生物标志物在急性肾损伤诊断中的研究进展

王洋一，胡宏章，王军荐，胡凤姣,严薛丹，李 松

(1.四川大学华西医院 实验医学科，四川 成都610041；2.成都上锦南府医院)

急性肾损伤(AKI)是一种常见且严重的疾病，与发病率，死亡率和护理成本显著增加有关。普通住院患者AKI发病率达20%，儿科重症监护病房的发病率达27%，成人重症监护病房的发病率达30%至50%[1]。此外，根据报道，AKI每年使美国医疗保健系统损失约100亿美元[2]。同时，AKI的发病率和并发症正在增加。

随着对AKI病理生理学的深入理解，新的生物标志物，包括血清抑制剂胱抑素C(CysC)、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、肾损伤分子1(KIM-1)、白细胞介素-8(IL-8)、肝脏型脂肪酸结合蛋白(L-FABP)、尿液血管紧张素原(AGT)、尿微小RNA、胰岛素样生长因子结合蛋白7(IGFBP7)和组织抑制剂金属蛋白酶-2(TIMP-2)等，被报道用于AKI的诊断[3]。这些生物标志物大多数可以在血清和尿液中检测到，并且与早期AKI预测显著相关，本文将对一些主要标志物进行综述。

1 中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白

中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白是一种在AKI中被发现过度表达的蛋白质。尿液或血清中NGAL浓度的升高比其他经典肾功能标志物如血清肌酐更早出现，因此使其成为早期病理检测的合适标志物，可以很好的预测AKI[4]。

Negrin 等[5]调查了血清NGAL是否可作为多发伤患者早期AKI的诊断生物标志物。与无AKI组相比，AKI组中的第2天血清NGAL水平更高。在患有AKI的多发伤患者中，从初始到第2天的评估，血清NGAL水平的增加可能表明肾功能恶化，从而表明AKI进展。与最初的血清NGAL水平不同，第2天血清NGAL水平可能是定义AKI的合适生物标志物。Zhang等[6]调查了NGAL在AKI早期诊断中的临床意义。术后不同时间点，AKI组NGAL水平明显高于非AKI组。对于NGAL早期诊断，AKI曲线下面积为0.904，敏感性为90.2%，特异性为89.5%，诊断效果高于CysC和SCr。因此，NGAL显示出对AKI的令人满意的早期预测价值，并且可以用作早期AKI诊断的生物标志物。Ye等[7]通过单中心巢式病例对照研究，评估了尿肝型脂肪酸结合蛋白(uL-FABP)、uNGAL和肾损伤分子-1(uKIM-1)用于早期检测PCI 术后AKI的有效性。ROC曲线分析显示，uL-FABP、uNGAL和uKIM-1的 AUC在PCI后6小时为0.809,0.867和0.512， PCI后24小时分别为0.888、0.840和0.676。在PCI后6小时，uL-FABP联合uNGAL的AUC为0.899， PCI后24小时为0.917。因此，在PCI后6和24小时测量uL-FABP和uNGAL水平可用于检测老年患者的AKI，而uKIM-1水平在AKI的早期诊断时的预测能力较差。

关于NGAL和胱抑素C在早期检测AKI中的准确性存在争议。Ataei等[8]比较了尿液NGAL(uNGAL)和半胱氨酸蛋白酶抑制剂C在AKI早期检测中的作用。结果显示，儿童AKI诊断中uNGAL水平的ROC曲线下面积为0.91，胱抑素C的ROC下面积为0.90。该研究表明，uNGAL水平与AKI早期诊断中血清胱抑素C水平相同。Yegenaga等[9]比较了生物标志物NGAL与胱抑素C作为重症监护病房成年患者发生AKI风险的能力。患者入院时血清肌酐平均值与对照组无显著差异;然而，第二天的血清和尿NGAL浓度有显著差异。值得注意的是，48小时血清胱抑素C浓度没有差异。因此，重症监护室入院第2天尿液和血清中的NGAL浓度可用于预测重症监护病房随后3至7天急性肾损伤的发展，而胱抑素C浓度没有预测价值。Assadi等[10]评估了尿IL-18、KIM-1和NGAL预测循环衰竭危重患儿发生AKI的能力。研究证实，尿KIM-1在早期检测AKI方面表现最强，其次是NGAL、IL-18和肌酐清除率。尿KIM-1在循环衰竭后早期检测AKI的最高AUC为0.81，其次是NGAL(0.77)和IL-18(0.69)。在3个有希望的尿液生物标志物中，KIM-1在SCr或肌酐清除率变化明显之前，表现出诊断循环衰竭患儿AKI的能力最佳。

综上，不论是尿NGAL还是血清NGAL，其在早期AKI的诊断中都具有很好的准确性，对比一些其他标志物，其准确性更好。但NGAL对不同病人并发AKI的诊断效果不同，未来的研究应该具体探讨NGAL对不同AKI的诊断能力，以确定其在临床应用的效果。

2 金属蛋白酶组织抑制因子-2和胰岛素样生长因子结合蛋白7

金属蛋白酶组织抑制因子-2和胰岛素样生长因子结合蛋白7是G1细胞周期停滞的诱导因子，是最近发现的两种AKI早期诊断的良好生物标志物。Meta分析[11]，[TIMP-2]*[IGFBP7]对AKI早期诊断的敏感性为0.84，特异性为0.57， ROC分析显示曲线下面积为0.8813。尿[TIMP-2]*[IGFBP7]是早期AKI的有效预测因子，可以以中等诊断准确度预测AKI的发生[12]。但是meta分析纳入研究数量有限，样本量小，未发表的阴性结果和语言限制可能影响评估。总体而言，尿液[TIMP-2]*[IGFBP7]是早期发现AKI的有希望的候选者，特别是在排除AKI时，使用[TIMP-2]*[IGFBP7]来识别急性肾损伤风险可以使每位患者的医院成本降低约1578美元[13]。然而，这种生物标志物的潜力应该在具有更广泛临床环境的大型研究中得到验证。

3 血清肌酐及血清胱抑素-C

与新提出的AKI生物标志物相比，血清肌酐(SCr)是AKI一种不敏感和晚期的生物标志物。Zhou等[14]探讨了SCr、胎盘生长因子(PLGF)、内皮素-1(ET-1)、KIM-1和β2-微球蛋白(β2-MG)水平对妊娠相关的急性肾损伤(PR-AKI)患者的诊断价值。结果显示，分娩后1个月、3个月、6个月和12个月，预后不良组SCr无显著差异， ET-1，KIM-1和β2-MG显著下降，PLGF显著增加。 Logistic回归分析显示，SCr、KIM-1、ET-1与PR-AKI患者的预后相关。因此，SCr、KIM-1和ET-1可用于PR-AKI筛查。研究显示[15]，48.3%的慢性心力衰竭急性失代偿住院患者发生急性肾损伤，与不损害肾功能的患者相比，慢性心力衰竭和AKI急性失代偿患者的尿液中血清NGAL和CysC、KIM-1和血管紧张素原值显著升高，这些生物标志物既可用于急性肾损伤的早期诊断，也可用于慢性心力衰竭急性失代偿患者的AKI预测。

Kari等[16]比较了血清胱抑素-C(s-Cys-C)和uNGAL作为诊断AKI生物标志物的价值。入院时基线uNGAL高的患者发生AKI的风险增加了两倍，而入院时基线s-Cys-C高的患者风险几乎增加了四倍。在随访期间，uNGAL阈值为223 ng/mL时，可以正确预测80.0%AKI患者，敏感性为72.7%，特异性为89.9%。 而当s-Cys-C确定阈值时，可以正确预测75%的AKI患者，相应的敏感性为63.6%，特异性为88.9%。uNGAL和s-Cys-C可预测重症患儿早期的AKI。uNGAL和CysC的敏感性和特异性高于其血清对应物，为AKI和CKD之间提供了强有力的鉴别工具。然而，CysC表现出的敏感性低于NGAL，表明有非特异性因素的影响，对于这些非特异性因素需要进一步研究。Saydam等[17]进行了一项前瞻性单中心研究，涉及57例接受CBP心脏手术的患者，比较了血清β-痕量蛋白(BTP)、NGAL和CysC水平用于早期诊断CPB相关AKI的作用。结果显示，与其他生物标志物不同，与AKI未发生的患者相比，随访期间AKI患者的术后CysC水平显著增加，血清CysC水平升高与SCr水平升高呈显著正相关。研究未发现其他生物标志物和SCr之间的这种相关性。根据该研究，血清CysC是一种可靠的生物标志物，可能有助于心脏手术后AKI的早期诊断和随访。

血清CysC和SCr的值受年龄、性别、饮食、肾功能障碍、药物等因素的影响，同时基线CysC和SCr通常是未知的且其评估是复杂的，未来的研究应该注重如何准确测量CysC和SCr值，同时，CysC和SCr在预测晚期AKI时具有较好的效果，但是对于早期预测效果较差。

4 miRNA

miRNA是19-23个核苷酸的内源性单链非编码RNA，其在多种生物细胞功能的转录后调节中起关键作用，包括增殖、分化、代谢和凋亡。越来越多的证据表明，某些miRNA在AKI中上调或下调，有助于AKI发病机制以及潜在的诊断生物标志物。Fan等[18]确定了急性心肌梗死后急性肾损伤miRNA特征，以便早期诊断AMI后AKI。研究选择了36种miRNA候选物，共发现9种miRNA具有显著差异表达水平，可以作为AMI后AKI特异性的潜在生物标志物。值得注意的是，与AMI(+)AKI( - )患者相比，AMI(+)AKI(+)患者中miR-24、miR-23a和miR-145的表达水平显著下调。三种miRNA组合早期检测AKI的AUC=0.853，灵敏度95.65%。表明miR-24-3p、miR-23a-3p、miR-145-5p可以在AMI后潜在地早期发现AKI。Lin等[19]分析了microRNA-210(miR-210)、miR-494和miR-205在脓毒症诱发的AKI中老年患者中的表达，并评估其与患者预后的关系。AKI患者中有11种上调的miRNA和11种下调的miRNA。 MiR-210和miR-494在AKI患者中上调，miR-205则下调。 miR-210和miR-494的高表达与患者的血清尿素氮(BUN)、Cr和胱抑素C水平正相关，而miR-205的表达与其呈负相关。 研究证实miR-210、miR-494和miR-205在脓毒症诱导的AKI患者的预后和存活中具有预测价值，且MiR-205是脓毒症诱导的AKI的独立危险因素，其表达降低与较短的患者存活率相关。Zhang等[20]分析了尿miR-26b在脓毒症相关AKI诊断中的潜在价值。结果显示，脓毒症相关AKI患者尿液中miR-26b水平显著升高，对于区分AKI败血症和非AKI败血症，尿miR-26b具有90.8%的敏感性和75.0%的特异性，尿miR-26b水平与反映疾病严重程度的临床参数密切相关。研究结果表明，尿miR-26b可能被用作诊断脓毒症相关AKI的潜在生物标志物。

综上，有关miRNA在AKI诊断中的价值具有潜在的应用价值，但是研究人群相对较小，不足以评估miRNA与AKI严重程度或长期临床结果的相关性。 需要进一步研究以验证miRNA作为AKI的早期检测工具的准确性和临床效用。

5 其他新标志物

对于混合重症监护病房(ICU)人群中AKI的发展，没有高灵敏度和特异性的生物标志物。肝素结合蛋白(HBP)从粒细胞释放并引起血管通透性增加，其在AKI发展中起作用。Tyden等[21]调查了入院时血浆HBP水平是否可以预测混合ICU人群和脓毒症亚组的AKI发展。与AKI 0期和1期相比，发生AKI 3期的患者的HBP水平显著更高。ICU入院时肝素结合蛋白水平与严重肾损伤的发生有关， HBP和AKI之间的关系需要在更大的研究中得到进一步验证。Ning等[22]检查了尿液中的semaphorin 3A(脑信号蛋白3A)水平是否能预测接受PCI的患者AKI的发展。PCI后2小时和6小时尿液中的semaphorin 3A和NGAL水平均显著升高。 ROC分析显示，PCI后2小时，semaphorin 3A的临界值为389.5 pg/mg，敏感性为94%和特异性为75%，PCI后2小时的94.4 ng/mg NGAL的临界值，灵敏度为74%，特异性为82%。Logistic回归分析显示，PCI后2小时和6小时的semaphorin 3A水平是AKI的重要预测因子，尿semaphorin 3A可能是一种有前途的早期生物标志物，用于预测接受PCI的患者的AKI。Shaker等[23]测试了心脏手术后AKI过程中人成纤维生长因子23(FGF-23)水平是否早期升高。根据术后24小时内是否发生术后AKI，将患者分为两组(AKI组和非AKI组)，在手术前和手术后24小时测量血浆FGF-23水平。血浆FGF-23从基线时的平均26.8 ± 2.47 ng/mL显著增加至术后24小时的341.7 ± 38.1 ng/mL。受试者工作特征曲线分析显示，对于24小时血浆FGF-23浓度的百分比变化，诊断AKI的曲线下面积为0.9，灵敏度为100%，特异性为97.1%。在预测AKI之前或之后，与FGF-23相比，血浆FGF-23百分比变化更有效，是可以高准确度预测心脏手术后AKI的新型早期生物标志物。Zhang等[24]探讨了尿微量白蛋白(mALB)水平对产后急性肾损伤的诊断价值。结果显示， mALB/GFR、Cr、尿mALB和GFR是产后急性肾损伤的独立危险因素。 mALB/GFR的ROC曲线下面积为0.759，而Cr的ROC曲线下面积为0.681， mALB的ROC曲线下面积为0.785，接近于mALB/GFR的ROC曲线下面积。尿mALB试验无创，对产后AKI具有较高的诊断价值。Zhang等[25]观察了连续性肾脏替代治疗后AKI患者自噬相关蛋白表达的变化及其对预后的影响。结果显示， 连续性肾脏替代治疗后患者的Scr水平显著降低。与治疗前相比，治疗后患者单核细胞中LC3-II，Atg-5和Beclin-1的表达显著降低。LC3-II和Beclin-1值与Scr显著相关。结论：连续性肾脏替代治疗后患者单核细胞中LC3-II、Atg-5和Beclin-1的表达可能发生显著变化，因此有望成为AKI患者新的预后指标。Nephrin是肾小球足细胞裂隙膜的关键组成部分，尿nephrin水平升高可能反映肾小球损伤。尿nephrin可能随着肾小球成熟度的增加而降低，较高水平的尿nephrin可以独立预测危重新生儿的AKI[26]。一种新近验证的生物标志物基质金属蛋白酶-7(MMP-7)被报道为早期AKI预测的新指标和肾功能的非侵入性替代生物标志物。监测尿MMP-7(uMMP-7)水平填补了AKI早期诊断的空白[27]。Klotho是一种多效性蛋白质，主要在肾小管中表达。尿液Klotho可作为AKI的早期生物标志物，并且可能是接受心脏手术的患者短期肾功能不良的结果[28]。

在过去的10年中，已经有3300种新出版物和数百种新的生物标记物被调查，但研究只关注AKI生物标记物的性能， AKI生物标志物尚未在临床实践中广泛应用，导致一些人质疑AKI生物标志物是否会达到其最初的诊断效果[19]。然而，生物标志物是当前和未来AKI研究和临床管理的重要组成部分。理想情况下，新的生物标志物应该是特异性的，识别有风险的患者，提供早期诊断，对损伤的严重程度进行分层，并预测预后。

6 总结

由于AKI的高发病率和不良结果，人们对开发用于预防和诊治该疾病的新疗法具有重要意义。研究人员一直在寻找新的生物标志物，这些生物标志物不仅可以评估肾功能的下降，而且还可以显示肾脏的结构性损伤，并且比血清肌酐测量值的增加更早。未来AKI生物标志物的研究促使人们需要重新评估传统评估和治疗AKI的方法中长期存在的知识差距，提高对AKI的理解和确定生物标志物的全部价值将需要创造性地扩大调查的视角，包括解决病因学的基本问题和目前的调查方法本身可能无法阐明的潜在机制。随着蛋白质组学、代谢组学等技术的发展，越来越多的新型标志物会被发现，早期诊断AKI有望取得重大进展。