肾小管间质损伤尿液生物学标志物的研究进展

刘竹枫(综述)，张碧丽(审校)

(天津市儿童医院肾内科，天津 300074)



肾小管间质损伤尿液生物学标志物的研究进展

刘竹枫※(综述)，张碧丽(审校)

(天津市儿童医院肾内科，天津 300074)

摘要：近年来，人们逐渐认识到肾小球疾病的发展和预后与肾小管间质损伤的程度密切相关，临床上判定肾小管间质损伤的金标准是肾病理检查，但其为创伤性检查，重症患者往往难以忍受。尿液生物学标志物可早期动态反映肾小管间质病变的活动和进展，因而受到越来越多的关注。该文详细介绍了与肾小管间质损伤相关的尿液生物学标志物，如蛋白质分子标志物、尿酶类生物学标志物等。

关键词：肾小球疾病；肾小管间质；肾小管间质损伤；尿液生物学标志物

肾小球疾病的发展与预后不仅与肾小球本身的损伤有关，更与肾小管间质损伤的程度密切相关，目前临床上常用的检测方法往往不能早期动态反映肾小管间质损伤。因此，积极寻找能够早期反映肾小管间质损伤及动态变化的生物学标志物已成为国内外学者研究的热点。尿液标本蕴含的生物学信息非常丰富，近年的研究发现，肾小管间质损伤后，尿液生物学标志物发生一系列变化，包括蛋白质、酶类的有无或量的变化，现将就尿液生物学标志物在肾小管间质损伤中的研究进展予以综述。

1蛋白质分子标志物

1.1肾损伤分子1(kindy injury molecule-1，KIM-1)Kim-1是分布在肾近曲小管上皮细胞的一种跨膜糖蛋白，属于免疫球蛋白基因超家族。Kim-1在正常肾脏组织中几乎不表达，而在缺血或肾毒性损伤后再生的近曲小管上皮细胞中显著表达。一项关于顺铂致肾近曲小管损伤大鼠模型的研究中显示，注射顺铂6周后，KIM-1的表达即开始增加，而乳酸脱氢酶、总蛋白等在8~12周后才开始增加；免疫荧光标记结果显示，KIM-1的表达在近曲小管上皮细胞显著增加，而在凋亡坏死细胞在12周后仅有微量增加[1]。这个结果显示，KIM-1表达的增加发生在肾近曲小管损伤早期，细胞坏死的起始阶段，其较乳酸脱氢酶、总蛋白等更为敏感[1]。肾毒性物质致急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)时，相比其他传统的肾损伤标志物血尿素氮、肌酐，KIM-1显示了更高的敏感性和组织特异性[2]。慢性肾损伤时，KIM-1的表达也明显增高，在阿霉素诱导的肾脏疾病中，随着治疗后尿蛋白的减少，KIM-1呈正比例下降，这似乎说明了早期肾小管损伤的可逆性，也支持KIM-1可作为肾小管间质损伤和修复的标志物[3]。

1.2中性粒细胞明胶酶相关蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL)NGAL是一种相对分子质量为25 000 的小分子蛋白，正常情况下，NGAL在人类多种组织中呈低表达，当肾小管上皮细胞受损时，其表达显著增强[4]。NGAL表达增强后，通过转运到近端小管的铁促进血红素加氧酶1表达，从而促进肾小管上皮再生，发挥保护肾小管的作用[5]。Lacquaniti等[6]检测1型糖尿病不伴肾脏损害患者血液和尿液中的NGAL，结果表明，血及尿液中NGAL的水平明显高于健康人，且NGAL的水平与血红蛋白水平呈正相关。人们常把尿微量白蛋白作为糖尿病肾病早期损伤的标志物，而此研究显示NGAL较尿微量白蛋白有更高的灵敏度和特异度，其有望成为糖尿病肾病的早期标志物[6]。在慢性肾脏疾病时，尿液中NGAL的水平高于血液中的水平，血液NGAL并不能被证实是慢性肾损伤的特异生物学标志物[7-8]。

1.3肝型脂肪酸结合蛋白(liver-type fatty acid binding protein，L-FABP)脂肪酸结合蛋白是一种参与脂肪代谢的小分子蛋白，其相对分子质量为4000~15 000，其作用主要是促进长链非酯化脂肪酸的转运。L-FABP位于近端小管上皮细胞中，在损伤的小管细胞中含量丰富。在氨基糖苷类抗生素肾损伤大鼠模型中，肾小管损伤早期，尿液中的L-FABP即显著升高，提示其可能是早期肾小管损伤的敏感指标物[9]。在抗肾小球基膜抗体肾炎大鼠模型中，L-FABP在肾近曲小管的过表达对肾小管和肾小球损伤的进程起延缓作用[10]。在成人体外循环下心脏手术后相关的AKI的研究中，与其他尿液生物学标志物相比，L-FABP在术前及术后6 h的表达即明显高于其他指标，提示其可作为AKI早期的敏感监测指标[11]。

1.4α1微球蛋白α1微球蛋白是一种小分子糖蛋白，由肝脏和淋巴细胞合成，相对分子质量约为33 000。血液中游离的α1微球蛋白可自由通过肾小球滤过膜，95%~99%在肾近曲小管重吸收和代谢，只有微量α1微球蛋从终尿中排出。肾小管损伤时重吸收功能下降，尿中α1微球蛋白的排泄增多，且其升高早于微量蛋白尿的出现。α1微球蛋白在尿液中的水平远高于转铁蛋白等低分子量蛋白，其性质较为稳定，改变早于肾小管损伤的形态学改变，且不受尿液酸碱度的影响，临床检测方便，可作为早期诊断近端肾小管间质损伤的敏感指标[12-13]。

1.5β2微球蛋白β2微球蛋白是由淋巴细胞、血小板、多形核白细胞等分泌的一种由99个氨基酸组成的单链多肽，相对分子质量为11 800，其是有核细胞表面Ⅰ型人白细胞抗原的轻链蛋白，与重链脱离后作为单体进入循环。正常人体内β2微球蛋白的水平相对恒定，几乎全部从肾小球滤过，99.9%由近曲小管以胞饮的形式重吸收，并在肾小管上皮细胞内分解，故正常人尿液中β2微球蛋白是很微量的。当近曲小管受损，重吸收功能下降时，尿中β2微球蛋白的排出增多。β2微球蛋白不及α1微球蛋白稳定，受尿pH值的影响较大，pH<5.5时开始降解，因此测定前可给患者服用碱性药物使尿的pH>6。研究证实，β2微球蛋白可作为近曲小管损伤的早期标志物，并且其还能反映近端肾小管损伤的程度[14]。

1.6白细胞介素 18(interleukin 18，IL-18)IL-18是近端小管产生的一种促炎因子，相对分子质量约为24 000。IL-18可以诱生多种免疫炎性因子，在多器官炎症反应和缺血损伤中起重要作用，在自身免疫性疾病、感染、肿瘤及变态反应等多领域被广泛研究。检测心肺分流术后发生AKI的患者尿液中IL-18的水平发现，患者术后4~6 h即可检测到IL-18，12 h达到峰值，其出现明显早于血肌酐[15]。Buelow等[16]对20例先天性心脏病患者行肺动脉瓣置换术，检测术后发生AKI的患者(7例)其术前、术后尿液中IL-18和NGAL的水平发现，术前患者尿液中IL-18和NGAL的水平均已显著升高，分别高于基础值的6倍和26倍；术后发生AKI者6 h内即可检测到IL-18和NGAL，远远早于12~36 h才能检测到的血肌酐。危重症患儿发生AKI时，IL-18可较早地做出提示，而且AKI的程度越重，尿液中IL-18的水平越高，患者死亡者明显多于存活者，提示IL-18的水平可预测病死率[17]。

1.7半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cysteine proteinase inhibitors，Cys C)Cys C是一种低分子量蛋白质，分子质量为13 359，Cys C可自由通过肾小球滤过膜，在近曲小管几乎被完全重吸收和降解，不再回到血循环中，而且肾小管上皮细胞也不分泌Cys C，因此理论上其是评估肾小球滤过率较理想和敏感的内源性标志物。一项针对心外科手术后发生AKI的前瞻性研究显示，术后发生AKI者尿液中Cys C的水平在术后6 h即明显增高，且显著高于未发生AKI者，而血液中Cys C的变化不明显，提示尿液中Cys C可用于AKI的早期监测[18]。

2尿酶类生物学标志物

2.1N-乙酰β-D-葡萄糖苷酶(N-acetyl-β-glucosaminidase，NAG)NAG是广泛存在于各种组织器官中的溶酶体水解酶，相对分子质量约为140 000，其在肾近曲小管上皮细胞内的含量丰富。由于 NAG的相对分子质量较大，因而不能经肾小球滤过，正常情况下尿中可检测到微量的NAG。NAG对化学物质、免疫活性物质、缺血、缺氧、毒素等反应灵敏。在肾脏损伤早期，由于肾小球高滤过，白蛋白自肾小球的滤出增加，但过多的白蛋白在近曲小管又被重吸收，故尿液中的白蛋白并不增加。白蛋白的重吸收过程中可激活肾小管上皮细胞的NAG，使其活性增加，尿中排出增多，因而尿白蛋白正常而尿中NAG的活性增加。尿中NAG活性的增加先于尿白蛋白的出现，故NAG活性增加为近曲小管受损的早期标志之一[19]。关于心肺分流术的前瞻性研究发现，在血肌酐升高前，尿液中的NAG和KIM-1即可明显增加[20]。

2.2基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)MMP-9是一类依赖于锌、钙等金属离子的蛋白水解酶，相对分子质量为92 000。MMP-9包含一个Ⅴ型的胶原蛋白结构域，此结构域具有高度的糖基化作用，其影响底物的特异性，并有抗衰变的作用。MMP-9的作用底物较多如Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ型胶原、蛋白聚糖的核心蛋白等。在肾中毒血清肾炎(nephrotoxic serum nephritis，NTN)诱导的大鼠模型中先后观察到MMP-9早期的增量表达、白细胞浸润、蛋白尿及肾衰竭[21]。MMP-9缺乏会减少组织细胞的损伤和巨噬细胞促炎症反应的浸润，从而延缓NTN的进程。在实验性新月体肾小球肾炎中，MMP-9间接延缓了巨噬细胞活化所致的肾损伤[21]。在AKI大鼠模型中，MMP-9在肾脏近端小管S3片段上表达的增加，延缓了细胞凋亡，MMP-9的缺乏会加速细胞凋亡，加重肾脏病变，延缓肾功能的恢复[22]。

2.3丙氨酸氨基肽酶(alanine aminopeptidase，AAP)AAP是一种氨基肽酶，相对分子质量为240 000，存在于人体各脏器中，特别是肾近曲小管的刷状缘、毛细胆管、小肠黏膜。因AAP的分子量较大，故血中的AAP不易通过肾小球基膜，因此尿液中的AAP多来源于肾脏近端小管上皮细胞的刷状缘。研究表明，肾小管损伤后，尿常规无变化时尿AAP的水平已明显增加[23]。Spasovski等[24]检测35例未经治疗的类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)患者尿液中AAP、 γ谷氨酰转移酶(γ-glutamyl transpeptidase，γ-GT)以及β2微球蛋白的水平发现，AAP灵敏度高于β2微球蛋白和γ-GT，18例类风湿因子(rheumatoid factor，RF)阴性RA患者，APP阳性14例、γ-GT阳性10例、β2微球蛋白未检出，17例RF阳性患者，APP和γ-GT分别检出10例和6例，β2微球蛋白未检出，说明APP灵敏度优于γ-GT和β2微球蛋白。

2.4谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase，GST)GST是一组与肝脏解毒功能相关的可溶性包浆酶，主要存在于肝脏内，微量存在于肾、小肠、睾丸以及卵巢等组织中。一项前瞻性研究提示，肾小管间质损伤早期，尿液中GST的表达水平即增加[25]。

2.5γ-GTγ-GT是一种细胞分泌酶，广泛分布于人体各组织中，肾内最多，其次是胰和肝。在肾脏主要分布于肾近曲小管上皮细胞刷状缘中，γ-GT的相对分子量较大，因而不能通过肾小球滤膜，因此尿中γ-GT主要来源于肾小管的上皮细胞。当肾近曲小管受损，上皮细胞刷状缘受损脱落，尿中γ-GT 的活性增高，提示γ-GT可作为肾小管间质损害的监测指标[24,26]。

3结语

尽管尿液中的生物学标志物为动态监测肾小管间质的早期损伤提供了很大的帮助，但至今为止，尚未有单一的生物标志物能够敏感地、特异地将某种疾病与其他疾病区分开来[27]，目前的研究主要是联合检测多种生物学标志物以提高诊断的灵敏度和特异度。迄今的研究由于样本量、疾病种类及生物学标志物的多样性、复杂性以及异质性，导致结果还存在许多矛盾之处。如何从肾小管间质损伤后出现的诸多的尿液生物学标志物中筛选出更有应用价值的指标并更好地应用于临床是未来需要进一步解决的问题。

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Research Progress in Urine Biomarkers of Renal Tubulointerstitial InjuryLIUZhu-feng,ZHANGBi-li. (DepartmentofNephrology,TianjinChildren′sHospital,Tianjin300074,China)

Abstract:In recent years,people gradually realize that the development and prognosis of glomerular diseases are closely related with the degree of renal damage of tubulointerstitial.The gold standard of determining renal tubulointerstitial injury is pathological detection,but it is traumatic,and it′s difficult for severe patients to tolerate.Urine biomarkers can reflect the early activity and progress of renal tubulointerstitial injury,and is drawing more and more attention.Here is to make a review of the biomarkers of renal tubulointerstitial injury,such as urine protein,enzyme biomarkers and so on.

Key words：Glomerular disease; Renal tubulointerstitial; Renal tubulointerstitial injury; Urine biomarkers

收稿日期：2014-12-22修回日期：2015-04-28编辑：辛欣

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.032

中图分类号:R692.6

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)21-3932-04