【急性肾损伤生物学标记物研究】急性肾损伤标记物

急性肾损伤生物学标记物研究

急性肾损伤生物学标记物研究 【摘要】急性肾损伤(AKI)是住院患者最常见并发症之 一,随着AKI程度加重,住院死亡率、远期死亡率及慢性肾 脏疾病的发生率均随之升高。因此,需要寻找既可以早期诊 断AKI,又能预测AKI进展和肾功能恢复的指标。近年来有不 少研究发现中性粒细胞明胶酶相关性脂质运载蛋白、胱抑素 C、肾损伤分子-l、白细胞介素18、肝脂肪酸结合蛋白、胰 岛素样生长因子结合蛋白7、基质金属蛋白酶抑制剂-2及成 纤维细胞生长因子23等可能作为诊断AKI的早期生物学标记 物。现对其研究进展作一综述。

【关键词】急性肾损伤;生物学标记物;诊断;预后 急性肾损伤(acutekidneyinjury,AKI)是住院患者最常 见并发症之一,据研究统计约有35%以上合并AKI,重症监护 病房患者合并AKI死亡率高达30%~60%[1,2],并且近十 年来没有明显改善。一项大型多中心临床试验表明,危重症 合并AKI患者28天内肾功能恢复率<25%。AKI患者肾功能不 能完全恢复,增加了其死亡率和随后发生慢性肾脏病 (chronickidneydisease,CKD)的风险[3,4]。因此及早 诊断和处理AKI显得至关重要。根据2012年改善全球肾脏病 预后组织(KidneyDisease:ImprovingGlobalOutcomes, KDIGO)指南推荐[5],AKI的诊断及分期标准仍以血肌酐和 尿量为主。但通常AKI发生72小时后血肌酐水平才明显升高, 且血肌酐水平受非肾脏因素(如体重、肌肉代谢)的影响,仅依据少尿及血肌酐水平的升高对于AKI早期诊断既不敏感且 缺乏特异性。因此寻找更早预测AKI的生物学标记物尤为重 要。目前有越来越多的生物学标志物被证实在AKI早期尿及 血液中的水平明显升高,其中包括中性粒细胞明胶酶相关性 脂质运载蛋白 (neutrophilgelatinase-associat-edlipocalin,NGAL)、 胱抑素C(cystatinC)、肾损伤分子 -l(kidneyinjurymoleculer-1,KIM-1)、白细胞介素 18(Interleukin-18,IL-18)、肝脂肪酸结合蛋白 (liver-typefattyacidbindingprotein,L-FABP)、胰岛素 样生长因子结合蛋白 7(insulin-likegrowthfactorbindingprotein7,IGFBP7)、 基质金属蛋白酶抑制剂 -2(matrixmetalloproteinaseinhibitor2,TIMP-2)及成纤 维细胞生长因子23(fibroblastgrowthfactor23,FGF23)等。

本文对以上早期诊断AKI生物学标记物的研究进展作一综述。

1NGAL NGAL是蛋白分子量为25kD的载脂蛋白家族成员之一,存 在于中性粒细胞过氧化物酶颗粒中,参与细胞分化、炎症免 疫应答、细胞凋亡等的发生和发展。正常情况下,血清中NGAL 可以通过肾小球滤过,大部分在近端小管被吸收,在人的肺、 肾、胃及结肠等组织中低表达。但是在缺血性或肾毒性肾损 伤后,NGAL在转录和蛋白水平上明显上调。在心脏术后、脓毒血症、以及造影剂引起的AKI,都可检测到NGAL升高。其 中在脓毒症合并AKI,NGAL预测性能可能会受到炎症的影响。

尿和血浆NGAL水平在心脏术后6小时达到最高[6,8],一 些证据表明尿NGAL在AKI发生后5天其浓度持续升高,血浆 NGAL在急性肾小管损伤2小时内升高。因此,血浆和尿NGAL 表达升高可以早期预测AKI的发生及发展。

2IL-18 IL-18属于白细胞介素1(Interleukin-1,IL-1)超家族 成员之一,是一种22kD的促炎细胞因子,可由巨噬细胞等产 生。AKI发生后可在尿液中检测出IL-18。尿IL-18在心脏术 后AKI发生后6小时达高峰,其预测肾功能恢复曲线下的面积 (AUC)为0.76[6]。尿IL-18可能成为心脏术后早期诊断AKI 的特异性指标之一。肾脏缺血再灌注损伤使核心蛋白NLRP3 被激活,再通过衔接蛋白ASC以及无活性的半胱氨酸天冬氨 酸特异性蛋白酶1(caspase-1),形成NLRP3炎症复合体,进 而活化caspase-1,切割IL-18和IL-1β的前体,使其成熟并 释放。Melnikov等人研究发现caspase-1和IL-18能介导小鼠 缺血性急性肾小管坏死。已经证明,caspase-1缺陷小鼠在 功能和组织学上对缺血性急性肾损伤有保护作用,这种保护 作用与IL-18前体的转化减少到肾脏的成熟形式有关。IL-18 结合蛋白(IL-18bind-ingprotein,IL-18BP)是一种天然的 IL-18抑制因子,能抑制IL-18的活性[9,10]。用IL-18BP 转基因小鼠,IL-18BP的高表达可以防止急性缺血性肾损伤的炎症抑制作用。因此,IL-18水平升高可能早期预测AKI的 发生。

3KIM-1 KIM-1是分子量为38.7kD的Ⅰ型跨膜蛋白,其组成包括 细胞外粘蛋白和免疫球蛋白域。正常情况下,KIM-1在肾脏 的表达水平较低,但肾脏出现缺血再灌注损伤后其表达水平 升高。KIM-1参与肾小管上皮细胞的损伤及修复、细胞黏附、 信号转导、免疫反应等多种病理生理过程,能特异性识别凋 亡细胞表面抗原表位的磷脂酰丝氨酸和氧化脂蛋白,并由肾 小管上皮细胞表达细胞凋亡。更重要的是,人近端肾小管上 皮细胞表达和释放KIM-1的顶面是通过胞外域脱落过程中的 基质金属蛋白酶(MMP)介导的。AKI发生后由近端小管中的上 皮细胞分泌尿KIM-1。尿KIM-1的出现对缺血性及中毒性肾损 伤更具有意义,其在AKI发生12小时开始表达,48小时达最 高峰。Parikh等研究发现KIM-1在成人心脏术后AKI发生后2 天达高峰[11]。尿KIM-1对于AKI的危险分层也有一定意义。

Arthur等研究32种尿液生物学标记物预测心脏术后AKI的发 生中发现尿KIM-1预测心脏术后AKI的AUC为0.65,且尿IL-18 和尿KIM-1联合预测心脏术后重度AKI的发生最好,其AUC为 0.93[12]。在一项纳入150例脓毒症合并AKI患者的前瞻性 研究中发现尿KIM-1在入住ICU6小时明显升高,24小时达高 峰,提示尿KIM-1对脓毒症引起的AKI的早期临床诊断是有价 值的[13]。上述研究表明KIM-1可作为一种早期诊断AKI的敏感指标。

4L-FABP L-FABP是分子量为14kD的一种细胞内游离脂肪酸载体 蛋白,它主要存在于近端小管中,介导脂质的吸收和转运, 调节脂肪酸氧化,对肾脏起保护作用。有研究发现术后尿 L-FABP水平与肾小管周围毛细血管血流量和移植肾缺血时 间呈正相关[14]。同时在人类L-FABP转基因小鼠缺血再灌 注损伤中,发现这些转基因小鼠与野生型小鼠相比血尿素氮 水平更低,其原因可能是L-FABP抗氧化作用减少组织缺氧 [15]。L-FABP基因表达的上调通过激活过氧化物酶体增殖 物受体(PPAR-α),PPAR-α受体激动剂已被用于动物模型 对顺铂诱导的AKI和肾缺血再灌注损伤,因此在顺铂介导的 转基因小鼠发生AKI中尿L-FABP水平升高可能与贝特类药物 减少有关,贝特类药物可减少近端小管L-FABP表达。研究表 明多种发病机制导致的AKI中,尿L-FABP水平明显升高且不 受血浆水平的影响[16]。心脏术后发生AKI的患者尿L-FABP 立刻升高,并在6小时内达到峰值[17]。尿L-FABP对于小 儿心脏术后发生AKI也是有意义的。尿L-FABP水平的升高可 作为造影剂肾病的预测指标。尿L-FABP对于ICU患者发生AKI 有更好的鉴别能力,且浓度越高,发生AKI的风险越高[18]。

因此,L-FABP可能作为早期预测AKI发生的新型生物学标记 物。

5cystatinCcystatinC属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族成员之一, 其分子量为13359kD,血清cystatinC能通过肾小球滤过,且 不受各种因素影响。血清cys-tatinC能预测危重患儿及新生 儿非脓毒血症引起的AKI[19]。对于儿童心脏术后发生AKI12 小时血清cystatinC也有较高敏感性及特异性,Seitz等研究 发现血清cystatinC在心脏术后发生AKI6小时达到最高峰 [20]。血清cystatinC能预测成人脓毒血症引起的AKI[21]。

因此,血清cystatinC水平的升高能早期预测AKI的发生以及 肾功能的恢复。

6IGFBP7及TIMP-2 IGFBP7是胰岛素生长因子结合蛋白家族成员中的第7个 蛋白,IGFBP7在体内很多器官都有表达,它可以阻滞细胞周 期、抑制信号传导通路。许多实验证实它是一种肿瘤抑制基 因。TIMP-2是一种非糖基化蛋白质,其相对分子质量21000kD, TIMP-2对肿瘤细胞的浸润和转移有很明显抑制的作用。

TIMP-2和IGFBP7是两种细胞周期停滞(cellcyclearrest)的 标志蛋白,细胞周期是指细胞从一次分裂完成开始到下一次 分裂结束所经历的全过程,分为间期与分裂期两个阶段,间 期又分为三期,即DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)与 DNA合成后期(G2期)。研究发现TIMP-2和IGFBP在缺血或脓毒 症时由肾小管细胞进入G1细胞周期停滞期[22],其参与了 G1细胞周期阻滞早期阶段的细胞损伤。所以在心脏术后AKI 早期TIMP-2和IG-FBP7在尿中水平增加,尿TIMP-2和IGFBP7乘积快速下降可以预测心脏手术后AKI的恢复[23,24]。

研究报道,尿TIMP-2和IGFBP7乘积是心脏术后早期预测AKI 发生和肾功能恢复敏感性及特异性较高的生物学标志物,其 预测肾功能恢复的AUC为0.78,尿TIMP-2和IGFBP7乘积的预 测切点,大于0.3时患者存在AKI高风险,大于2时AKI风险最 高[25]。而在非AKI患者或并发慢性肾脏病、糖尿病等合 并症时,TIMP-2、IGFBP-7的水平并不升高[26]。因此, 尿TIMP-2、IGFBP7以及它们的乘积可能是早期预测AKI的新 型生物学标志物。

7FGF23 FGF23是成纤维细胞生长因子家族成员之一,它由骨细 胞与骨成纤维细胞分泌,其分子量为26kD。FGF23的主要生 理功能是促进尿磷的排泄,是体内血磷和1,25-二羟活性维 生素D3的调节因子。Leaf等在30例AKI患者中发现,血浆 FGF23水平的升高增加了其死亡率及随后发生肾脏替代治疗 的风险[27]。同样对250例接受心脏体外循环术后患者的 研究发现,术后发生AKI患者第1天血浆FGF23水平明显升高, 且升高程度与AKI的严重程度相关,但FGF23水平的升高与血 清磷酸盐、钙、甲状旁腺激素或维生素D代谢物无明显相关 性,可能是FGF23对非传统靶器官如心血管或免疫系统的直 接毒性作用[28]。在一项纳入350例入住ICU患者的前瞻性 对列研究中发现血浆及尿FGF23水平的升高可能是重症患者 发生AKI的新型生物学标志物[29]。因此,FGF23可能作为一种新型生物学标记物早期预测AKI的发生。

8其他 目前研究发现铁死亡机制与AKI相关,铁死亡是一种新 发现的细胞死亡模式,主要由铁依赖的氧化损伤引起,涉及 一系列复杂的生化、基因表达和信号传导。这种细胞死亡模 式与小分子诱导的RAS肿瘤细胞死亡有关[30]。最新研究 指出,铁死亡机制通过抑制胱氨酸的摄取,使细胞内半胱氨 酸谷胱甘肽的(GSH)水平降低,从而导致Gpx4的失活[31], 使肾小管上皮细胞出现高水平的铁死亡,最终导致AKI的发 生[32]。对于铁死亡的生物学标记物能否早期预测AKI的 发生也给我们提供一个新的研究方向。AKI与CKD并非独立的 两种疾病,它们可能是同一个疾病的持续过程。在AKI发生 后期以上标记物依然升高,表明肾脏损伤在继续,并向慢性 肾脏疾病转化。从急性到慢性肾损伤过程中,这些新型AKI 的标志物都扮演着重要角色,早期检测这些标记物可能给 AKI的早期诊断和治疗带来新希望。