炎症相关生物标志物对糖尿病肾病的诊断价值

赵春薇 倪海祥

糖尿病的主要微血管并发症之一是糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD），据估计，10%～40%的糖尿病患者中约有10%～40%会发展为DKD[1]。发达国家DKD 是导致终末期肾脏疾病（end-stage kidney disease，ESKD）的主要原因，约占所有ESKD病例的50%[2]。2015 年我国关于住院及普通人群慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）的调查显示，约21.3%的糖尿病患者伴有CKD，其中糖尿病所致CKD 病人数到达0.24 亿，DKD 患病人数已经超过肾小球肾炎（glomerulonephritis）患病人数，可能已经成为ESRD 的首位病因[3]。而目前临床缺乏有效的DKD 早期诊断指标，因此，寻找灵敏而特异的生物学指标对于DKD 的早期诊断有重要意义。

1 糖尿病肾病诊断现状

2016 年研究显示，我国DKD 知晓率不足20%[4]。而肾穿刺活检作为DKD 的诊断金标准，由于其有创性，且需要经过专业培训的个人和设备，并不适用于DKD 的临床诊断，而是在怀疑有其他原因导致的肾脏疾病而非糖尿病的情况下进行。目前DKD 的临床诊断标准[5]是糖尿病患者出现微量白蛋白尿（尿白蛋白/肌酐比值UACR 30～300mg/g）或者大量白蛋白尿（UACR＞300mg/g）和（或）肾小球滤过率（eGFR）下降，同时排除其他CKD。微量白蛋白尿作为早期DKD 评价指标，鉴于某些局限性，它不能足够准确的预测DKD 的风险。微量白蛋白尿并不能估计肾损伤预后，其可能不导致严重的白蛋白尿或大量白蛋白尿，甚至可恢复到正常白蛋白尿（UACR＜30mg/g）[6]。此外，临床也存在尿白蛋白排泄正常，而肾脏功能已受损的情况[7]。因此目前许多学者希望寻找新的生物标志物以增加DKD 诊断的准确性。

2 炎症机制研究进展

在DKD 的发展过程中，已经发现细胞内代谢异常的三个主要途径[8]：（1）多元醇和蛋白激酶C（PKC）途径的激活；（2）晚期糖基化终产物的形成；（3）肾小球超滤引起的肾小球内高压。在这三个主要途径的上游，高血糖症是DKD 发展的主要驱动力。在这三个途径的下游，慢性持续性微炎症是DKD 发展的常见途径。越来越多证据表明炎症是导致DKD 许多结构和功能改变的基础。炎症反应会导致肾脏的单核吞噬细胞系统代谢和血流动力学紊乱，从而导致肾脏结构的改变、肾内血流动力学的改变、肾小球内皮细胞通透性的改变、多种分子表达的改变、细胞坏死和凋亡以及纤维化的发生[9]。

目前认为，在糖尿病患者中多种炎症信号传导途径可致肾脏损伤。Janus 激酶/信号转导子和转录激活子（JAK/STAT）途径的激活是高血糖通过参与肾脏血管紧张素Ⅱ诱导的系膜细胞肥大，TGF-β，胶原蛋白合成等多个过程而参与DN 发病机制的肾脏损伤的重要机制[10]。核转录因子kappa B（NF-κB）构成一个转录因子家族，可调节涉及不同过程的基因的表达，这些过程包括免疫应答，细胞分化和发育，凋亡，周期进展，炎症和肿瘤发生。该途径被认为是DKD中主要的炎症途径之一。活化的NF-κB 进入细胞核并刺激粘附分子，趋化因子，炎性细胞因子以及其他与炎症和增殖相关的分子的转录，最终导致DKD 的发生发展。Rho 激酶信号传导途径的激活增加了单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）水平和单核细胞向肾小球细胞的趋化性。此外，Rho 激酶也是巨噬细胞集落刺激因子-1（CSF-1）生产的重要调节剂。核因子红系2 相关因子2（Nrf2）调节抗氧化剂细胞保护性基因的表达，从而减弱系统性氧化超负荷。此外，Nrf2 的激活通过阻断包括IL-1 和IL-6 在内的促炎细胞因子的转录来抑制巨噬细胞的炎症反应，从而减轻肾脏炎症。

3 炎症性生物标记物

3.1 肿瘤坏死因子-α（TNF-α）TNF 主要由单核细胞产生，少部分由肾细胞（内皮细胞，上皮细胞，肾小球膜和肾小管细胞）产生。TNF 可参与DKD 的炎症反应，其中以TNF-α 作用较为明显。文献报道，TNF-α 对肾小球，肾小球膜和上皮细胞发挥细胞毒性作用，并可直接造成肾脏损伤[11]。TNF-α 还改变了血管收缩与舒张之间的平衡及内皮细胞的通透性，从而导致了肾小球内血流改变和GFR 降低[12]。此外，TNF-α 可直接参与肾细胞产生氧化自由基（ROS），而不依赖于血流动力，改变肾小球毛细血管壁通透性，从而增加尿白蛋白排泄率[13]。最后，TNF-α刺激钠潴留，可诱导TFG-的表达，导致肾肥大的发生发展[14]。Lampropoulou 等[15]报道，DKD 患者尿中TNF-α 水平明显高于糖尿病组，中度和重度白蛋白尿患者的尿中TNF-α 水平显着高于无白蛋白尿的患者（分别为P=0.004 和P＜0.001）。Navarro 等[16]报道，与DKD 正常蛋白尿组相比，微量蛋白尿患者大量及大量蛋白尿患者的TNF-α mRNA 的表达水平呈进行性升高（分别为29%，84.8%）。由此推测TNFα 可作为DN 的一种新型标志物可用作辅助DKD 的诊断、预测DKD 进展。

3.2 白细胞介素（interleukin，IL）IL 与足细胞损伤和近端肾小管功能障碍有关，但目前具体机制不明。Milas 等[17]报道，早期DKD 患者血清IL-1，IL-6，IL-8和IL-18 水平升高。IL-1 刺激前列腺素E 的产生和磷脂酶A2 的释放，因此参与与前列腺素相关的肝内血流动力学异常的发展。IL-1 的活性也与血管内皮细胞渗透性的增加有关。尿中IL-1α 与肾小管功能损伤呈正相关（P＜0.0001，R2=0.57）[17]。

IL-6 在促进先天性免疫反应向适应性免疫反应的转变以及中性粒细胞在小管间质浸润中发挥关键作用。肾活检研究发现IL-6 mRNA 存在于常驻系膜、间质和肾小管细胞中，以及浸润性炎性细胞中。除了对免疫的影响外，IL-6 还可能影响细胞外基质动力学。事实上，IL-6 的增加可能促进整个肾脏肥厚，肾小球基底膜增厚，足细胞肥厚和细胞周期阻滞。IL-6 过表达与蛋白尿有关，研究表明，即使在白蛋白排泄增加之前，患者的尿液和血清IL-6 水平也会升高。文献报道，DKD 正常蛋白尿患者（尿微量白蛋白排泄率，20μg/min）IL-6 高于健康人群，大量蛋白尿患者IL-6 水平高于正常蛋白尿组及微量蛋白尿组，提示IL-6 临床用于诊断DKD 以及判断其病情严重程度的有效指标[18]。

IL-18 是具有多种功能的强效促炎细胞因子，参与炎症过程各种分子的合成与释放，刺激系膜细胞中功能性趋化因子受体的表达，导致内皮细胞凋亡[19]。研究证实，2 型糖尿病（T2DM）患者DKD 早期出现IL-18 升高，同时与正常白蛋白尿患者相比，出现白蛋白尿异常的患者有更高的IL-18[20]。大量蛋白尿患者血清中发现高水平的IL-18，提示IL-18 可能在糖尿病微血管肾并发症的发生中发挥特殊作用。最近研究表明，IL-18 血清和尿液水平与白蛋白排泄率呈正相关，而其血清水平也与T2DM 患者的颈动脉内膜中层厚度呈正相关，因此可能是DKD 进展以及心血管疾病的预测指标[21]。

3.3 趋化因子 MCP-1 负责粘附后单核细胞通过内皮的迁移，并且是影响肾病患者和肾损伤动物模型中巨噬细胞积累的主要因素[22]。在糖尿病患者中，MCP-1 在肾小球和肾小管上皮上调[23]；此外，尿液水平与肾功能下降密切相关[24]。MCP-1 在肾细胞中的表达是由炎症细胞因子诱导的，并构成肾小球和肾小管炎症发展的起点。肾中MCP-1 表达的诱导涉及多种细胞因子，但一些研究指出TNF 是最有效的诱导剂。基于以上数据，MCP-1 已被提议作为糖尿病肾小管间质变化的新生物标志物，并预测肾病进展和预后。研究证实，T2DM 患者DKD 早期出现MCP-1升高，同时与正常白蛋白尿患者相比，出现白蛋白尿异常的患者有更高的MCP-1[25]。

CSF-1 控制巨噬细胞的存活，增殖和分化。尽管CSF-1 在多种肾细胞类型（肾小球系膜，肾小管和内皮细胞）中组成性表达，但慢性炎症中这种趋化因子的肾脏水平紊乱通过产生不受控制的肾内巨噬细胞扩增而参与肾脏疾病的进展。肾CSF-1 在2 型糖尿病小鼠中高表达[26]。而通过删除小鼠中的编码基因来降低肾脏CSF-1 水平，会减弱肾脏炎症过程中巨噬细胞的浸润和增殖[27]。通过施用针对CSF-1 受体的抗体，在多种肾脏疾病动物模型中巨噬细胞的积累也得以减弱[28]。该因子水平的调节增加了针对DKD中巨噬细胞介导损伤的特异性疗法的可能性。

3.4 其他炎症生物标志物 炎症的生物标志物还包括γ 干扰素诱导蛋白10（interferon gamma-induced protein 10，IP-10），粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating，G-CSF），嗜酸性粒细胞趋化因子（Eotaxin），受激活调节正常T 细胞表达和分泌因子（regulated upon activation normal T cell expressed and secreted factor，RANTES）。IP-10 是促炎细胞因子，在患有DKD 的受试者中其血清水平显着升高[29]。此外，发现这种促炎细胞因子的血清和尿液水平与白蛋白排泄率和内膜中膜厚度呈正相关，这表明微炎症可能是T2DM 中DKD 和动脉粥样硬化的常见危险因素[30]。在DKD 的早期，血清和尿液中的G-CSF水平也会升高[31]，而在超滤过程中，尿RANTES 和Eotaxin 排泄率明显高于正常滤过的DM 患者[32]。Eotaxins 是嗜酸性粒细胞趋化蛋白的趋化细胞因子亚家族，由嗜酸性粒细胞趋化蛋白构成，包括eotaxin-1（CCL-11），eotaxin-2（CCL-24）和eotaxin-3（CCL-26）。糖尿病肾肾脏超滤引起的尿液中趋化因子和RANTES 含量较高，是肾小球内高压导致肾脏炎证的结果。研究发现，G-CSF，Eotaxin 和RANTES 水平在白蛋白尿或微量白蛋白尿的T2DM 患者中较征程白蛋白尿患者明显升高[20]。

4 小结

综上所述，免疫炎症反应是DKD 发生发展的关键因素，多种炎症因子如TNF、IL、趋化因子等均参与DKD 疾病进展过程。虽然目前尿白蛋白是诊断DKD 最常用的临床指标，但是近期研究显示炎症因子表达水平异常常早于尿白蛋白水平异常出现。因此如何在DKD 患者疾病最早期进行诊断及干预是未来研究的重点，而炎症因子是当前最具潜力的生物标记物。未来临床研究应着重于探讨炎症因子对DKD 患者诊断、预后、治疗等多方面的预测价值，从而为DKD 患者疾病管理提供更系统、更精准的方向。