脓毒症相关急性肾损伤发病机制和新型生物标志物研究进展

康凌垲 李小悦 张倩

1桂林医学院附属医院急诊科（广西桂林541001）；2遵义医科大学第五附属（珠海）医院重症医学科（广东珠海519116）；3陆军军医大学第二附属医院肿瘤科（重庆400037）

脓毒症（sepsis）是宿主对感染反应失控导致的器官功能障碍，是急危重症患者主要死亡原因之一。脓毒症相关急性肾损伤（sepsis associated acute kidney injury，SA-AKI）是指原无肾损伤的患者，在发生脓毒症后出现包括血、尿组织学及影像学可见的肾脏结构或功能异常。研究证实，脓毒症患者AKI 发病率为51% ～66.9%，与脓毒症患者不良预后相关［1］。SA-AKI 发病机制复杂，与免疫炎症反应、微循环障碍、能量代谢异常等有关，但具体机制未明。目前尚无针对SA-AKI 早期诊断和治疗的有效策略，及早诊断有助于降低SA-AKI 病死率。因此，寻找敏感性和特异性更高的新生物标志物是临床关注的热点［2］。

1 SA-AKI 发病机制

传统观点认为，SA-AKI 发生与脓毒症时有效循环血量减少导致肾血流量减少有关［3］。然而，动物实验和临床证据表明肾血流量与肾功能之间存在分离［4］。当全身血液循环呈高动力状态时，尽管肾血流量因心输出量增加而增加，但仍会发生AKI。免疫炎症反应、凝血级联激活、肾细胞凋亡和线粒体动力学异常是SA-AKI 的主要发病机制。

1.1 免疫炎症反应免疫功能紊乱是脓毒症发病机制的中心环节。脓毒症早期表现为大量炎症细胞激活和促炎介质释放，机体由于炎症介质耗竭及免疫细胞凋亡进入免疫抑制状态。促炎细胞因子（如IL-6 和TNF-α）与SA-AKI 患者死亡风险增加有关［5］。做为循环细胞和肾内细胞表达的模式识别受体，Toll 样受体4（toll-like receptor 4，TLR4）可与LPS 结合并激活包括核因子-κB（NF-κB）和促分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）在内多个信号通路，导致促炎细胞因子和HMGB1 转录增加［6-7］。PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）可介导黏附、迁移、细胞存活和凋亡等过程，通过PI3K∕蛋白激酶B 信号通路参与免疫炎症反应、促进促炎细胞因子释放、促进肾小管细胞凋亡，从而诱发AKI［8］。

1.2 肾细胞凋亡肾细胞凋亡是由于炎症反应、氧化应激、I∕R 损伤等多种因素导致肾小管上皮细胞（tubular epithelial cells，TECs）功能和细胞能量代谢异常。SA-AKI 患者血清可于体外诱发TECs 和足细胞凋亡，提示过度的细胞凋亡是SA-AKI 重要发病机制之一。另有研究表明，SA-AKI 时肾细胞凋亡不仅发生在TECs，还可发生在肾小球内膜细胞、免疫细胞、肾小球毛细血管内皮细胞，SAAKI 细胞凋亡可通过包括内源性途径（Bcl-2 家族、细胞色素c、caspase-9）、外源性途径（死亡受体、Fas、FADD、caspase-8）以及缺血性AKI 时内外通路串扰等多途径发生［9］。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspases）是凋亡过程的“中心杀手”，参与凋亡细胞形态学变化［10］。

1.3 凝血级联激活脓毒症时促炎细胞因子过表达，诱导组织因子（TF）释放并启动外源性凝血途径，凝血过程促使炎症反应放大，诱导更多的TF表达，两者相互促进形成恶性循环［11］。凝血酶可促进多种促炎细胞因子和补体系统激活，诱导血小板聚集和白细胞活化，引发DIC。脓毒症时活化的中性粒细胞中弹性蛋白酶破坏作用增加，抗凝血酶（AT）半衰期缩短，凝血酶失调［12］。同时，炎性介质使血管内皮细胞损伤，诱导内皮细胞释放纤溶酶原激活物抑制物-1（PAI-1）抑制纤溶系统。凝血级联激活导致微循环内大量微血栓形成，引起包括SA-AKI 在内的MODS。

1.4 线粒体动力学异常线粒体动力学是指线粒体通过持续的融合和分裂改变自身形态来适应各种应激条件的生物学过程。AKI 发生时线粒体外膜通透性改变可触发细胞色素C 等促凋亡因子释放，并释放大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），导致线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential，MMP）降低、通透性增大，甚至肿胀并出现嵴断裂，导致线粒体动力学异常［13］。促凋亡Bcl-2蛋白（如Bax）通过穿透线粒体膜诱导细胞凋亡，抗凋亡Bcl-2 蛋白保护细胞免受细胞色素C等凋亡因子损伤［14］。WEI等［15］研究发现，SA-AKI 中Bax 水平升高而Bcl-2 水平降低，敲除Bax 可减少凋亡因子释放、保护小鼠肾功能。研究表明，受损线粒体触发自噬起始信号，诱导激活的Parkin 将线粒体融合蛋白1（mfn1）和线粒体融合蛋白2（mfn2）泛素化，细胞通过自吞噬作用降解或清除受损线粒体［16］。SA-AKI 患者Nod 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain-containing protein 3，NLRP3）和caspase 家族蛋白被激活，通过Parkin 蛋白水解抑制线粒体自噬，加重炎症和细胞损伤［17］。

2 SA-AKI 的新型生物标志物

KDIGO 指南强调AKI 的早期诊断，将血清肌酐水平作为诊断标准加以强调，但存在诊断限制，表现在肾代偿机制导致血清肌酐上升滞后，甚至50%的AKI 发生时肌酐没有升高［18］。

2.1 免疫炎症反应是SA-AKI最主要的发病机制多种新型生物标志物（如miR-22-3p、CXCL14、lncRNA HOXA-AS2 等）可通过调节免疫细胞活性、下调细胞相关因子表达及抑制NF-κB 信号通路抑制免疫炎症反应，发挥肾脏保护作用。WANG等［19］研究显示，miR-22-3p 在LPS 诱导AKI 小鼠中表达显著下降，miR-22-3p 可通过靶向抑制PTEN，下调促炎因子的释放。LV 等［20］研究发现，CXCL14 的过表达可通过下调巨噬细胞活性，抑制细胞因子产生而减弱SA-AKI。WU 等［21］研究显示LPS 诱导的HK-2 细胞中HOXA-AS2 表达降低，HOXA-AS2可通过靶向miR-106b-5p并阻碍NF-κB通路，在SAAKI 中发挥保护作用。因此，miR-22-3p、CXCL14、lncRNA HOXA-AS2 可用于SA-AKI 的早期诊断，也是SA-AKI 的潜在治疗靶点。

2.2 SA-AKI 早期诊断IGFBP7、lncRNA MIAT、LncRNA CRNDE 可通 过 激 活ERK1∕2 信 号、上 调Caspases 及抑制凋亡相关因子等参与SA-AKI 细胞凋亡。WANG 等［22］研究发现，做为胰岛素样生长因子结合蛋白超家族成员之一，IGFBP7 过表达可通过激活ERK1∕2 信号促进LPS 诱导的HK-2 细胞和CLP 术后小鼠的细胞周期阻滞和细胞凋亡，敲除IGFBP7 基因可有效减轻小鼠的肾脏损伤程度。ZHANG 等［23］研究发现，lncRNA MIAT 在SA-AKI 中表达明显上调，而miR-29a 表达显著下降。细胞实验进一步证实lncRNA MIAT 通过抑制miR-29a，上调Caspases 表达，促进细胞凋亡。相反，LncRNA CRNDE 在SA-AKI 中显著下调，CRNDE 高表达可与miR-181a-5p 相互作用抑制凋亡相关因子释放，促进HK-2 细胞增殖并抑制其凋亡［24］。因此，IGFBP7、lncRNA MIAT、LncRNA CRNDE 可用于SAAKI 的早期诊断，也是SA-AKI 的潜在治疗靶点。

2.3 SA-AKI的潜在治疗靶点有研究发现个别生物标志物通过抑制纤溶酶、促进血小板及白细胞激活、阻断MMP 降低、促进线粒体自噬参与凝血功能障碍及线粒体损伤修复。SA-AKI 中PCSCK9 高表达，并促进循环核酸（circulating free DNA，cfDNA）的释放，cfDNA 可显著增加凝血酶产生及抑制纤溶酶介导的纤维蛋白溶解，加剧SA-AKI 早期血液高凝状态［25］。WANG 等［26］研究显示，PSGL-1 可促进白细胞-血小板激活和相互作用，促进脓毒症患者炎症反应和凝血功能紊乱。DING 等［27］研究发现，UCP2 可通过阻断MMP 降低从而抑制细胞色素C 及细胞内ROS 产生，改善SA-AKI 动物模型线粒体形态或功能损伤。KIM 等［28］研究发现，SESN2通过抑制NLRP3 过度激活从而启动线粒体自噬，减轻炎症及细胞损伤。因此，PCSCK9、PSGL-1、UCP2、SESN2 也可用于SA-AKI 的早期诊断，也是SA-AKI 的潜在治疗靶点。

3 总结与展望

SA-AKI 与脓毒症患者不良预后相关，免疫炎症反应、凝血级联激活、肾细胞凋亡和线粒体动力学异常均参与SA-AKI 的发生和发展。目前对SA-AKI 发病机制研究取得一定进展，但在免疫炎症反应和凝血级联反应调控网络、细胞凋亡新机理、线粒体动力学研究等方面仍有不足。进一步探讨miR-22-3p、CXCL14、IGFBP7、lncRNA MIAT、PCSCK9、UCP2 等生物标志物在SA-AKI 早期诊断中的应用价值，是目前研究的热点，对揭示SA-AKI发病机制和治疗SA-AKI 具有重要意义。从发病机制探索到治疗靶点确定，再到临床应用，随着实验室检测技术的成熟，新型生物标志物将具有潜在的可推广性和临床可行性。