急性肾损伤早期生物标志物研究进展

付　锴，赵久阳，滕思远

(大连医科大学附属第二医院 肾内科，辽宁 大连 116027)



急性肾损伤早期生物标志物研究进展

付锴，赵久阳，滕思远

(大连医科大学附属第二医院 肾内科，辽宁 大连 116027)

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)的早期诊断对延缓病情进展，改善患者预后具有重要的意义，但目前对AKI的诊断仍然没有早期敏感特异的指标。本文通过对中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白、肾损伤分子1、肝脏型脂肪酸结合蛋白等AKI早期标志物基本特征、基础与临床研究、应用前景等方面的阐述，探讨其在AKI早期诊断、功能分级及预后判断的价值。

急性肾损伤；生物标志物；诊断

[引用本文]付锴，赵久阳，滕思远.急性肾损伤早期生物标志物研究进展[J].大连医科大学学报，2016,38(4)：392-396.

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是指由多种病因引起的短时间(几小时到几天)内肾功能突然下降而出现的临床综合征。这种临床综合征之前被称为急性肾衰竭 (acute renal failure, ARF)，近年来被重新定义为急性肾损伤 (AKI)[1]。AKI临床多发且病死率较高，流行病学调查表明在总住院病人中的发病率为5%～7%，而在重症监护病房(intensive care unit, ICU)病人中发病率为25%[2]，其中病死率约为50%～80%[3]。2012年KDIGO指南对急性肾损伤的诊断及分级标准进行了修订[4]：(1)Scr在48 h以内增加≥26.5 μmol/L；(2)在7 d内Scr增加≥基线值的1.5倍；(3)尿量<0.5 mL/kg·h持续超过6 h，符合以上三条之一均可诊断AKI。其分期为：I期：血肌酐增至基线水平的1.5～1.9倍或增加≥0.3 mg/dL(26.5 μmol/L)，或尿量<0.5 mL/kg·h，持续6～12 h；Ⅱ期：血肌酐增至基线水平的2.0～2.9倍，尿量<0.5 mL/kg·h，持续时间≥12 h；Ⅲ期：血肌酐增至基线水平的3倍或血肌酐增加≥353.6 μmol/L或开始肾替代治疗或患者年龄<18岁，GFR<35 mL/min·1.73m2，尿量<0.3 mL/kg·h，持续≥24 h，或无尿持续时间≥12 h。新修订的AKI的诊断及分级标准仍以血肌酐和尿量为准，不能及时发现早期肾损伤，故探寻快速、准确、经济、可行，能够反映早期肾损伤的生物标志物，对AKI早期诊断、早期干预，进而延缓、阻止病情进展，改善患者预后具有重要的意义。现以肾小管损伤与肾小球损伤为分类依据，就几种常见AKI早期生物标志物近年来的研究新进展进行综述。

1　急性肾小管损伤标志物

肾小管损伤是早期AKI的重要表现，由各种病因引起的肾缺血缺氧、肾毒性损害及炎性反应在肾损伤的早期即可导致小管上皮细胞的损伤，出现分泌及/或重吸引的异常，反映损伤的标志物由尿液中排出，对早期AKI的预测和诊断有着重要的意义。

1.1中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)

NGAL是目前研究最多的急性肾损伤早期标志物之一，它是脂质运载蛋白lipocalin超家族的2号成员，相对分子质量为25 kD。NGAL与明胶酶B，即MMP-9共价结合，形成1351 kD的异二聚体蛋白，由人类中性粒细胞分泌[5]，可在肾脏、支气管、肺、胃气道等组织表达[6]。有动物模型临床前研究发现，在AKI早期NGAL基因表达即出现明显上调[7]。NGAL与肾小管上皮细胞受损关系密切，各种原因导致肾小管功能受损时会引起NGAL重吸收障碍，导致血、尿NGAL水平升高，其中尿中的NGAL由肾小管细胞和部分中性粒细胞分泌，还有一部分来自于经过滤的血浆NGAL；而血浆中的NGAL不仅来源于受损伤的肾脏，也有一部分来源于与肾脏相关的其他器官。NGAL被认为是预测AKI最早出现异常的生物标志物[8]，且具有很高的准确性、灵敏性和特异性。Bennett等[9]研究表明，成人心脏术后2 h血和尿NGAL均是预测AKI发生的独立预测因子，术后发生AKI的AUC分别为0.96、0.95，当取截断值分别为150 μg/mL和100 μg/mL时，敏感性和特异性分别为0.84、0.82和0.94、0.90。儿童心脏体外循环术后1 h尿NGAL明显增高，术后1 h、3 h预测AKI的曲线下面积分别为0.85、0.92[10]。Shapiro等[11]进行血浆NGAL的研究，发现当血浆NGAL含量>150 ng/mL时，诊断AKI的灵敏性为96%，AUCROC为0.82。Briguori等[12]比较了尿KIM-1、NGAL在早期诊断造影剂相关AKI中的价值，发现尿NGAL比KIM-1更早升高，且上升幅度更大，但KIM-1的特异性更好。同时NGAL还可以反映肾单位受损的严重程度及判断AKI的预后。Cruz等[13]研究发现，NGAL是AKI患者28 d病死率的独立预测指标，且如果联合尿CysC，NGAL可预测60 d肾脏功能的恢复，AUC为0.7～0.8。此外血NGAL还是脓毒血症并发AKI患者的诊断、严重分期、预后判断的生物标志物[14]。因此，NAGL是一种早期、灵敏、特异，能够反映AKI严重程度及预后的指标，且有荧光免疫层析法、酶联免疫吸附试验(ELISA)及免疫化学发光法等多种检测手段，但检测费用较高，如能控制成本可进一步应用于临床。

1.2肾损伤分子1(kidney injury molecule-1, KIM-1)

肾损伤分子1是一种由334个氨基酸残基组成的Ⅰ型跨膜糖蛋白，属于免疫球蛋白基因超家族成员，相对分子质量50～80 kD，在受损伤的近曲小管上皮细胞中表达上调，与小管上皮细胞的早期损伤和修复有关，且其浓度与肾损伤程度呈正比[15]，因此尿液KIM-1是一个新型急性肾损伤的生物学标志物[16]。在大鼠双肾缺血再灌注损伤模型中，双肾缺血再灌注3 h、6 h、24 h后，与对照组相比，尿KIM-1水平分别增加了3倍、6倍和700倍。而血清Urea、Scr、NAG只在再灌注的早期(3～9 h)出现轻微和短暂的升高。KIM-1不仅优于传统的肾损伤标志物，而且AUCROC 可达0.91～0.99[17]。在顺铂介导的急性肾损伤大鼠模型中，KIM-1预测急性肾损伤的灵敏度高达100%，且肾损伤后期特异性更高[18]。KIM-1检测不仅可以早期诊断AKI，而且可以预测其预后。在急性肾损伤晚期，KIM-1高表达与肾脏纤维化及慢性炎症相关，可作为慢性肾病进展的重要预测分子[19]。然而，也有研究数据显示，KIM-1在预测AKI患者需要透析和死亡率方面较其它尿生物标志物价值低[16]。与NGAL相比，KIM-1特异性更好，且目前可用ELISA 法、western blot法、微珠法、免疫化学发光法等方法进行检测，现KIM-1已被FDA和欧洲药品局作为一个检测药物诱导肾损伤的高度敏感和特异性标志物。

1.3肝脏型脂肪酸结合蛋白(L-type fatty acid-binding protein，L-FABP)

1.4Na+/H+离子交换器异构体(Na+/H+exchanger isoform 3，NHE3)

Na+/H+离子交换器异构体位于近端小管的管腔侧和髓襻升支粗段细胞中，负责跨膜转运重吸收滤液中的钠离子，是肾小管最丰富的Na+运输器。肾损伤早期，近曲小管刷状缘受损，肾小管细胞坏死，并伴有细胞内液的释放和顶膜细胞碎片进入肾小管液中，致尿中NHE3水平增加。因此NHE3可作为肾小管损伤特异性、非侵袭性标志物。但是NHE3的检测须对尿液标本进行复杂的处理，且目前尚不清楚NHE3在各种病因所致AKI中的阈值，这限制了其在临床上的应用。

1.5白细胞介素18(Interleukin 18, IL-18)

白细胞介素18为促炎性反应细胞因子，相对分子质量为18 kD，在炎症反应及缺血所致肾小管损伤上皮细胞快速表达，并参与肾损伤和修复的过程。在缺血性肾损伤动物模型的尿中IL-18浓度明显升高，对诊断AKI的特异性和敏感性均>90%，且不受尿路感染、慢性肾衰竭的影响[23]。Nisula等[24]发现尿IL-18对ICU新发AKI患者AKI发展、AKI3期、需要透析、90 d病死率的AUC分别为0.586、0.667、0.655、0.536。提示尿IL-18可作为预测AKI严重程度及病死率的指标，但是价值较低，如果联合其它生物标志物(如KIM-1)则可明显提高预测价值[25]。

1.6神经生长因1(netrin-1)

神经生长因子1的相对分子质量为50～75 kD，通常位于肾小管周围毛细血管细胞中，在新血管的形成、细胞黏连和肿瘤发生中有重要作用，可以通过促进增殖、抑制凋亡来保护肾小管上皮细胞，它在缺血损伤的肾小管上皮细胞中高表达。正常人尿中检测不出netrin-1，而在AKI患者尿中netrin-1水平显著增加，提示尿netrin-1可作为AKI的预测指标[26]。动物模型研究也表现，肾损伤后尿netrin-1升高较早，且肾灌流恢复，尿netrin-1即恢复正常，故尿netrin-1也可用来评估肾功能的恢复。

1.7丛生蛋白(Clusterin)

丛生蛋白是相对分子质量为76～80 kD的糖基化蛋白，具有维持脂质转运、细胞相互作用、补体防御和启动凋亡等功能。研究发现，肾切除术后、多囊性肾病和肾细胞瘤引起的AKI，Clusterin和KIM-1一样都能在肾损伤后的去分化肾细胞中表达增加[27]。Ishii A等[28]研究表明，单侧输尿管梗阻时Clusterin在损伤的肾小管上皮细胞中表达增加，同时尿中含量也升高。以上研究提示丛生蛋白可作为急性肾损伤的早期生物标志物。

1.8N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶 (N-acetyl-β-D-glucosa-Minidase, NAG)

N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶是一种存在于近端肾小管上皮细胞溶酶体中的酶，当肾小管受损时排泄增多，使尿NAG水平升高[29]，故NAG可早期预测急性肾损伤。Taub等[30]研究表明，NAG预测成人心脏术后12 h、24 h发生AKI的AUC分别为0.69、0.70。动态监测尿NAG的变化可反映AKI病情的变化趋势及转归，其预测透析需要的AUC为0.81，敏感性和特异性分别为0.85、0.62[31]。

1.9胎球蛋白A(Fetuin A)

胎球蛋白是一种由肝脏合成并释放入循环的急性时相蛋白，其在AKI中的病理意义尚不清楚，可能与肾小管细胞凋亡有关。最近一项研究显示，尿Fetuin-A水平在缺血再灌注损伤早期(2～8 h)即有明显升高，而在肾前性氮质血症未见升高[32]。目前Fetuin-A检测手段繁复限制了其在临床的应用。

2　急性肾小球损伤标志物

由于AKI的早期以肾小管的损伤为主要表现，所以目前关于急性肾小球损伤的生物标志物的研究较少。但是发生AKI时可能会存在足细胞、系膜细胞的损伤，故仍需对急性肾小球损伤的生物标志物予以关注。

2.1基质金属蛋白9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)

基质金属蛋白酶9是相对分子质量为92 kD的Ⅳ型胶原酶，主要在肾小球中表达，尿中可检测到，在组织发育、维持内环境稳定中发挥重要作用。研究发现在肾局部缺血和再灌注损伤模型中MMP-9水平增加，从而调节肾小球和肾小管血管的变化，增加肾小管渗透性[29]。尿基质金属蛋白酶9在急性肾损伤患者尿中的浓度较慢性肾病与正常健康人显著升高，提示MMP-9在肾损伤早期发挥作用。但Han WK等[29]的一项病例对照研究表明，MMP-9虽可较血肌酐更早发现急性肾损伤，但是其敏感性不如KIM-1及NAG。同时因MMP-9易受尿路感染等炎症因素的影响，故利用其诊断急性肾损伤需排除尿路感染。

2.2富含半胱氨酸蛋白61(cystein-rich protein 61，CYR61)

富含半胱氨酸蛋白61为富含半胱氨酸的肝素结合蛋白，相对分子质量为42 kD，是一类Ca2+介导的磷脂结合特性的蛋白质超家族成员。它与细胞外基质信号分子传导、细胞迁移、黏连和分化有关，在肾小球超微结构中参与细胞膜形成、细胞的吞噬和吞饮、细胞膜运输、细胞骨架的稳定、离子通道形成和开启、离子流量调节等。正常肾组织中，CYR61经足细胞分泌，可增强肾小球细胞的修复功能，防止小球毛细血管阻塞，是肾小球系膜防护因子。研究发现在肾小球疾病患者的肾穿刺活检组织中，富含半胱氨酸蛋白61在足细胞中的表达明显减少，提示富含半胱氨酸蛋白61作为足细胞受损的敏感指标，可用于急性肾损伤的诊断[33]。由于CYR61在尿液中存留时间短，检测上需要肝素琼脂糖磁珠纯化技术，对其在临床上的应用造成了限制。

虽然近年发现了多种新的急性肾损伤的生物标志物，而且深入的研究也在持续进行，但是多数研究仍主要集中在NGAL、KIM-1、NAG、L-FABP等几项标志物。在动物造模及临床实验中，这些标志物均表现出较好的敏感性及特异性，而且诸如胱抑素C、NAG、KIM-1等生物标志物已进入国内外的临床应用，为急性肾损伤的早发现、早诊断、早干预提供了有力的支撑。但是理想的生物标志物应在快速、准确、经济、可行的基础上兼备提示肾损伤原因、部位、程度、预后的作用。由于急性肾损伤定义较广，病理生理机制复杂，目前来看，尚无一种生物标志物能达到该要求。但不同的生物学标志物各有所长，例如NGAL更灵敏，而KIM-1的特异性更好，因此需要就目前已发现的生物标志物进行组合，联合检测以取长避短，如IL-18联合KIM-1、L-ABP临床指标均取得了更好的意义。因此联合检测，反复尝试以寻求较为理想的组合可作为研究的突破口。近来国内已有学者联合了尿胱抑素C、NGAL、KIM-1、lL-18四种生物学标志物检测早期AKI，发现并联试验检测时灵敏度及串联试验检测时的特异性均较单个标志物明显提高[34]。所以仍要尝试新的组合，探寻理想的方案。除NGAL、KIM-1、NAG、L-FABP等几种常见的标志物外，对诸如Na+/H+离子交换器异构体、神经生长因子1、胎球蛋白等许多标志物的研究仅停留在动物造模实验上，缺乏大型的临床实验，其诊断AKI的灵敏性与特异性仍不详。因此对这些研究较少的标志物，应该更加关注。此外，探寻新的生物标志物仍为重要选择，这需要发散思维，从肾损伤蛋白超家族、其它器官损伤标志物、尿液蛋白组学等方面进行不断的尝试和更深入的研究。

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Research progress in early biomarkers of acute kidney injury

FU Kai, ZHAO Jiu-yang， TENG Si-yuan

(DepartmentofNephrology,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116027,China)

Early diagnosis of acute kidney injury (AKI) is important to postpone the progression of kidney disease and improve prognosis. However, there are still no sensitive and specific early diagnostic biomarkers. The essential characteristics, basic and clinical researches，and application prospects of some early biomarkers of AKI such as neutrophil gelati-associated lipocalin (NGAL), kidney injury molecule1 (KIM-1), and L-type fatty acid-binding protein (L-FABP) are described in this article. Meanwhile, the practical values of these biomarkers in diagnosis, function staging and prognosis of AKI are investigated.

acute kidney injury; biomarkers; diagnosis

国家科技部支撑计划(2013BAI09B06)

付 锴(1990-)，男，河南信阳人，硕士研究生。E-mail: fukai616@163.com

滕思远，主治医师。E-mail: sijianyuan_2006@126.com

综述10.11724/jdmu.2016.04.20

R692

A

1671-7295(2016)04-0392-05

2015-10-22；

2016-05-21)