验证四种基于肌酐的肾小球滤过率估算方程的性能

刘佩佳，彭洪泉，郭兴华，汤磊乐，李少敏，方佳，刘迅

（1.中山大学附属第三医院肾脏内科，广东广州 510630；2.镜湖医院肾脏内科，澳门 999078；3.中山大学附属第三医院风湿科，广东广州 510630；4.中山大学附属第三医院心内科，广东广州 510630）

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）患者约占我国总人群比例的10.8%，这表明中国可能有超过1.5 亿的CKD 患者［1］。此外，随着糖尿病人数的增加，CKD 患者的数量和比例将进一步提升［2］。肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）通常用于CKD 的诊断、疾病分类和病情预后的评估，是常规医疗工作的重要组成部分［3-4］。精确的GFR 评估十分关键。临床医师可以分别通过测定GFR（measured glomerular filtration rate，mGFR）和估算GFR（estimated glomerular filtration rate，eGFR）的方法获得GFR 的值［5］。尽管eGFR 可能没有mGFR的准确度高，但eGFR 简单易行。当前各研究机构可能发布了百余种eGFR 方程。在这些eGFR 方程中，2012 慢性肾脏病流行工作组（chronic kidney disease epidemiology collaboration，CKD-EPI）方程最受关注［6］。基于肌酐（creatinine，Cr）的2012CKD-EPI 方程也因其优越的估算能力被改善全球肾脏病预后组织推荐为北美、欧洲和澳洲GFR评估的首选方程［7］。但是，在中国人群中验证mGFR 和2012CKD-EPIcr 方程的一致性研究的结论仍然存在争议［8-15］。因此，2012CKD-EPIcr 是否适用于中国人群仍值得探讨。据我所知，中国人群中尚无官方指定的eGFR 方程。因此，探寻最适合中国人群的eGFR方程也一个值得研究的问题。考虑到目前的eGFR 方程较多，本研究额外选取了2021CKD-EPIcr 方程、欧洲肾功能协会（European Kidney Function Consortium，EKFC）方程和湘雅方程予以验证［8，16-17］。2021CKD-EPIcr 方程是2012CKD-EPIcr 方程基础上进行修订，改良后的方程剔除了种族变量，并获得优于2012CKD-EPIcr方程的预测性能［16］。EKFC 方程是在全年龄段（full age sperm，FAS）方程的基础下进行优化，修订后的估算能力比FAScr 方程和2012CKD-EPIcr 方程好［17］。而湘雅方程是近些年基于中国人群建模的代表性方程［8］。需要强调的是，这三个方程均是在大样本、高质量、多中心队列中建模和验证的，所以极具验证价值。此外，这三个方程发布时间较短，在中国人群中的外部验证研究较少。最后，我们发现大部分在中国人群中eGFR方程验证的研究是通过99m铊-二乙烯三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid，99mTc-DTPA）肾动态显像来测量GFR，但这个mGFR 测定方法不推荐用于eGFR 方程的构建和验证［3，7］。因此，用更加精确的mGFR为参照的验证研究可以得到更令人信服的结论。根据文献报道，碘海醇血浆清除率测定的GFR 被推荐用于eGFR 方程的建模和验证［3，7］。本研究拟以碘海醇血浆清除率测定的GFR 为参照，分别在中国人群中验证2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程的预测能力，进而探寻最适合中国人群的eGFR方程。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究是一个横断面研究。参与者为2020 年9 月至2021 年3 月在中山大学附属第三医院和澳门镜湖医院就诊的CKD 人群。CKD 的诊断为满足以下任意一个标准超过3 个月：①eGFR＜60 mL·min-1·（1.73m2）-1；②尿蛋白异常；③尿沉渣异常；④肾小管相关病变；组织学异常；⑤影像学所见结构异常［18］。参与者均通过碘海醇血浆清除率测定GFR。排除标准：①急性肾损伤；②液体潴留患者或脱水患者：充血性心衰、中度、重度水肿、脱水；③肢体残缺、肌肉萎缩、严重营养不良；④泌尿系梗阻者；⑤近期服用且不能暂停用如下药物者：阿司匹林、非甾体抗炎药、西米替丁、雷尼替丁、甲氧苄啶等药物；⑥碘造影剂过敏；⑦甲状腺疾病者：多结节性甲状腺肿，Graves 病或自身免疫性甲状腺炎多；⑧怀孕、哺乳或肿瘤患者；⑨肾移植。最终纳入参与者198人，其中澳门镜湖医院纳入145人，中山大学附属第三医院纳入53 人。中山大学附属第三医院伦理委员会和澳门镜湖医院伦理委员会批准本项目，所有参与者入组前均签署知情同意书。

1.2 eGFR方程

本研究选取2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPI 方程、EKFC 方程和湘雅方程进行外部验证（表1）。

表1 四个eGFR方程Table 1 Four eGFR equations

1.3 实验室检测方法

1.3.1 试验流程 所有受试者试验当日早餐予以轻-流质饮食。第一次采血：在一侧上肢抽取4 mL静脉血用于血Cr的测定。抽血后注射碘海醇5 mL［商品名：欧乃派克，Omnipaque 300，碘含量300 mg∕mL，通用电气药业（上海）有限公司］，注射前后用电子天平秤量注射器重量并记录数值，注射后予10 mL 生理盐水静推冲管。此为采血点0时。第二次采血：2 h后在另外一侧上肢采血4 mL，该标本用于血浆碘海醇浓度的测定。此采血点为2 时。第三次采血：在另外一侧上肢采静脉血4 mL，该标本用于血浆碘海醇浓度的测定。在第三次采血前，我们通过2012CKD-EPIcr 方程计算的eGFR 初步评估参与者的肾脏功 能。如eGFR≥30 mL·min-1·（1.73m2）-1，则在4 时采血；如eGFR＜30 mL·min-1·（1.73m2）-1，则在5时采血。

血标本的处理、保存和运输：采集血液通过EDTA 抗凝管或无抗凝剂干燥管收集。血标本1 000 ×g离心10～15 min 取上清液获得血浆，血浆用eppendorf 管分装，每个eppendorf 管至少含300µL 的血浆。标本在-80 ℃冻存。收集全部入组人群后，样本箱储存放入泡沫塑料箱中，加入干冰以保持样本低温，送至杭州的凯莱谱-METABOLON联合实验室。

1.3.2 血肌酐测定方法 血Cr 的测定由日本日立公司生产的自动生化自动化检测分析仪完成。血清Cr 通过酶法定量测定，该酶法通过同位素稀释质谱法校准（SRM914）［19］。

1.3.3 碘海醇血浆清除率测定GFR 超高效液相色谱法串联质谱法Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectroscopy（UPLCMS∕MS）用于测定血浆碘海醇浓度。Waters ACQUITY 超高效液相色谱（ultra-performance liquid chromatography，UPLC）和Thermo Scientific Q-Exactive高分辨率∕精确质谱仪，与加热电喷雾电离（HESI-II）源和Orbitrap 质量分析仪连接，以35 000 质量分辨率运行。

mGFR 的计算：应用斜截式方法计算碘海醇血浆清除率：mGFR（mL·min-1）=Q∕AUC=Q∕（C0∕K），AUC 为曲线下面积，碘海醇推注剂量（Q）=［碘海醇推注前注射器重量（mg）-碘海醇推注后注射器重量（mg）］×碘海醇浓度∕碘海醇密度，C0 为0 时碘海醇血浆浓度，K 可以通过2 次抽血时对应的碘海醇血浆浓度计算得出［20］。计算出的GFR 由Brochner-Mortensen 算式校正［21］。体表面积通过DuBois 算式［体表面积（m2）=0.007 184×体质量（kg）0.425×身高（cm）0.725］校正［22］。校准后GFR=校准前GFR×（1.73∕体表面积）。

1.4 统计学方法

连续变量进行正态性检验（Kolmogorov-Smirnov 检验），符合正态分布的连续变量通过均数±标准差表示，不符合正态分布的连续变量通过中位数M（四分位间距）表示，分类变量通过频数（百分率）表示。mGFR亚组间连续变量通过t检验（正态分布）或Mann-WhitneyU（非正态分布），分类变量通过卡方检验。本研究通过Bland-Altman图展示mGFR 和eGFR 的一致性，并通过一致性相关系数（concordance correlation coefficient，CCC）［23］、覆盖概率（coverage probability，CP）［24］和总偏差指数（total deviation index，TDI）［25］三个指标进一步量化mGFR 和eGFR 间的一致性，这三个指标的统计量通过R 语言Agreement 包完成。通过偏差、精确度和准确度三个维度评估eGFR 方程的预测性能。偏差是mGFR 减去eGFR 的平均值，用于测量系统误差。精确度是eGFR 和mGFR 差值间的四分位间距（interquartile range，IQR），用于随机误差评估。准确度通过两个方面的指标衡量，一个方面是均方根误差（root square mean error，RSME），另一个方面是在测量GFR30%偏差范围内的估计百分比（percentage of estimates within 30% deviation of measured GFR，P30）。通过自助抽样（2000 次自助抽样）的方法获得偏差、IQR、RSME以及P30的95%置信区间（confidence intervals，CI）。判定最优eGFR 方程后，以该方程为参照和其他eGFR 方程的偏差、IQR、RSME以及P30进行统计学检验。统计检验方法如下：①偏差通过Wilcoxon 符号秩检验；②P30通过McNemar-Bowker 检验；③RSME和IQR在自助抽样获得2 000个样本后，通过独立样本t检验比较组间差异。统计学显着性水平为P＜0.05。所有统计分析均由StataMP 16 软件（StataCorp，Texas，USA）、R语言3.6.1软件和Spyder 3.3.6软件完成。

2 结果

2.1 研究人群特征

本研究一共纳入198 名参与者，总体人群中男性有102 人（51.5%），中位数年龄为60（44～72）岁，中位数血肌酐浓度为1.1（0.8～1.6）mg∕dL，mGFR 和四个eGFR 方程（EKFC、2012CKD-EPI、2021CKDEPI 和湘雅方程）中位数分别是56.2 mL∕（min·1.73m2）、67.1 mL∕（min·1.73m2）、73.0 mL∕（min·1.73m2）、66.9 mL∕（min·1.73m2）和63.8 mL∕（min·1.73m2）。mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2）组和mGFR＜60 mL∕（min·1.73m2）在年龄、收缩压、血Cr、糖尿病发病率、高血压发病率和冠心病发病率上的差异有统计学意义，所有P值均＜0.05。余结果在表2中有详细描述。

表2 总体人群和mGFR亚组人群特征Table 2 Population characteristics of the overall population and mGFR subgroups［n（%）or M（P25～P75）or（）］

表2 总体人群和mGFR亚组人群特征Table 2 Population characteristics of the overall population and mGFR subgroups［n（%）or M（P25～P75）or（）］

mGFR：measured glomerular filtration rate；CKD-EPI：chronic kidney disease epidemiology collaboration；EKFC：European kidney function consortium；cr：creatinine；Group 1：mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2），Group 2：mGFR＜60mL∕（min·1.73m2）.

2.2 mGFR和eGFR一致性检验结果

如图1 的Bland-Altman 图所示，在总体人群中，2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr、EKFC和湘雅方程均高估了mGFR，四个方程95%CI 区间覆盖观察值的百分比都超过90%，四个方程中EKFC 方程有最低的平均差和最窄的95%一致性置信区间。表3 描述了的mGFR 和eGFR 一致性检验的结果，总体人群中，EKFC 方程的CCC 最优，结果为0.90，95%CI 范围为（0.87，0.92）。总体人群中，EKFC 方程的TDI 最小，值为24.41，这表明EKFC 方程90%的估计值落在参考mGFR 的-24.41%至+24.41%范围内，EKFC 方程TDI95%CI 范围为（20.57，27.69）。总体人群中，EKFC 方程的CP 最优，值为0.5，这表明50%的eGFR 的误差大于±10%的mGFR，EKFC方程CP95%CI 范围为（0.47，0.53）。在男性亚组、女性亚组以及mGFR 亚组中结果的趋势和总体人群中一致，均表现为EKFC 方程和mGFR 有最好的一致性。

表3 eGFR和mGFR间的的一致性分析Table 3 Concordance analysis between eGFR and mGFR

图1 四种eGFR方程的Bland-Altman图Fig.1 Bland-Altman plots of four eGFR equations

2.3 eGFR方程的预测性能

表4 详细的描述了EKFC、2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和湘雅方程的预测性能。在总体人群中，EKFC 的偏差、精确度、P30和RSME分别为-0.99、14.64、0.80 和14.68，95%CI 的范围分别为（-2.53，0.94）、（11.82，17.35）、（0.73，0.85）和（12.69，17.35），全面优于 2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和Xiangya 方程，差异有统计学意义，所有P值均＜0.05。在mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2）的亚组人群中，2012CKD-EPIcr 和Xiangya 方程的P30分别为0.88 和0.94，95%CI 范围分别为（0.79，0.93）和（0.85，0.97），与EKFC 方程的P30相当，差异无统计学意义，P值＞0.05。在女性亚组中，2012CKD-EPIcr 方程的P30为0.75（0.64，0.81），准确度和EKFC 方程相当，差异无统计学意义，P＞0.05。余亚组比较的结果和总体结果的趋势基本一致，EKFC 方程有最优的估算性能。

表4 eGFR方程的预测性能Table 4 Predictive performance of eGFR equations

3 讨论

本研究以碘海醇的血浆清除测定的GFR 为参照，通过一致性检验、偏差、精确度P30和RSME比较了四个基于血Cr 建模的eGFR 方程（EKFC、2012CKD-EPI、2021CKD-EPI 和Xiangya）的预测性能。本研究表明EKFC 方程的预测性能全面超越2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和湘雅方程，且只有EKFC 方程整体P30＞75%。在mGFR 亚组分析中，EKFC 方程也有优于或不劣于2012CKD-EPI、2021CKD-EPI 和Xiangya 预测性能。因此，EKFC可以被推荐用于中国人群的GFR评估。

总体上，EKFC、2012CKD-EPIcr 方程和2021CKD-EPIcr 方程的预测能力和稳健性高于湘雅方程。这可能是因为EKFC 和CKD-EPI 方程的参照GFR 是通过外源性标记物的血浆∕或尿清除率测定的，而湘雅方程的参照GFR 是通过99mTc-DT-PA 肾动态显像测定。考虑到99mTc-DTPA 肾动态显像测定（Gates 法）的GFR 误差相对较大、准确度相对较低，所以这个方法并没有被建议用于eGFR 方程的建模［7，26］。更需要强调的是，EKFC 和CKDEPI 方程是对血Cr取截点的分段回归模型，而湘雅方程模型本质上是简单线性回归模型。在eGFR建模领域，分段回归模型是比简单线性回归更优的建模方法，而这也导致湘雅方程的预测性能比其他三个方程差。结合以上两点原因，从偏差的角度看，湘雅方程更容易在高GFR 时低估GFR，在低GFR时高估GFR；从准确度的角度看，湘雅方程在mGFR 亚组上存在巨大的变异。和CKD-EPI 方程相比，EKFC 方程的预测性能更好。这可能是因为EKFC 方程对年龄变量有取截点，另外，EKFC 方程在数据处理时血Cr归一化的方法和CKD-EPI方程不同。

当前有大量研究在中国人群中验证2012CKD-EPIcr 方程的预测性能［8-15］。在所有评估eGFR 方程预测性能的指标中，P30是最为重要的一个指标。当前认为P30＞75%是eGFR 方程可用于临床诊断的基本条件。Li 等［8］以99mTc-DTPA 肾动态显像为参照，在1 042 名参与者中验证2012CKDEPIcr 方程，P30为66.1%。Yang 等［12］在632 名CKD患者中验证eGFR 方程，研究的mGFR 为99mTc-DTPA肾动态显像，2012CKD-EPIcr方程的P30为54.1%。在一个包含101 名参与者的研究中，2012CKD-EPIcr方程的P30为63.4%（双血浆法99mTc-DTPA）［11］。其他几项中国人群研究中，2012CKD-EPIcr 方程的P30的范围为36.3%～64.9%［12-15］。总体上，本研究和前述研究结果均表明，2012CKD-EPIcr方程的P30＜75%，可能不能满足中国人群的临床诊断需求。在湘雅方程、EKFC 和2012CKD-EPIcr 方程外部验证的研究较少。Yue等［10］在830 名参与者中以99mTc-DTPA 肾动态显像为参照，验证了2012CKD-EPIcr 和湘雅方程，两个方程的P30分别为62.3%和63.0%。和本研究不同的是，他们研究的湘雅方程的准确度比2012CKDEPIcr 更优。另外，本研究总体人群的P30优于Yue

等研究对应的方程。这可能跟参照GFR 的测定方法不同有关，本研究的参照GFR（碘海醇血浆清除）是比99mTc-DTPA 肾动态显像更准确的GFR 测定方法［7，25］。Xia 等［14］在中国老年人中分别验证了2012CKD-EPIcr和EKFC 方程，结果表明EKFC 方程显著优于2012CKD-EPIcr 方程。研究结果和本结果一致。但是，Xia 等研究的P30比本研究对应的P30低（2012CKD-EPIcr：64.9% vs.73.0%；EKFC：69.0%vs.80.0%）。这种差异可能跟两项研究的研究人群的年龄分布不同有关。2021CKD-EPIcr 方程可以减少黑人和非黑人之间变异度，促进种族平等，但在Levey 教授团队的研究中，2021CKD-EPIcr方程的预测能力在非黑中弱于2012CKD-EPIcr 方程［16］。这个结果和本研究基本一致。但本研究的准确度比Levey 教授研究对应的eGFR 方程低，这主要可能跟验证人种不同有关。

本研究以碘海醇血浆清除率测定的GFR 为参照，在中国人群中验证了2012CKD-EPIcr 方程、2021CKD-EPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程。首先，2021CKD-EPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程均是近期发布的方程，这些方程均缺乏在中国人群中的验证。其次，碘海醇血浆清除率是一个可信度高的GFR 测定方法，研究结果可信度高。最后，本研究人群来自两个医学中心，研究人群特征较为丰富、研究结果较为有代表性。当然，本研究也有一定的局限性。第一、总体样本量较小，这会影响研究结论的可靠程度。第二、受限于样本量，本研究未在老年人、糖尿病、高血压以及肥胖等亚组人群进行敏感性分析。

在本研究验证的4 个eGFR 方程中，EKFC方程全面超越2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPIcr 方程和湘雅方程，且EKFC 方程的P30＞75%，可以满足临床的诊疗需求。所以推荐EKFC 方程用于中国人群的GFR 估算，但未来我们需要纳入更多的参与者去进一步证明这个结论。