急性肾损伤标志物及其在心血管相关肾病中应用的研究进展

李永姝 贾克刚

近几十年来，急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）已经成为令人关注的公共健康问题，影响全球数以百万患者的健康。最近美国肾脏病学会临床杂志［1］发布了一项对全球近5千万住院患者的超大规模的AKI发病率研究，成年人合并AKI的发病率为 21.6%，儿童为 33.7%，成年人 AKI相关的病死率为 23.9%，儿童为 13.8%。国内的研究［2］表明，AKI的发病率为16.3%，医院中获得性AKI，特别是在重症监护病房的病死率高达 60.6%。心脏手术相关性急性肾损伤（cardiac surgery associated acute kidney injury，CSA－AKI） 是心脏手术后常见的显著增加病死率及医疗费用的严重并发症，是影响术后患者长期生存的独立危险因素［3］。心脏手术后AKI的可能机制包括肾缺血、炎性反应、动脉粥样硬化栓塞等［4］。组织的缺血再灌注损伤、内毒素血症、手术的创伤、非搏动性血流及术前可能就存在的左心室功能不全都是术中炎症反应的触发因素，炎症介质、黏附分子及促炎因子的产生，又进一步导致了细胞损伤，并最终引起肾脏的损伤。

AKI的发生常提示预后不良，及时诊断和危险分层对指导治疗和预防AKI进展有重要的临床意义，但目前可用的诊断方法大部分对AKI的早期诊断不敏感［5］。因此，人们将更多的目光投向肾损伤生物标志物的研究，其对肾脏疾病的诊断特异性强，又属于非侵入性检查，因此受到越来越多研究者的重视。本文对AKI及其相关诊断标志物做一综述。

1 AKI的定义及其诊断标准

AKI是指各种原因引起肾脏功能损害，以致肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）在短时间迅速下降，引起氮质代谢产物积聚，水、电解质及酸碱平衡失调及全身并发症的一种严重的临床综合征。2012年全球肾脏病改善预后工作组（KDIGO）发布了新版AKI临床实践指南。新版指南融合了2002年急性透析质量倡议组制定的RIFLE分级诊断标准和2005年急性肾损伤网络制定的AKI诊断标准各自的优点，提出了AKI诊断的新标准，患者符合以下情况之一者即可被诊断 AKI：（1）48 h 内血肌酐（serum creatinine，SCr） 升高超过26.5 μmol／L（0.3 mg／dL）；（2）SCr升高超过基础 1.5 倍（确认或推测在 7 d 内发生）；（3）尿量＜0.5 ml／（kg·h），且持续 6 h以上（单用尿量改变作为判断标准时，需除外尿路梗阻或其他原因导致的尿量减少），其中SCr的升高率是确证AKI发生的金标准［6］。

SCr作为经典的反映肾小球滤过功能的指标，为临床广泛使用，然而SCr对AKI的早期诊断有局限性。SCr的浓度不仅受肾脏清除能力的影响，还受个体间差异及某些药物的影响。此外，由于正常肾脏的储备功能存在很大的个体差异，储备功能好的患者即使在AKI早期出现了显著的肾组织破坏，SCr水平仍可能正常或仅轻度升高，因此SCr不一定能及时准确反映肾脏功能水平，从而可能延迟AKI的诊断［7］。通常在肾脏受损48－72 h后，SCr才明显升高，因此，SCr多用于AKI晚期预后判断［8］。为此，寻找一种新的敏感性高、特异性好的早期诊断AKI的标志物成为研究的热点。

2 CSA－AKI早期诊断标志物

2.1 中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase－associated lipocalin，NGAL）NGAL是脂质运载蛋白家族的一员，又称脂质运载蛋白2或24p3，最初是从中性粒细胞内的过氧化物酶颗粒中分离出来的一种能与明胶酶共价结合的蛋白［9］。NGAL分子内含花萼状结构，该结构具有结合低分子量铁载体的特性。Vaidya等［10］发现正常机体状态下NGAL仅在骨髓中性粒细胞成熟期间一个很窄的窗口期（中幼及晚幼期）合成，但在发生炎症和恶性肿瘤时，人体的多种组织（如子宫、前列腺、唾液腺、肺、肾、气道及消化道上皮等）均可以诱导产生NGAL。NGAL是机体天然免疫针对细菌感染的一个关键组分，其主要配体是铁载体。NGAL与铁载体结合的特性，表现为一种抑菌剂，因此，机体炎性反应时可导致血清 NGAL 水平升高［7］。

Srisawat等［11］的研究发现，对于社区获得性肺炎的患者来说NGAL的升高提示肾功能的减退，AKI组的NGAL水平远高于对照组，这提示NGAL对AKI的发生具有很好的提示作用。而对于发生AKI的患者，较高水平的NGAL则提示病死率的上升，死亡组的NGAL水平为生存组的2倍以上。Parikh等［12］发现NGAL对于诊断多囊肾患者肾损伤有很好的效果，NGAL的上升水平与肾脏体积增大的水平有显著相关性，并与GFR有显著的关联，对肾功能损伤有极好的评价效果。Gabbard等［13］研究结果显示，在接受心肺转流术（cardopulmonary bypass，CPB）后NGAL相较于SCr能更早的诊断AKI，将检测时限由48－72 h缩短至2 h，同时 NGAL升高的幅度也比SCr更高，在诊断AKI的特异性、敏感性上NGAL与公认的金标准SCr相似。而且CPB术后2 h NGAL水平与病情严重程度及AKI持续时间有关。众多研究显示，NGAL是早期诊断AKI的优秀的标志物，其预测AKI发生远早于SCr。NGAL将成为临床诊断AKI的一个极为重要的指标。

2.2 肝型脂肪酸结合蛋白（liver fatty acid－binding protein，LFABP）L－FABP又称FABP1或Z－蛋白，是脂肪酸结合蛋白家族的一员，相对分子质量为14.4×103，含有127个氨基酸残基和2个脂肪酸结合位点，广泛分布于哺乳动物的肝脏、小肠、肾脏、心、脑、脂肪等处。L－FABP是肝脏内唯一表达的脂肪酸结合蛋白，占肝脏内总胞质蛋白的2%～5%［14］。L－FABP可与经转运蛋白介导进入细胞内的长链脂肪酸结合，将其运送到内质网、线粒体、细胞核等处，与脂类转运及脂蛋白的代谢有密切联系，同时L－FABP可调节胆固醇的吸收和代谢，并在胆汁酸的合成及胆汁酸在肝脏储存的过程中起关键作用［15］。Yan 等［16］通过体外研究证实 L－FABP 有极强的抗氧化活性，可通过与活性氧反应阻止膜磷脂的过氧化，保护细胞免受氧化应激。L－FABP可与游离脂肪酸（free fatty acids，FFAs）结合，防止FFAs激活过氧化物酶体增生物激活受体－γ介导的细胞凋亡，减轻肾小管细胞内氧化应激并抑制炎症因子及脂质过氧化物产生，减轻肾小管损伤，保护肾小管［17］。

在AKI时，L－FABP不仅具有肾保护作用，而且对于反映肾小管的急性损伤也十分敏感，且先于SCr升高［18］。谢园园等［19］研究尿液 L－FABP诊断梗阻性肾病所致AKI及预测预后的价值，发现L－FABP的升高提示肾功能的下降及肾损伤的不良预后。Parikh等［20］进行的多中心队列研究显示，AKI组L－FABP在6 h达到峰值，且上升幅度较SCr更高，将LFABP与肾损伤分子－1（kidney injury molecule－1，KIM－1）、NGAL等指标联合评估患者肾脏损伤程度可大大缩短AKI检测时限。同时发现术后L－FABP高水平与预后不良有关。众多研究表明，L－FABP的升高与AKI的发生及不良预后密切相关，通过测定L－FABP可以早期发现AKI，并预测肾脏疾病的进展，L－FABP将是近端肾小管损伤的一个优秀的预测指标。

2.3 KIM－1 KIM－1是Ⅰ型跨膜糖蛋白的一种，其由Ichimura等［21］于1998年在研究大鼠缺血－再灌注肾损伤再生修复时发现，存在于肾脏、肝脏并低水平表达于Th2细胞中。KIM－1相对分子质量为10.4×103，由334个氨基酸序列组成，内含免疫球蛋白样结合域和黏蛋白样结构域。Ichimura等［22］研究显示，KIM－1在正常肾组织及胚胎肾组织中几乎不表达，而在多种急慢性肾脏疾病发生时，KIM－1表达显著增强。当发生急性肾小管损伤时，KIM－1大量表达于再生的肾小管上皮，介导肾小管上皮细胞吞噬凋亡细胞和细胞碎片，从而使非专职吞噬细胞在急性炎症过程中发挥清道夫作用，同时改变吞噬细胞的免疫状态，调节免疫及炎症反应。KIM－1除了清除及免疫调节作用外，可能还具有再生功能，促进损伤细胞的替代或修复。

研究［23］表明，AKI时，肾小管上皮细胞表达的 KIM－1 的胞外功能区可在金属蛋白酶作用下裂解脱落到细胞外释放入尿，从而在尿液中检测出来，且尿KIM－1水平和组织KIM－1水平呈正相关，表明KIM－1能反应近端肾小管的损伤情况，进而反映AKI严重程度。罗群等［24］在研究经皮冠状动脉介入术后发生造影剂肾损伤的患者时发现，KIM－1在术后6 h为术前基础水平的1.6倍，在术后24 h达峰值，为术前水平的3.5倍，至术后48 h KIM－1仍维持较高水平。而诊断肾损伤的金标准—SCr至术后48 h才显著升高，KIM－1对肾损伤的诊断效能优于 SCr，若将KIM－1、NGAL及 IL－18联合检测其诊断AKI的效能将显著优于SCr。

2.4 MicroRNAs MicroRNAs是内源性产生的 21～25个核苷酸的短链、非编码mRNAs。MicroRNAs广泛存在于病毒、动植物及人体内，具有保守性、基因集簇现象和特异性表达的特性［25］。

MicroRNAs在AKI中作用的证据是用近端肾小管条件性Dicer敲除的小鼠模型证实的［26］。Dicer是MicroRNAs生成过程中的关键酶。在这个模型中，实验小鼠的肾脏发育、组织学、功能正常。然而，在经历双侧缺血再灌注损伤（ischemiareperfusion injury，IRI）后，与同窝的野生小鼠相比，条件性Dicer敲除的小鼠肾脏对IRI的抵抗能力明显增强。这为Dicer及MicroRNAs在缺血性AKI中的病理生理作用提供了重要依据。

Shapiro 等［27］的实验数据证明：IRI导致 MicroRNAs 表达的不同，而这种表达的不同可以作为肾脏IRI的一种生物学标志物。此外，Liu等［28］的研究进一步证实：与对照组相比，IRI小鼠的肾脏中76种MicroRNAs的表达水平发生了2倍及以上的改变，其中36种MicroRNAs的表达水平升高，40种MicroRNAs的表达水平下降。这进一步证实MicroRNAs表达种类及水平的变化可能是肾脏IRI的生物学标志物。

2.5 胱抑素C（Cystatin C，CysC）CysC为内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂，由人体所有有核细胞合成并在肾脏分解代谢，血浆清除半衰期较短，能从肾小球自由滤过，在肾小管被摄取并分解，但不能被肾小管重吸收与排泌。CysC不受炎症反应、恶性肿瘤的影响，受年龄、性别、肌肉容积、饮食等因素影响小。与SCr相比，血清CysC对早期AKI更敏感。也有研究［29］显示，CysC是预测ICU患者发生AKI的良好生物标志物。另外在AKI患者尿液中亦可检测到CysC，并且被推荐作为定量肾小管损害程度的附加指标［30］。但最近的一项研究［31］显示，血清CysC预测体外循环手术后AKI的发生时，仅为中等预测能力的生物标志物，而在术中则具有极为有限的诊断和预测价值。血清CysC检测目前已建立了可用于临床常规的快速标准化的分析方法；尿CysC检测虽然受干扰因素小，但由于检测成本高，尚未普及，但其对临床的诊断意义值得进一步探讨。

3 结语

目前，对于肾损伤标志物的研究已取得了较大的进展，上述AKI诊断标志物，可以在肾损伤发生后很短时间内被检测到，有利于CSA－AKI的早期诊断，有助于提高临床治疗效果、准确判断预后、监测病情发展，并对急性肾衰竭和肾脏替代治疗等不良预后进行预测。生物标志物在AKI中的临床应用还存在着相当大的发展前景，有待于检验医学及肾脏病学领域的深入研究。

1 Susantitaphong P，Cruz DN，Cerda J，etal.World incidence of AKI：A meta-analysis.Clin JAm Soc Nephrol，2013，8：71－113.

2 王海霞，郑瑞强，林华，等.基于RIFLE标准急性肾损伤患者发病率及病死率的研究.中华急诊医学杂志，2013，22：276－279.

3 Brown JR，Kramer RS，Coca SG，etal.Duration of acute kidney injury impacts long－term survival after cardiac surgery.Ann Thorac Surg，2010，90：1142－1148.

4 Herget－Rosenthal S，Marggraf G，Husing J，etal.Early detection of acute renal failure by serum cystatin C.Kidney Int，2004，66：1115－1122.

5 李顺君，黄文方，饶绍琴.急性肾损伤早期监测的生物标记.国际检验医学杂志，2008，7：614－616.

6 KDIGOAKIWork Group.KDIGOclinical practiceguideline for acute kidney injury.Official Journal of the International Society of Nephrology，2012，2：1-138.

7 俸家富.急性肾损伤的实验室检测标志物.中华检验医学杂志，2014，6：410－414.

8 Bellomo R，Kellum JA，Ronco C.Acute kidney injury.Lancet，2012，380：756-766.

9 Makris K，Kafkas N.Neutrophil gelatinase－associated lipocalin in acutekidney injury.Adv Clin Chem，2012，58：141-191.

10 Vaidya VS，Ferguson MA，Bonventre JV.Biomarkers of acute kidney injury.Annu Rev Pharmacol Toxicol，2008，48：463－493.

11 Srisawat N，Murugan R，Lee M，etal.Plasma neutrophil gelatinaseassociated lipocalin predictsrecovery fromacutekidney injury followingcommunity-acquired pneumonia.Kidney Int，2011，80：545－552.

12 Parikh CR，Dahl NK，Chapman AB，etal.Evaluation of urine biomarkers of kidney injury in polycystic kidney disease.Kidney Int，2012，81：784－790.

13 Gabbard W，Milbrandt EB，Kellum JA.NGAL：an emerging tool for predicting severity of AKI is easily detected by a clinical assay.Crit Care，2010，14：318.

14 He Y，Yang X，Wang H，etal.Solution-state molecular structure of apo and oleate-liganded liver fatty acid-binding protein.Biochemistry，2007，46：12543－12556.

15 Storch J，Mcdermott L.Structural and functional analysis of fatty acid-bindingproteins.JLipid Res，2009，50 ：S126－S131.

16 Yan J，Gong Y，She YM，etal.Molecular mechanismof recombinant liver fatty acid binding protein＇s antioxidant activity.J Lipid Res，2009，50：2445－2454.

17 孙祥雷，许冬梅.肝型脂肪酸结合蛋白（L－FABP）与肾脏疾病.国际泌尿系统杂志，2008，28：517－519.

18 Susantitaphong P，Siribamrungwong M，Doi K，etal.Performance of urinary liver-typefatty acid-binding protein in acutekidney injury：a meta-analysis.Am JKidney Dis，2013，61：430－439.

19 谢园园，倪兆慧，薛蔚，等.尿L－FABP和NGAL在梗阻性肾病所致急性肾损伤诊断及其肾脏预后预测中的价值.中华肾脏病杂志，2013，29：21－26.

20 Parikh CR，Thiessen－Philbrook H，Garg AX，etal.Performance of Kidney Injury Molecule-1 and Liver Fatty Acid-Binding Protein and Combined Biomarkers of AKI after Cardiac Surger.Clin J Am Soc Nephrol，2013，8：1079－1088.

21 Ichimura T，Bonventre JV，Bailly V，etal.Kidney injury molecule-1(KIM-1)，a putative epithelial cell adhesion molecule containing a novel immunoglobulin domain，is up-regulated in renal cells after injury.JBiol Chem，1998 ，273：4135－4142.

22 Ichimura T，Asseldonk EJ，Humphreys BD，etal.Kidney injury molecule－1 is a phosphatidylserine receptor that confers a phagocytic phenotypeon epithelial cells.JClin Invest，2008，118：1657－1668.

23 Nejat M，Pickering JW，Devarajan P，etal.Somebiomarkersof acute kidney injury are increased in pre－renal acute injury.Kidney Int，2012 ，81：1254－1262.

24 罗群，周芳芳，兰凯，等.肾损伤分子1、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白和白细胞介素18联合检测在造影剂肾损伤早期诊断中的作用.中华肾脏病杂志，2011，27：57－58.

25 Reinhart BJ，Bartel DP.Small RNAs correspond to centromere heterochromatic repeats.Science，2002，297：1831.

26 Wei Q，Bhatt K，He HZ，et a1.Targeted deletion of Dicer fromproximal tubules protects against renal ischemia-reperfusion injury.JAm Soc Nephrol，2010，21：756－761.

27 Shapiro MD，Bagley J，Latz J，et a1.MicroRNA expression data reveals a signature of kidney damage following ischemia repefusion injury.PLoSONE，2011，6：e23011.

28 Liu F ，Lou YL，Wu J，et a1.Upregulation of microRNA-210 regulates renal angiogenesis mediated by activation of VEGF signaling pathway under ischemia/perfusion injury in vivo and in vitro.Kidney Blood Press Res，2012，35：182－191.

29 Zhang Z，Lu B，Sheng X，etal.Cystatin Cin prediction of acutekidney injury：a systemic review and mete-analysis.Am J Kidney Dis，2011，58：356－365.

30 Herget－Rosenthal S，Pietruck F，Volbracht L，et a1.Serum cystatin C：a superior marker of rapidly reduced glomerular filtration after uninephrectomy in kidney donors compared to creatinine.Clin Nephrol，2005，64：41－46.

31 Kiessling AH，Dietz J，Reyher C，etal.Early postoperative serum cystatin C predicts severe acute kidney injury following cardiac surgery：a post-hoc analysis of a randomized controlled trial.JCardiothorac Surg，2014，9：10.