糖尿病肾病肾小管损伤诊断标志物的研究进展

黄诗纯 沈琰 詹明

【摘要】 糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病的一个主要微血管并发症和发生终末期肾病的主要原因。目前血肌酐和尿微量白蛋白等临床指标是评估DKD患者肾组织损伤程度和肾功能进展的主要依据，但其仍具有较大的局限性，尤其对于部分早期DKD患者不敏感。因此，亟须寻找拥有较高准确性的诊断及判断预后的生物标志物。近期系列研究表明一些特异性分子可作为新型生物标志物用于早期诊断DKD、监测其进展以及判断预后，如肾损伤分子-1、半胱氨酸蛋白酶抑制剂C和肌醇加氧酶等。这些分子通过特异性反映肾小管细胞损伤进而揭示早期肾组织结构损伤与功能异常，敏感性甚至优于尿微量白蛋白。本文就近年来肾小管损伤的诊断标志物在DKD中的研究新进展同时结合笔者自身的研究工作做如下综述。

【关键词】 糖尿病肾病 肾小管损伤 生物标志物

Research Progress on the Tubular Injury Diagnostic Biomarkers of Diabetic Kidney Disease/HUANG Shichun， SHEN Yan， ZHAN Ming. //Medical Innovation of China， 2021， 18（10）： -177

[Abstract] Diabetic kidney disease （DKD） is one of the complications of microvascular complication in diabetes as well as a leading cause of end-stage renal disease. Now serum creatinine， microalbuminuria and other clinical indicators are regarded as main basis for evaluating the degree of renal tissue damage and renal function progression in patients with DKD， but they still have great limitations， especially insensitive to some patients with early DKD. Thus， it is urgent to find novel biomarkers with higher accuracy for diagnosis and prognosis. Recent studies have shown that some specific molecules can be used as novel biomarkers for early diagnosis of DKD and prediction of disease progress and prognosis， such as kidney injury molecule-1， cystatin C， inositol oxygenase， etc. These molecules reveal early renal tissue damage and functional abnormalities by specifically reflecting renal tubular cell damage， and their sensitivity is even better than that of urinary microalbumin. In this paper， the new research progress of diagnostic markers of renal tubular injury in DKD in recent years is reviewed， at the same time combined with the authors own research work.

[Key words] Diabetic kidney disease Tubular injury Biomarker

First-authors address： Ningbo University School of Medical， Ningbo 315000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.10.041

糖尿病腎病（diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病最常见的微血管并发症之一[1]。随着肥胖和2型糖尿病发病率的上升，DKD在中国已然超过肾小球肾炎，成为终末期肾脏病（end-stage renal disease，ESRD）的主要原因[2]。近期系列研究表明DKD中除肾小球的损伤之外，肾小管的结构和功能改变同样是DKD发生和发展的一个关键因素，且尿白蛋白具有相对较低的阳性预测值，部分DKD患者尿微量白蛋白呈阴性但肾功能不断下降，表明仅检测白蛋白尿不足以预测DKD的发生和进展[3]。研究表明以肾小管为基础寻找生物标志物可较早地揭示糖尿病患者肾脏结构和功能障碍，且较好地监测DKD的进展和判断预后，如肾损伤分子-1、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白、胱抑素C等[4]。笔者既往对糖尿病肾病的临床生物标志物进行了系统综述[5]。本文将进一步聚焦肾小管，就糖尿病肾病肾小管损伤诊断性标志物的最新研究进展做如下综述。

1 糖尿病肾病肾小管损伤机制

Bolignano等[6]认为约五分之一的DKD患者在出现蛋白尿之前就已经存在肾功能下降，这部分患者肾功能的下降可能与线粒体功能异常所致的肾小管损伤密切相关[7]。传统的糖尿病肾病病理观点强调肾小球是高血糖诱导下肾脏损伤的首要部位，而肾小管间质损伤演变是DKD进展过程中继发性或后期才发生[7]。在过去的十年中，肾小管损伤是DKD早期肾损伤的关键组成部分已被越来越多的研究者认识到。线粒体是动态细胞器，是活性氧产生的主要来源，而线粒体动力学改变是DKD患者肾小管细胞损伤的病理特征之一[7]。大量体内外研究表明糖尿病状态下线粒体损伤和线粒体源性氧化应激可激活不同的分子病理信号通路，如诱导糖基化终末产物形成增加，蛋白激酶C激活，多元醇通路活性增高和己糖胺途径等，进一步引起肾小管细胞的凋亡和坏死[8]。笔者既往已经系统阐述了糖尿病环境下肾小管细胞线粒体的动力学结构和功能损伤进一步促进线粒体超氧化物聚集，线粒体片段化和活性氧的产生相互影响，从而形成一个恶性循环，诱导肾小管上皮细胞氧化应激，细胞凋亡、肾小管间质萎缩及纤维化，继而导致肾功能不断恶化[7-8]。

2 传统糖尿病肾病的生物标记物

既往研究认为DKD患者早期先出现肾小球损伤，临床上也主要以蛋白尿、尿白蛋白与肌酐比值、血清肌酐、估计的肾小球滤过率（estimate glomerular filtration rate，eGFR）等评估糖尿病肾病的进展[7]。然而这些生物标志物并不能直接反映腎组织损伤程度，且对肾功能的微小变化相对不敏感。临床上有多达三分之一的DKD患者尿微量白蛋白呈阴性但肾功能损伤不断进展，表明仅检测白蛋白尿不足以预测DKD的发生和进展[9]。研究表明肾小管损伤或早于肾小球病变[7]。因此，寻找具有高准确性、敏感度和特异度的新型肾小管诊断及预后生物标志物，将对糖尿病肾病的诊治具有更广泛的应用价值。

3 新型糖尿病肾病肾小管生物标志物

随着人类基因组计划的启动，转录组学，蛋白质组学以及代谢组学等技术相继出现，为筛选疾病早期诊断及预后的生物标志物提供新的途径。最近，一些最初应用于急性肾损伤的生物标志物也相继被报道对评估慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）患者中具有价值。例如肾损伤分子-1、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白、胱抑素C和肌醇加氧酶等。

3.1 肾损伤分子-1 肾损伤分子-1（kidney injury molecule-1，KIM-1），也被称为甲型肝炎病毒细胞受体1或T细胞免疫球蛋白粘蛋白1，是肾脏近端小管上皮细胞的一种跨膜糖蛋白[10]。当肾脏结构或功能正常时，无法检测到此分子，但其可随着肾小管的损伤而显著上调[11]。因此，KIM-1可作为近端小管损伤的潜在生物标志物。Coca等[11]发现DKD患者血浆中KIM-1水平与疾病的进展呈正相关，即使纳入尿白蛋白与肌酐比值、糖化血红蛋白和eGFR等常见协变量，KIM-1仍可作为预测糖尿病患者进展性肾病的生物标志物。

3.2 中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白 中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）是一种分子量为25 kDa的小分子分泌性蛋白，其主要在肾小管上皮细胞中表达[12-13]。既往研究表明NGAL被认为可能是早期肾脏损伤的可靠的生物标志物之一[14-15]。Satirapoj等[13]研究发现2型糖尿病患者，肾脏快速进展组相较于非快速进展组尿中NGAL水平显著升高，意味着NGAL可能成为预测DKD进展的生物标志物之一。研究发现在1型糖尿病患者中血清NGAL和eGFR呈负相关，表明其与肾功能下降程度呈正相关。但并未发现尿NGAL与eGFR之间存在显著的相关性[16]，这一发现与其他相关报道不一致，故NGAL是否能成为诊断糖尿病肾病的潜在标志物尚需更多的临床试验来论证。

3.3 胱抑素C 胱抑素C又称半胱氨酸蛋白酶抑制剂C（cystatin C，cys C），是一分子量约为 13 kDa的内源性小分子蛋白质，由体内有核细胞恒定产生[13]。生理情况下，其可自由通过肾小球滤过膜，绝大部分在近端肾小管被重吸收分解并代谢，且不受感染、饮食、肝病和炎症等相关因素的影响[17]。因其可早期反映肾小球滤过率以及肾小管重吸收功能的变化，故可作为肾小球和肾小管损伤的标志物[17-18]。研究表明尿胱抑素C水平被认为可能是肾小管功能障碍的标志[4，13]，而血清胱抑素C水平则被作为可能是肾小球损伤的潜在生物标志物之一[15]。Satirapoj等[4]通过多元回归分析模型表明，在2型糖尿病患者中尿胱抑素C水平与肾功能下降显著相关，且其准确性与尿白蛋白相似。

3.4 视黄醇结合蛋白 视黄醇结合蛋白（retinol binding protein，RBP4）是一种在循环中唯一的相对分子量为21 kDa的视黄醇特异性转运蛋白，负责维持视黄醇的正常水平，其主要在肝细胞表达[19-20]。RBP4可被肾小球自由滤过，随后在近端小管几乎完全被重吸收，故正常情况下尿中RBP4排出量较少[21]。但当肾小管损伤时，尿中RBP4的排出量随之增加，表明尿中RBP4可能成为小管损伤的有用标志物[22]。Park等[23]通过多元回归分析模型表明，在糖尿病患者中尿RBP4对尿白蛋白排泄有很强的预测作用，甚至在肾脏疾病的早期，即在出现大量白蛋白尿和eGFR水平降低之前。而血清中RBP4水平则与糖尿病的发病及肾小球的滤过率相关[20，24]，因此其也被认为可能是肾小球损伤的潜在生物标志物之一。

3.5 肝型脂肪酸结合蛋白 肝型脂肪酸结合蛋白（liver-type fatty acid-binding protein，L-FABP）是一种15 kDa的细胞内载脂蛋白，参与长链脂肪酸的代谢。它主要在肝脏以及肾脏近端肾小管上皮细胞的胞浆中表达。在大量蛋白尿、高血糖、高血压、缺血、毒素等多种因素诱导下，均可引起肾小管间质损害，L-FABP基因表达上调，从而尿中L-FABP排泄增加[25]。多项研究表明糖尿病肾病患者尿中L-FABP水平明显高于健康人群，与尿白蛋白、尿白蛋白与肌酐比值呈正相关，与eGFR呈负相关，提示其可能作为诊断DKD的潜在标志物之一[21]。Panduru等[25]通过前瞻性研究表明在1型糖尿病患者中尿L-FABP与肾功能下降呈正相关，但与尿白蛋白排泄率以及eGFR相比没有额外的预测优势。Chou等[26]通过采用L-FABP代替尿白蛋白排泄率预测病情发展，对基本模型进行ROC曲线分析调整后，发现L-FABP的准确率（0.735）小于尿白蛋白排泄率（0.778），提示尿L-FABP可能不是2型糖尿病患者肾功能下降的理想预测指标。故目前尿L-FABP作为早期DKD进展的临床诊断标志物尚有待大量的临床观察验证。

3.6 肿瘤坏死因子受体1和肿瘤坏死因子受体2 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）是一种多效的细胞因子，主要由免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞和T淋巴细胞产生[27]。TNF及其受体在金属蛋白酶裂解后从细胞表面脱落并以17 kDa多肽的形式释放。在血浆中，TNF表现为游离的或与循环中TNF受体1（tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1）（p55或CD120a）和TNF受体2（tumor necrosis factor receptor 2，TNFR2）（p75或CD120b）结合，统称TNF通路标志物[27]。TNFR1主要存在于肾小球和内皮细胞中，而TNFR2只表达于T淋巴细胞和其他细胞，且仅在各种肾脏疾病的肾细胞中转录及表达[27-28]。Coca等[11]通过病例对照研究及前瞻性队列研究表明血浆中TNFR1和TNFR2的浓度均与各期DKD患者eGFR呈负相关性。同样，Murakoshi等[29]研究表明无论在1型还是2型糖尿病患者中，血清TNFR水平与蛋白尿呈正相关，与eGFR水平呈负相关。此外，循环TNFR水平对全因死亡率和eGFR下降独立相关，即使调整了相关危险因素后，如eGFR、蛋白尿和糖化血红蛋白。因此可将其作为诊断早期糖尿病肾病的生物标志物。

3.7 衔接蛋白P66Shc P66Shc是属于ShcA蛋白质家族中的一种衔接蛋白[7]。笔者及国内外的多项研究发现衔接蛋白P66Shc是一种氧化还原酶，其主要与线粒体活性氧的产生、氧化应激和诱导凋亡有关[7，30-32]。而线粒体是肾小管细胞中的主要亚细胞器，糖尿病肾病的肾小管病变与线粒体损伤密切相关[8]。前期笔者团队通过体外细胞培养实验表明，P66Shc介导高血糖诱导的线粒体分裂和促凋亡信号通路，从而导致肾小管细胞氧化应激和凋亡[7]。Xu等[33]研究发现在DKD患者的外周血和肾脏组织中均发现P66Shc表达增加，且其与肾小管损伤呈正相关，这意味着P66Shc不仅可能是导致糖尿病肾病肾小管损伤的主要损伤因子之一，同时也有望成为监测DKD肾功能进展的潜在生物标志物之一。

3.8 肌醇加氧酶 肌醇加氧酶（myoinositol oxygenase，MIOX）是一种分子量约为33 kDa的含非血红素铁的单加氧酶，它在肾脏中将肌醇分解为D-糖醛酸，是一种特异性氧化还原蛋白。MIOX高特异性地表达于近端小管细胞，并发现其在糖尿病小鼠的肾脏中表达上调[34]。近期文献[35]研究表明MIOX不仅可调节肌醇的新陈代谢也可以通过非肌醇代谢途径来参与DKD小管损伤的病理机制。此外Gao等[22]研究发现2型糖尿病肾病患者肾活检组织中MIOX表达上调，且血清和尿MIOX水平可在出现微量蛋白尿之前即显著升高，提示其可作为诊断早期糖尿病肾病的生物标志物。

4 展望

目前临床上糖尿病肾病的诊断仍依赖于白蛋白尿、尿白蛋白排泄、肌酐等指标。随着新技术的发展，越来越多的肾小管生物标志物被探索，为糖尿病肾病早期诊断提供了新的方式。然而尽管现有的研究中一些分子被认为有望成为糖尿病肾病肾小管损伤潜在生物标志物，但其仍然未被应用于临床诊断。这些生物分子在诊断糖尿病肾病中的准确性、灵敏性和特异度需要在更大规模的临床队列研究中被验证，尤其对于无白蛋白尿的糖尿病肾病人群，需进一步确认它们是否能够实现转化。此外，要通过加强对糖尿病肾病的早期筛查，并实施有效的预防措施，更早、更精确地预测以及延缓DKD的进展。

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（收稿日期：2020-07-22） （本文編辑：田婧）