尿中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白与糖尿病肾脏疾病早期诊断相关性的研究进展

冯艳莉 杨杨

糖尿病是由于机体对胰岛素产生抵抗和(或)胰岛素分泌不足,引起以慢性高血糖为特征的代谢性疾病,我国约有11%的人口患有糖尿病,同时还有很大一部分人未被诊断,目前我国糖尿病患者数量远超其他国家[1]。患者高血糖状态可严重影响机体物质代谢,三大营养物质代谢长期紊乱可引发各种急慢性并发症,其中慢性微血管并发症对机体损害尤以肾脏病变和视网膜损害最为重要。糖尿病患者肾损害早期病理改变多为可逆性,早期发现糖尿病肾损伤后,积极有效地控制相关危险因素可明显改善糖尿病肾脏疾病(DKD)患者预后,如改变生活方式及健康饮食,戒烟并改善胰岛素抵抗,监测并积极控制血糖、血压水平,采用饮食甚至药物调整血脂,控制体重等。

一、DKD概述

DKD属于糖尿病最常见的微血管并发症,以慢性炎症为特征,我国的糖尿病患者约有1/3患有DKD[2]。我国DKD发病率呈上升趋势,一线城市DKD已成为慢性肾脏病的首要病因[3]。由于DKD存在复杂的代谢紊乱,肾脏损伤进入到大量蛋白尿期时,DKD进展为慢性肾功能衰竭的速度将远超其他类型肾脏疾病。早期明确DKD诊断并积极干预相关危险因素,对提高患者存活率,改善其生活质量具有重要意义。世界各国肾脏病理学家制定了DKD病理诊断标准,规范了DKD的病理诊断及肾小管间质血管评分标准[4],从该诊断及评分标准可见,糖尿病早期肾小管损害明显,甚至可能早于肾小球损害。

二、DKD的发病机制及诊断指标

DKD的发病机制较为复杂,目前考虑与遗传易感性、胰岛素不敏感、血糖水平过高、血管内皮细胞功能紊乱及慢性低度炎症状态、凝血异常等多种因素相关[5]。致病途径大致包括细胞内高糖诱导损伤介质增多与激活的多元醇通路,形成晚期糖基化终末产物,从而导致蛋白尿及血管内脂质沉积;激活己糖胺通路及蛋白激酶C途径。同时机体血糖过高时,可导致线粒体电子传递链产生过量的过氧化物,引起的氧化应激也可导致DKD进一步进展。DKD的肾小球损伤机制主要在于高血糖症及氧化应激对内皮细胞的损伤,脂质也可诱导细胞因子大量释放,加重炎症损伤[6]。电荷屏障及物理屏障共同组成了肾小球的基本滤过屏障,而对于白蛋白等小分子物质而言,肾小球滤过膜的电荷屏障作用更加明显,硫酸乙酰肝素是糖萼中最丰富的糖胺聚糖,其主要参与肾小球的电荷屏障,在发育过程中硫酸乙酰肝素对肾小球的电荷选择作用不明显,但在疾病环境中,硫酸乙酰肝素降解酶肝素酶可诱导蛋白尿的生成,而高糖诱导的活性氧及血管紧张素Ⅱ可使肝素酶过表达,从而引起蛋白尿的发生。有学者通过诱导糖尿病小鼠模型,对早期DKD肾小管进行组织病理学分析发现肾小管存在缺陷,表现为空泡状的核酸结构、PAS阳性物质的聚集和对应激的快速反应等,这些缺陷主要局限于近端肾小管,并不存在于肾小球病变,推断近端肾小管缺陷是DKD发展的初始病理形态,早期发现并控制肾小管损伤进展可能是DKD临床治疗的有效防治策略之一[7]。此外,DKD早期肾小球滤过率升高,高滤过物质通过肾小管内吞作用重吸收,过度摄取糖尿病致病物质形成糖基化终末产物,晚期糖基化终末产物通过非酶糖基化反应形成由葡萄糖和血浆蛋白组成的羰基化合物,引起近端小管自溶酶体功能障碍,从而对肾小管细胞造成糖毒性[8]。有学者通过研究DKD患者的炎性指标,相信炎症通路对DKD的病情进展起着重要作用,长期抑制早期轻度炎症或许可改善DKD患者对降糖药物的敏感性,对炎症通路中炎性分子进行靶向处理可能起到DKD的早期预防作用[9]。

DKD诊断为排他性临床诊断缺乏统一的标准,尿微量白蛋白在以往研究中均提示可反映糖尿病患者早期肾损害,但临床工作中予以治疗后可转为阴性,故不能作为DKD进展指标[10],目前关于早期肾损害研究指标较多,如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、肝型脂肪酸结合蛋白(L-FABP)、视黄醇结合蛋白4(RBP-4)、尿微量白蛋白、β2微球蛋白(β2-MG)、胱抑素C(Cys-C)及尿转铁蛋白等[11-12]。胡军红等[13]研究发现DKD早期的各指标检出率:血肌酐13.33%、尿NGAL 73.33%、Cys-C 66.67%,尿NGAL联合Cys-C检出率可达93.3%,表明各指标联合检测后对诊断早期DKD敏感性优于各指标单项检测[14]。国外学者提出尿NGAL诊断DKD的临界值为21.4 ng/ml,敏感度为94.67%,特异度为26.67%,表明尿NGAL可作为早期肾损伤标志物,但特异性不高,需结合其他DKD相关检测指标或临床表现综合考虑[15]。

三、NGAL与肾损伤的相关研究进展

NGAL又称人脂质运载蛋白2,是脂质运载蛋白家族的成员之一,最早在研究中性粒细胞明胶酶时发现,后来发现在肾小管、心肌细胞、神经元、内皮细胞及各种免疫细胞中也有不同程度的表达[16-17]。NGAL具有多种作用,因其结构特点可结合某些蛋白质,使某些细胞外基质成分降解,从而参与组织重构机制,在炎症反应中,NGAL有促炎和趋化作用。NGAL作为生长因子还能促进各类组织分化和增殖,一项研究通过敲除小鼠NGAL基因并诱导DKD,发现NGAL对肾脏具有保护作用,主要体现为降低氧化应激对肾脏的损伤,延缓肾脏纤维化[18]。与传统的标记物,如血肌酐、尿素氮或Cys-C相比,NGAL不被认为是肾功能受损的标记物,而是反映肾脏细胞的结构损伤,有效循环血容量下降时,肾缺血损伤可导致NGAL的合成在肾小管中上调,因此敏感度较高。

现有研究表明炎症及免疫应答反应在DKD的发生发展中具有重要作用,而NGAL可能参与该免疫炎性损害过程。NGAL主要由肾脏的近曲小管分泌并释放入血,急性肾损伤时,NGAL在极短的时间内会迅速升高,2～4 h最为明显。蛋白尿阴性或轻度升高的糖尿病患者NGAL表达增高,其升高可能与微量蛋白尿无关,有效循环血容量下降时,肾脏缺血缺氧损伤可导致NGAL的合成增加,说明NGAL可成为敏感的早期急性肾损害的生物标志物[19]。终末期肾病患者血清NGAL升高,肾脏移植手术后肾功能逐渐恢复正常,此时可见血清NGAL明显下降,尿NGAL可预测术后肾脏是否需要继续透析治疗及肾脏功能恢复情况,说明NGAL可以评估肾损伤预后。

四、尿NGAL在DKD中的应用前景

NGAL参与肾急性缺血缺氧损害的发病机制研究较多,作为早期急性肾损害的诊断标志物得到大家共识,但其参与慢性肾损害的相关机制研究较少。DKD早期肾损害发生在肾小管,故肾小管标志物NGAL也可考虑作为DKD的早期诊断标志物,尤其是若能排除其他原因导致肾功能不全时则意义更大,大量临床试验研究结果发现,大量蛋白尿组糖尿病患者NGAL较微量蛋白尿组及正常对照组均明显升高,微量蛋白尿组较正常对照组升高[20],考虑NGAL可预测糖尿病早期肾损害,因DKD可导致机体严重代谢紊乱,NGAL参与DKD的发病机制目前仍不清楚,且特异性欠佳,因此尿NGAL作为DKD的早期诊断标志物用于临床仍存在争议。NGAL与肥胖、糖耐量异常呈正相关,与高密度脂蛋白胆固醇呈负相关,NGAL缺乏可导致胰岛素抵抗的发生率明显升高[21],由此可见,NGAL参与糖尿病的发生发展,在确诊为DKD的患者中,NGAL水平可预示DKD的疾病进展,作为DKD进展的危险因素,具体机制可能与参与线粒体氧化相关。

尿液在肾脏中形成,尿液中分子的表达在一定程度上预示着肾脏损伤情况,因此尿液生物标志物对肾脏损伤的判断更加准确,且尿液标本采集无创且操作简单,对判断肾脏受损程度的变化实际操作更方便。肾小管性蛋白尿的发生早于肾小球的微量白蛋白尿,肾小管损伤而不是肾小球损伤是2型糖尿病最早发生肾功能损害和蛋白尿的原因[22]。目前普遍认为尿微量蛋白可揭示肾脏的损伤情况,尿白蛋白水平与肾损害程度呈正比,是检测早期DKD的可靠指标。王姗姗等[23]对糖尿病患者每3～4个月随访1次,共随访2年,发现随访前后尿NGAL均与尿微量白蛋白呈正相关,并与病情严重程度呈正比。

早期DKD患者的肾小球滤过率下降,血NGAL升高,肾小管重吸收功能下降,尿NGAL升高,尿NGAL与白蛋白尿的正相关性大于血NGAL与白蛋白尿的正相关性。国外学者同样发现在DKD早期诊断中尿NGAL的效能最佳,其次为血清NGAL,尿NGAL能够很好地预测早期DKD肾功能损害,提示尿NGAL的敏感度优于血NGAL[24]。

五、展望

临床试验证实尿NGAL有望成为早期DKD的诊断标志物,尿NGAL即时检测(POCT)作为一种定性实验可快速判断尿NGAL是否升高,为DKD的早期快速筛查提供很大帮助。相关产品已出现在市场上,其特点为操作简单,结果读取方便快捷,相较实验室检测成本更低,因此易于推广。尿NGAL参与DKD的发病机制较为复杂,仍需更深入的研究进行探讨,尿NGAL诊断临界值目前无统一标准,后期需要更多更大样本量的临床试验进行研究,同时尿NGAL即时检测的敏感度仍需通过大量的临床试验加以验证。