急性肾损伤生物标志物的研究现状及新进展

陈沐林，杨 陈，韩焕钦，陈 婷，王双苗，刘华锋※

(1.广东医科大学研究生学院，广东 湛江 524023； 2.广东医科大学附属医院肾病研究所暨湛江市慢性肾脏病防控重点实验室，广东 湛江524001)

急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)指由多种病因引起的肾功能快速下降而出现的临床综合征，表现为肾小球滤过率下降，代谢废物(如肌酐、尿素氮)在体内潴留，水电解质和酸碱平衡紊乱。AKI的致病因素主要有血容量不足、肾毒性物质、创伤、严重感染、尿路梗阻等，常见于重症监护治疗病房患者，是危重症患者最常见的并发症。据统计，住院患者AKI发病率达1%～7%；重症监护治疗病房患者的发病率达30%～50%，且病死率高达50%～80%[1]。此外，AKI也是导致慢性肾脏病和慢性肾衰竭的重要原因，20%～50%的AKI幸存患者可发展为慢性肾脏病，5%发展为终末期肾病[2]。可见，AKI的早期识别对及时治疗和改善预后至关重要。现就AKI生物标志物的研究现状及最新进展予以综述。

1 AKI的分类和诊断标准

根据疾病发生的解剖部位，AKI可分为肾前性、肾性和肾后性3类，其中肾性AKI包括肾小管、肾间质、肾血管和肾小球性疾病导致的损伤。根据AKI发生的地点可分为社区性AKI和医院获得性AKI。Xu等[3]研究发现，社区性AKI和医院获得性AKI的发生率分别为2.5%和9.1%，社区性AKI发生率最高的3种疾病分别为败血症(15.2%)、尿路梗阻(12.3%)和慢性肾脏病(11.8%)；医院获得性AKI发生率较高的是心脏手术(43.7%)，败血症(32.0%)和重症监护(30.3%)；约40%的AKI病例可能与药物有关，其中16%可能由中药诱发。2012年改善全球肾脏病预后组织推荐的AKI诊断标准为：①肾功能在48 h内突然减退，血清肌酐绝对值升高≥26.5 μmol/L(0.3 mg/dL)；②7 d内血清肌酐增至≥1.5倍基础值；③尿量<0.5 mL/(kg·h)，持续时间>6 h[4]。

2 已发现的主要AKI生物标志物

目前，血清肌酐和尿量变化仍是临床诊断AKI的金标准。由于肾脏自身强大的储备和代偿能力，早期肾损伤时，血清肌酐在肾衰竭48～72 h后增加或无明显变化，敏感性较差，而尿量常受液体摄入量、利尿剂等因素影响，因此，血清肌酐和尿量变化不能早期诊断AKI。AKI的治疗时间窗非常短，缺少早期有效的诊断方法和风险评估，是目前AKI的防治难点，可见寻找早期诊断AKI的生物标志物尤为重要。

近年来，探索和发现的AKI生物标志物有30多种，主要包括：①反映肾小球功能受损的标志物，如胱抑素C(cystatin C，CysC)、尿总蛋白、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-9、富含半胱氨酸蛋白61等；②反映肾小管受损的标志物，如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)、肾损伤因子1(kidney injury molecule 1，KIM-1)、白细胞介素(interleukin，IL)-18、视黄醇结合蛋白、肝型脂肪酸结合蛋白、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、β2微球蛋白、α1微球蛋白。应用于临床或实验室且研究较多的AKI生物标志物主要有NGAL、KIM-1、IL-18和CysC，不同生物标志物各具优缺点，但将其广泛应用于临床诊疗仍存在一定局限性。

2.1NGAL NGAL是一种与中性粒细胞明胶酶相联结的载脂蛋白，以低表达状态广泛存在于肾脏、肺、大肠等。肾缺血或肾毒性损害时，NGAL可在受损肾小管显著表达。在AKI早期(2 h内)便可在尿液中检测到NGAL，其水平可随肾小管上皮细胞的修复和再生而降低。NGAL是早期诊断AKI较为理想的生物标志物，主要优点为：①与其他生物标志物相比，具有较高的敏感性和特异性。NGAL是AKI诊断价值最高的生物标志物，其特异度和灵敏度分别为81%和68%，明显优于尿KIM-1、肝脂肪酸结合蛋白、IL-18、CysC等生物标志物，且可用来预测AKI严重程度和持续时间[5]。②可在连续肾脏替代治疗中监测肾功能改善情况。经连续肾脏替代治疗后，AKI存活组和非存活组患者血清NGAL水平均下降，但非存活组患者血清NGAL水平明显高于存活组，提示高水平的血清NGAL与AKI患者的不良预后有关[6]。③可以预测AKI院内死亡率。一项前瞻性研究表明，血清NAGL预测AKI的受试者工作特征曲线下面积(area under the curve，AUC)达到0.8，而入院血清NGAL>400 ng/mL时，预测院内死亡率的AUC为0.65～0.87，但易受AKI其他合并症的影响，如败血症、高血压、恶性肿瘤、慢性肾脏病、炎症性疾病等[7]。目前，临床尚未确定统一的预测和评估AKI的尿NGAL临界值。

2.2KIM-1 KIM-1是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，在正常肾组织中表达甚微。在肾缺血或肾毒性药物引起的急性肾小管坏死时，KIM-1在近端肾小管上皮细胞显著过表达。在多种肾损伤动物模型中，尿KIM-1升高明显早于血清肌酐、尿N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、尿素氮等传统生物标志物。尿KIM-1升高发生在肾损伤数小时内，其潜在优势是对缺血性肾损伤有明显特异性和快速检测可用性。在接受手术治疗的儿童和成人患者中，尿KIM-1诊断AKI的AUC值分别为0.83和0.78[8]。此外，尿KIM-1还可区分AKI病因，有研究发现，肾前性AKI患者尿KIM-1水平不升高，而缺血性急性肾小管坏死患者尿KIM-1水平显著高于非缺血性因素(如造影剂)引起的AKI和慢性肾衰竭患者[9]。美国食品药品管理局已批准KIM-1为临床前药物开发的AKI生物标志物[10]。尿KIM-1对缺血性AKI和肾毒性AKI具有较好的特异性，而对早期和其他原因所致肾损伤的敏感性可能不如NGAL。

2.3CysC CysC是有核细胞产生的半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白，可经肾小球自由滤过，被巨噬细胞受体促进的内吞作用完全重新吸收，并在近端肾小管分解代谢，不能被肾小管分泌至管腔内，故尿液中不会出现大量的CysC。肾小球滤过率可影响CysC水平，但不受年龄、性别、种族或肌肉含量等因素影响。与血清肌酐相比，血清CysC水平更能反映肾小球滤过率，尿CysC可反映肾小管损伤。由此可见，CysC在早期诊断儿童AKI时表现出明显优势。一项前瞻性研究显示，CysC可预测呼吸窘迫综合征早产新生儿的AKI，当临界值>1.3 mg/L时，诊断新生儿AKI的灵敏度为92.3%，特异度为96.0%，较血清肌酐和肾小球滤过率更早预测AKI[11]。另有研究发现，心脏手术后12 h血清CysC预测儿童AKI的AUC值为0.746，是早期诊断AKI的良好标志物[12]。有关CysC的研究大多是小样本的回顾性研究，不同研究预测AKI的临界值差异较大(0.80～2.04 mg/L)，其诊断意义仍需大规模临床研究进一步证实。

2.4IL-18 IL-18是肾小管细胞和巨噬细胞产生的促炎细胞因子，介导缺血性AKI、败血症和肾毒性AKI的炎症反应。IL-18在肾脏近端小管诱导，可在缺血再灌注损伤、脓毒症和恶性肿瘤时释放入尿液，尿IL-18水平在肾损伤后6 h内升高，12～18 h达到高峰。IL-18对早期诊断缺血性AKI具有较高的灵敏度和特异度。有研究表明，尿IL-18可在体外循环术后2 h达到峰值，预测AKI的AUC值为0.90，临界值为1.6 μg/L时，灵敏度和特异度分别为90.91%和91.36%[13]。另有研究发现肝硬化患者尿液中IL-18水平可区分缺血性急性肾小管坏死和其他类型的肾脏损害，AUC值为0.88，并可预测肝硬化患者的短期死亡率，AUC值为0.76[14]。尿IL-18预测危重AKI患者90 d死亡的能力欠佳，可能与尿IL-18水平易受炎症、败血症、心力衰竭等因素的影响有关[15]。

3 新发现的早期诊断AKI的生物标志物

3.1金属蛋白酶组织抑制因子-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2，TIMP-2)和胰岛素样生长因子结合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein 7，IGFBP7) TIMP-2和IGFBP7是细胞应激或损伤期间肾小管细胞表达的一种细胞周期阻滞蛋白。多种创伤(炎症、缺血、氧化应激、药物和毒素)所致肾小管细胞损伤时，TIMP-2和IGFBP7的水平明显升高，以提高肾小管上皮细胞应激。Kashani等[16]发现，尿TIMP-2和IGFBP7可作为危重患者预测早期AKI的良好生物标志物，其AUC分别为0.75和0.77，明显高于其他生物标志物，且尿TIMP-2和IGFBP7乘积可预测危重患者入院12 h内发生AKIⅡ期或Ⅲ期的风险，其AUC值为0.80。NephroCheck(主要检测尿TIMP-2和IGFBP7)已成为美国食品药品管理局批准的第1个使用新型肾损伤生物标志物来评估AKI风险的试剂盒，用于评估危重患者检测后12 h内进展为中重度AKI的风险，可能将中度至重度AKI的诊断提前到能够早期干预的“时间窗”内[17]。此外，AKI合并慢性肾脏病或慢性心力衰竭并不影响尿TIMP-2和IGFBP7的检测结果[18]。

3.2血管紧张素原(angiotensinogen，AGT) AGT是肾素-血管紧张素系统最上游的底物，血液中的原有AGT不能经肾小球滤过排入尿液，因此，尿AGT是反映肾脏肾素-血管紧张素系统活化的有效指标。动物研究证明，缺血性AKI早期尿AGT水平显著升高，而持续激活的肾素-血管紧张素系统是诱发AKI发展的重要因素[19]。Yang等[20]研究表明，尿AGT可预测急性失代偿性心力衰竭患者的AKI，AUC值为0.84，优于尿NGAL(AUC值为0.78)，且尿AGT可独立预测患者出院后1年死亡和再住院的风险，但对其他类型AKI(如缺血性AKI、药物性AKI等)的预测价值尚不明确。一项对急性失代偿性心力衰竭患者的前瞻性研究发现，尿AGT对AKI进展的预测优于NGAL、IL-18和KIM-1，AUC值为0.78，预测死亡的AUC为0.85[21]。另一项研究提示，尿AGT/肌酐比值可预测心脏手术患者的预后(AKIⅢ期或死亡)，AUC值为0.75[22]。尿AGT还可动态监测急性肾小管坏死患者AKI后肾脏结构的恢复情况，并作为AKI慢性肾脏病进展和治疗反应的早期预测因子[23]。

3.3MMP-7 MMP-7是一种具有蛋白水解活性的含锌酶，主要存在于肾盂上皮细胞，并易排泄至尿液中。MMP-7很少或不在正常肾脏表达。尿MMP-7水平可反映肾脏Wnt/β联蛋白活性，信号通路在缺血再灌注损伤或肾毒性诱导的AKI动物模型中被激活，尿液中MMP-7水平显著升高[24]。Yang等[25]的前瞻性队列研究表明，尿MMP-7预测儿童和成人心脏手术后严重AKI的AUC值分别为0.81和0.76，优于尿IL-18、AGT、NGAL和白蛋白与肌酐比值，是预测心脏术后严重AKI和预后的生物标志物。

3.4微RNA(microRNA，miRNA) miRNA是一种含有19～23个核苷酸的内源性单链非编码RNA，对各种细胞生物学功能(增殖、分化、代谢和凋亡)的转录后调控至关重要。AKI时，某些miRNA可能通过促进炎症、细胞凋亡和纤维化对病原体发挥作用，而其他miRNA可通过抗炎、抗细胞凋亡、抗纤维化和促血管生成对肾小管上皮细胞起保护作用。可见，miRNA不仅可能是AKI的新型生物标志物，还可能成为AKI治疗的潜在靶点[26]。Aguado-Fraile等[27]在AKI患者和健康对照的血清样本中鉴定出10种差异表达的miRNA，具有作为AKI未来生物标志物的巨大潜力，其AUC接近1，且不同miRNA早期诊断心脏手术后AKI的AUC值为0.72～0.91。有研究显示，AKI患者血浆miR-210和miR-320上调，且miR-210能够预测死亡率[28]。Gaede等[29]研究表明，miR-21的术前基线值可预测心脏手术后AKI，AUC值为0.70。由此可见，miRNA是AKI潜在的诊断和治疗工具，但将miRNA应用于临床实践，还需进一步的实验研究，以获得更加简单、快速的检测方法。

4 AKI生物标志物的联合应用

单一生物标志物检测常缺乏足够的诊断敏感性和特异性，临床应用价值受限。多项研究表明，联合多种生物标志物检测能明显提高诊断AKI的敏感性和特异性，且对预后的预测更具优势[30-33]。研究表明肾小球功能标志物(血清CysC)和肾小管损伤标志物(尿N-乙酰氨基葡萄糖苷酶)诊断危重患者AKI和预测严重AKI的准确度明显高于单个生物标志物[30]。另一项研究显示，尿Kim-1、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和NGAL检测术后3 h发生AKI的AUC值分别为0.65、0.63和0.65，以上3种生物标志物联合检测可明显提高术后早期诊断AKI的灵敏度，AUC值为0.78[31]。而NGAL和CysC联合检测已成为成人心脏手术后AKI持续时间和严重程度的独立预测因子[32]。在狼疮性肾炎中，尿KIM-1、NGAL和人单核细胞趋化蛋白1的联合检测是诊断活动性肾小管间质病变的良好指标[33]。但目前对两种及两种以上标志物联合检测AKI的研究多为小规模、针对特定类型的研究，仍需大量大规模多中心的临床研究，确定准确的标志物组合对应的AKI类型。

5 小 结

理想的AKI生物标志物应取材方便、检测简单经济，敏感性和特异性高，有诊断临界值，能够鉴别AKI病因和损伤部位，可预测AKI病情严重程度的变化和指导治疗等特点。近年来，国内外发现了多种生物标志物，但至今尚无一种可在临床上取代血清肌酐，目前仍以血清肌酐为主。相继发现的新型生物标志物在AKI的早期诊断、预测预后和鉴别病因等方面具有广阔的应用前景，但其临床价值仍需更多的前瞻性研究的进一步验证，以便制定出更加合理的AKI诊断标准，提高早期诊断AKI的敏感性和特异性。