平也明顯升高(高達600 pg/mL)，尿IL-18水平對AKI診斷的靈敏度和特異度均大于90%[30]。然而,在一項單中心前瞻性觀察性隊列研究中，HASSE等[31]的研究數據認為IL-18對預測AKI的診斷價值有限，他們指出,心臟手術后AKI患者與非AKI患者的尿IL-18水平差異無統計學意義(P>0.05)。此外，由于IL-18的促炎癥特性導致結果的誤差，使其在感染患者中使用受限。

5 N-乙酰-d-氨基葡萄糖苷酶(NAG)

NAG是一種存在于近端腎小管細胞中的溶酶體酶，可在腎損傷后釋放到尿液中，且不被腎小球吸收，并很快被肝臟從血液循環中清除[32-34],是一個很好的腎小管損傷相關標志物。尿NAG是腎小管損傷的敏感指標，其在尿中的存在主要是由于近端小管細胞損傷所致。以往實驗表明，NAG是腎臟急性缺血和氧化應激的敏感標志物，暴露于慶大霉素、順鉑或鋰的動物尿NAG水平明顯升高[35]。然而，NAG的臨床應用仍然有限，因為在糖尿病腎病等腎小球疾病中尿液NAG水平也有升高[36]，而其在心臟外科術后的研究較為罕見，故仍需要進一步證實NAG的實用性。

6 熱休克蛋白72(Hsp72)

最近研究發現Hsp72是一種敏感的AKI生物標志物，適用于區分不同程度的腎小管損傷和恢復[37]。MORALES-BUENROSTRO等[38]對56例ICU患者的研究發現，非AKI患者的尿Hsp72水平約為0.3 ng/mL，在ICU的10 d內未受影響，表達較為穩定；相比之下，AKI患者的尿Hsp72水平在早期就明顯高于非AKI患者(P=0.045)，同時可將發現AKI的時間提前3 d；通過ROC曲線分析顯示，在第2天，Hsp72診斷AKI的靈敏度和特異度分別為100%和90%，AUC為0.98；而第1天，Hsp72檢測診斷AKI的靈敏度為94%，特異度為100%，AUC為0.99，臨界值為1.0 ng/mL。因此，Hsp72較其他其他生物標記在診斷的準確性上更具優勢。

7 分泌性白細胞蛋白酶抑制劑(SLPI)

SLPI是一種相對分子質量為12×103(107個氨基酸)的非糖基單鏈蛋白，廣泛表達于髓細胞和其他上皮細胞。WILFLINGSEDER等[39]對8例AKI損傷腎移植的全基因組mRNA譜的評估顯示，不僅NGAL等已建立的生物標志物表達上調，而且SLPI mRNA表達也明顯增強。SLPI基因表達的增加與血漿和尿液中SLPI蛋白水平相關，提示尿液和血液中SLPI的升高可反映腎臟狀態的變化。免疫組織化學染色和原位雜交檢測也證實了這一點[40]。AVERDUNK[41]等對心臟手術后患者進行觀察研究發現，與非AKI患者相比，AKI患者術后6、12、24、48 h的血清SLPI水平均明顯升高。這些發現表明，SLPI是一種新型的AKI預測指標，可能在心臟手術后具有特殊的臨床意義，但也適用于與AKI相關的更廣泛的重癥監護環境。

8 轉錄激活因子3(ATF3)

ATF3是堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)家族ATF/CREB亞家族成員之一，ATF3在大部分正常靜息細胞中的表達水平較低。但當細胞受到體內外損傷性壓力信號刺激時，ATF3的mRNA水平明顯上升，對決定應激狀況下的細胞起重要作用，同時還參與敗血癥的炎性反應，有保護心臟的作用[42]。有研究表明，在大鼠AKI模型中，發現在2～24 h內均可以在尿中檢測出ATF3[43]。由于它在AKI中的早期表達，并且在健康人群中無表達，故可以作為AKI的早期診斷生物學標志物[44]。

9 細胞組織周期抑制物

金屬蛋白酶組織抑制物-2(TIMP-2)和胰島素樣生長因子結合蛋白7(IGFBP7)都是誘發G1細胞周期的阻滯的分子，最近在臨床實踐中被應用于發現危重患者早期AKI。TIMP-2和IGFBP7聯合使用能預測主動脈瓣植入后第1天AKI的發生的靈敏度為100%,特異度為90%。患者尿TIMP-2和IGFBP7相乘的結果>0.3，發生AKI的概率增加7倍[45]。可見，TIMP-2和IGFBP7有望成為心臟術后AKI的早期生物學標志物。

10 其 他

還有許多監測腎功能的指標尚在研究中，如miRNA、β2-微球蛋白、骨橋蛋白、丙酮酸激酶M2等，而更多的生物標志物聯合檢測的方法也在進一步的驗證中。

總而言之，AKI在大型外科手術后會對預后產生不良影響。近些年涌現的許多生物學標志物為早期診斷AKI、監測腎功能變化提供了重要的信息，對改善患者臨床預后具有重要價值。由于AKI的發生機制各不相同，臨床單一使用某項指標診斷AKI仍存在許多不足，需要聯合使用2項或3項標志物，才能進一步提升AKI診斷的準確率。而在大數據時代的引領下，將AKI危險因素和敏感的生物學標志物進行有效整合，建立AKI風險模型，也是未來重要的研究熱點。