急性肾损伤相关新型生物标志物的研究进展

原道川 龚学忠 刘建联 王丹军 李同路

上海中医药大学附属市中医医院肾内科，上海 200040

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是一种由各种原因引起肾功能急速下降而出现的综合征，临床常见且病情危重[1]。AKI 治疗时机与预后关系紧密[2]，越早干预越能消除肾脏预后的不利影响。临床采用KDIGO指南中AKI 诊断标准，血清肌酐（serum creatinine，Scr）及尿量变化是主要指标，但对AKI 患者，Scr 水平是缺乏特异性、敏感性和时效性的指标，易受液体平衡和药物影响[3]，对于非少尿性AKI，尿量也缺乏敏感性。临床需要特异性高、敏感性强的新型标志物，比常规指标更早识别AKI，逆转早期肾损伤，恢复肾功能。

在早期AKI 发生后相关生物标志物升高，但肾功能未见异常，学者称之为亚临床AKI[4]。AKI 时肾内炎症通路激活，相关基因表达上调诱导炎症细胞向损伤部位募集，浸润肾实质，是肾损伤的早期反应，相关标志物包括白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-10、IL-18、肾损伤分子1（kidney injury molecule 1，KIM-1）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）和人巨噬细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）；反映肾小管重吸收功能的生物标志物有白蛋白、胱抑素C、α1-微球蛋白、β2 微球蛋白、肝型脂肪酸结合蛋白（liver-type fatty acid binding protein，L-FABP），由于肾小管重吸收障碍而在尿液中积累[5]。此外还包括细胞周期阻滞标志物（TIMP-2/IGFBP7）、血幼素（hemojuvelin）、中期因子（midkine）、几丁质酶3 样蛋白1（chitinase3-likeprotein1，CHI3L1）、微RNA（microRNA，miRNA）等[6]，动态检测血清或尿液中的上述标志物，能够在AKI患者Scr 发生可检测变化之前识别病情，为临床提供一个早期救治的机会。本文将对AKI 新型生物标志物进行综述。

1 IL-24

已知白细胞介素家族中的各种因子在AKI 中都高度表达，Tabata 等[7]在对肾脏缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）的小鼠模型研究中，通过测量血清和尿液中IL-24、肌酐和NGAL 的水平，发现IRI 2 h 后血清和尿液中的IL-24 水平即显著升高，他认为在缺血性肾损伤中IL-24 的确是AKI 发生后小鼠血清和尿液里立即升高的一个因子，尿IL-24最早在IRI 2 h 后被检测到，IL-24 浓度在尿液和血清升高与管状上皮细胞和血管平滑肌细胞在急性肾损伤中通过IL-24 信号传递相关，IL-24 mRNA 的表达随着小鼠肾脏缺血时间的延长而增加，因此在血清和尿液中的IL-24 是急性肾损伤的一个潜在早期标志物。Pap 等[8-9]研究发现IL-24 可能通过增加促成纤维细胞生长因子的上皮产生而间接作用于肾肌成纤维细胞，具有促肾脏纤维化效应，此外IL-24 在炎症调节和组织重塑中具有潜在作用，能够使瘢痕组织重塑和纤维化。IL-24可能是区分发展为慢性肾脏病的AKI 和可恢复功能的AKI 的一个有用的预后诊断决定因素。虽然不同实验研究证明了血清和尿液IL-24 水平升高早于Scr 水平，能够作为敏感的AKI 早期诊断标志物和判断AKI 严重程度的标志物，但是该研究目前仅是在动物实验中进行，尚需通过大量的临床样本观察证明其临床实际应用价值。

2 CHI3L1

CHI3L1 是一种跨40 kD 的糖蛋白，由染色体1q31-q32 上的CHI3L1 基因表达，是18 种糖苷水解酶家族的成员，但没有任何酶活性。它由各种类型的细胞分泌，包括巨噬细胞、软骨细胞和某些类型的癌细胞[10]。近年来相关研究认为尿CHI3L1 是一种很有前途的AKI 尿液生物标志物[11]。在各种因素引起肾脏应激或损伤导致AKI 时，肾脏内巨噬细胞便会分泌这种蛋白质，CHI3L1 就会出现在尿液中，表明肾脏细胞早期损害的发生。CHI3L1 的生物学效应包括控制肾脏上皮细胞和巨噬细胞的细胞凋亡、炎症和重塑，还可以提供肾脏损伤和修复的机制。Hoste 等[12]在一项成人危重患者前瞻性队列研究中，评价了新的肾损害生物标志物CHI3L1 是否比Scr 和尿量能更早地检测到AKI 分期≥2 级的患者，以CHI3L1 的入组浓度预测在接下来的12 h 内出现AKI 分期≥2 级的患者，AUC-ROC 为0.792（95%CI：0.726～0.849），这一表现与NGAL 相似（AUC-ROC 为0.748，95%CI：0.678～0.810）。此外，在诊断为2 级AKI 的前24 h 内收集的样本发现CHI3L1 的估计边际平均值比对照组高2.0 倍（95%CI：1.3～3.1），该研究进一步发现CHI3L1 浓度的增加与AKI 严重程度的增加显著相关。这项研究证明CHI3L1 是预测成人ICU 患者AKI 分期≥2 级的良好生物标志物，入组时CHI3L1 浓度水平越高，标志着AKI 的严重程度越大，更证明在重症监护病房的危重患者中测得的尿液CHI3L1 可以预测12 h 或24 h观察期内AKI 分期≥2 级患者的发生，但这项试验性研究的结果仅在ICU 的危重患者中进行，还需要在不同的环境和更大的患者群体中得到证实。Hall 等[13]发现尿CHI3L1 水平升高至5 ng/ml 时与患者的AKI 进展和死亡率有中度相关性；此外，在术后24 h 内住院的肾移植患者中，尿中CHI3L1 水平明显升高，血清CHI3L1 水平高伴随CRP 和蛋白尿水平升高，提示其具有炎症作用，建议将尿CHI3L1 可以作为一种准确可靠的生物标志物来识别移植后AKI 风险患者。

3 肝型脂肪酸结合蛋白（liver-type fatty acid binding protein，L-FABP）

L-FABP 是一种内源性抗氧化蛋白，分子量为14 kD，正常和患者肾脏中均有表达，存在于近端肾小管曲部和直部的上皮细胞中。L-FABP 在肾脏缺血缺氧产生氧化应激反应时迅速释放到肾小管管腔中，随尿液排泄，是预警AKI 早期肾小管损伤的标志物[14]，监测尿液L-FABP 浓度水平可以预测早期AKI 的发生和严重程度。临床上各种病因导致肾脏缺血再灌注是发生AKI 的主要机制[15-16]，肾脏缺血导致小管上皮细胞氧化应激增加，在这种病理条件下，产生了大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），超出了细胞的清除能力，ROS 介导细胞质膜膜脂的过氧化，这一过程称为脂质过氧化，过氧化产物特别是丙二醛（malon dialdehyde，MDA）和4-羟基壬醛在肾小管近端小管细胞中积累并损伤近端小管，L-FABP 将过量的不饱和脂肪酸和脂质过氧化物产物结合在其β-片层结构的口袋中，将这些物质转移到管状管腔中，并将其从近端小管排泄到尿液中，从而防止肾I/R 损伤。有研究显示[17]，与其他的尿液生物标志物如KIM-1 和NGAL 相比，L-FABP 在早期预测肾脏疾病、确定诊断和病情预后方面效应更好。Suzuki 等[18]在一项前瞻性观察研究中，将入院后被送往重症监护中心的患者使用快速检测试剂盒测定尿L-FABP 浓度后分为尿L-FABP阴性组和尿L-FABP 阳性组，最终总共176 例患者纳入最终分析，观察到阴性组AKI 发生率为16.3%，阳性组AKI 发生率为59.1%，使用快速检测试剂盒测定的尿L-FABP 浓度对预测持续性AKI 的发生有一定的临床价值。研究表明[19-20]L-FABP 在肾脏损伤和修复中发挥重要作用，具有一定的肾保护作用，当肾脏受到各种肾应激因素的影响，如肾缺血、各种毒素、尿蛋白超载和高血糖，以及由此产生的各种压力导致肾小管间质损伤时，L-FABP 基因在肾脏中的表达上调，并且尿中排泄量增加，L-FABP 基因的表达可以加速脂肪酸代谢，通过β 氧化过程，L-FABP 携带脂肪酸到线粒体或过氧化物酶体，并引起肾小管上皮细胞脂质过氧化产物的排泄，从而抑制炎症因子的释放，减轻肾小管间质损伤，实现肾保护。尿L-FABP 在日本被批准作为AKI 生物标志，但L-FABP 在肾脏疾病中的作用机制需要进一步的研究来阐明，其临床应用尚需在大型研究和更广泛的临床环境中进行验证。

4 miRNA

目前研究发现[21-22]，miRNA 不仅参与肾脏的正常发育过程，还通过调节肾脏细胞凋亡、炎症细胞招募、自噬机制、免疫应答和靶向血管生成等途径在AKI的发生发展方面起重要调控作用，与AKI 的预后密切相关。Bortnar 等[23]通过检测100 例肾移植受者肾功能稳定的慢性肾脏病患者血清中miRNA，发现miRNA与移植肾受者的各种生理和病理状态广泛相关，miRNA 与组织学证实的抗体介导的移植肾排斥反应和原发性肾小球肾炎的复发显著相关。Tod 等[24]在脂多糖（lipopolysach-aride，LPS）诱导的全身炎症小鼠脓毒性AKI 模型中，研究了小鼠肾脏中miRNA 表达的时间依赖性变化，并与同一肾脏样本的质谱蛋白谱进行了比较，脓毒症AKI 时血清尿素浓度、TNF-α和miRNA 表达升高，尽管在1.5 h 已经出现严重的肾功能损害，但只有Lcn-2 miRNA 在同一时间上调，大多数miRNA 在炎症反应高峰时上调，即在肾损伤6、24 h 发生改变，因为观察到一个miRNA 簇在LPS后6 h 协同上调，并在48 h 后下降，其中miR-762 的表达在脓毒性AKI 的早期大量增加，miR-762 是最新鉴定和验证的上调幅度最大的miRNA，在LPS 诱导AKI 中，miR-21a-5p是受影响最大的miRNA。虽然较多miRNA 已被证实可用于AKI 的早期诊断，但循环血液和尿液中miRNA的含量较低，寻找一种灵敏度高、操作容易、耗时短且成本底廉的检测方法是将miRNA应用于早期诊断AKI 急需解决的问题，这需进一步的探索和深究[25-26]。

5 PARK7 和CDH16

蛋白质组学是研究肾脏疾病生物标志物的有力工具，利用蛋白质组学方法能够发现早期诊断AKI的生物标志物，特定于某些表型的生物标志物具有稳定和易于通过尿液检测获得的特性，具有稳定和持续变化的蛋白质是早期识别和诊断AKI 的理想标志物。Kim 等[27]研究显示PARK7 是雄激素受体依赖性转录的正调节因子，是细胞氧化应激的抑制剂，是线粒体自噬和凋亡的调节因子。在肾脏缺血所致肾小管上皮细胞损伤中鉴定了PARK7 信号传导的保护作用。CDH16 是钙黏蛋白超家族的成员，钙依赖-膜相关糖蛋白，其表达完全在肾脏，CDH16 是一种肾脏特异性蛋白，蛋白质作为同型细胞识别的主要介质，在组织发育的形态形成方向中起重要作用。对PARK7、PGLYRP2、NGAL 和CDH16 进行ROC 曲线分析，发现PARK7 和CDH16 的诊断敏感性和特异性均高于NGAL，可用于诊断AKI，特别是感染介导的AKI，检测患者尿液中连续改变的PARK7 和CDH16 浓度能早期识别AKI。Li 等[28]通过无标签质谱分析盲肠结扎和穿刺诱导的脓毒症AKI 大鼠模型，发现PARK7和CDH16 能早期识别脓毒症所致AKI。该研究分别在0、3、6、12、24 和48 h 从脓毒症大鼠中采集尿液样本，对从尿液中分离出的蛋白质进行无标签质谱分析，通过在多个时间点分析AKI 的蛋白质组学，发现PARK7 和CDH16 的表达是连续变化的，并与肌酐水平有关。该研究鉴定出脓毒症模型AKI 大鼠相关的56 种上调蛋白和67 种下调蛋白，并进一步检测人尿样中差异表达蛋白后，发现PARK7 和CDH16 是很有前途的候选生物标志物。该研究阐明了连续改变的PARK7 和CDH16 是早期诊断AKI 的合适新型标志物，但是需要更多的临床试验证实这些标志物的生物学性能，因为评估诊断和管理的临床试验要侧重于精确的人群[29]。

6 小结

目前尚未找到具备高灵敏性和高特异性的AKI标志物，原因在于AKI 的病因、发病机制复杂，依赖单一标志物难以全面、准确地反映AKI 整体病理生理改变，诊断效能难以满足临床需要。不同生物标志物组合是评估肾脏损伤的最佳选择，即在一次评估中结合不同的生物标志物可以提高AKI 的早期预测，但是关于这些生物标志物的变化和对肾功能长期影响之间的关系，目前仍有许多需要研究的地方。新标志物使AKI 的早期诊断、损伤部位和病因的识别及预后评估成为可能，找到预测AKI 的理想标志物，是广大慢性肾脏病患者的福音。