尿金属蛋白酶组织抑制因子-2和胰岛素样生长因子结合蛋白7在急性肾损伤中的研究进展*

2021-11-04邓惠方综述李清初审校

现代医药卫生 2021年20期

邓惠方综述，李清初,2△ 审校

(1.桂林医学院，广西桂林 541199；2.山东省立第三医院肾内科，山东济南 250031)

急性肾损伤(AKI)是由各种原因导致的短时间内肾功能急剧恶化而出现的临床综合征，发病率和病死率均较高，早期预防和识别AKI对改善患者预后非常重要[1-2]，肌酐检测和(或)尿量改变诊断AKI不具有灵敏度和特异性。因此，近年来，很多学者在寻找诊断AKI的早期标志物，并已有很多进展。有研究发现，细胞周期阻滞标志物——金属蛋白酶组织抑制因子-2(TIMP-2)和胰岛素样生长因子结合蛋白7(IGFBP7)对G1期阻滞具有诱导作用，其可早期反映肾脏损伤，可作为预测AKI发生的早期标志物[3-5]。但AKI发生机制复杂，单一的生物标志物预测的灵敏度和特异性可能存在不足，因此，联合使用TIMP-2、IGFBP7早期预测中、重度AKI优于单一标志物[6]。2014年美国食品和药物监督管理局批准了“NephroCheck®”上市，即通过检测尿液中TIMP-2、IGFBP7含量并计算二者乘积预测危重患者发生AKI的风险[7]。现将尿TIMP-2、IGFBP7在AKI中的临床研究进展综述如下。

1 TIMP-2与IGFBP7在肾脏的生物学功能

1.1TIMP-2 其属于一种蛋白质，相对分子质量为21×103，属于TIMP家族，多种TIMP家族成员在肾脏细胞中的表达，包含肾小球系膜细胞、小管间质细胞和上皮细胞[8]。有研究表明，TIMP-2在远端肾小管上皮细胞表达和分泌，是唯一一种同时具有基质金属蛋白酶抑制剂和激活剂功能的TIMP[9-11]。TIMP-2参与了缺血-再灌注损伤的病理生理过程，通过激活基质金属蛋白酶-2并触发肾小管间质纤维化和损伤，促进疾病的发展[9，12]。TIMP-2与内皮细胞表面α3β1整合素结合，从而有效阻断内皮细胞的增殖和血管生成，这种作用是通过诱导p27KIP1的表达介导，p27KIP1是一种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)抑制剂，可诱导G1阻滞[13]。

1.2IGFBP7 其是一种相对分子质量为29×103的分泌蛋白，是IGFBP超家族的成员，主要由内皮细胞、血管平滑肌细胞、上皮细胞产生，在体液和组织中均可检测到。可通过蛋白水解调节胰岛素，导致胰岛素抵抗；可独立调节细胞增殖、迁移和凋亡；能与人胰岛素样生长因子-1受体进行结合并抑制信号传递。肾脏损伤后IGFBP7主要在近端肾小管上皮细胞表达和分泌。IGFBP7在肾脏损伤后可通过短暂的细胞周期阻滞阻止受损DNA细胞分裂，这将有利于肾小管细胞的修复[8-9,14-15]。

1.3TIMP-2、IGFBP7在肾脏中的联合作用在肾脏中，TIMP-2、IGFBP7均可参与调节G1期细胞周期阻滞[16]。当肾小管细胞发生应激或损伤，如发生AKI时产生并释放TIMP-2、IGFBP7，TIMP-2刺激p27的表达，IGFBP7直接增加p53、p21的表达[3]。p53通过转录上调p21，从而抑制了G1/S转变所必需的G1期CDK，使G1期短暂阻滞[4]。而p27则直接与CDK2、CDK4结合形成的循环复合物阻断G1期的转录，使G1期短暂阻滞[3,5]。见图1。AKI时TIMP-2、IGFBP7在人肾小管上皮细胞表达和分泌增加，诱导细胞周期的G1期短暂阻滞，防止受损肾小管上皮细胞增殖，减轻肾脏持续损伤，这一作用通路有望成为防治AKI的新靶点。

图1 AKI中TIMP-2和IGFBP-7细胞周期阻滞

2 尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在AKI中的前期临床研究

KASHANI等[6]首次研究发现，尿[TIMP-2]、[IGFBP-7]对AKI的早期预测比肌酐更具优势。共纳入患者728例，以12 h内发生改善全球肾脏病预后组织定义分级AKI 2～3级为研究终点。结果显示，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]乘积预测12 h内AKI发生率的受试者工作特征曲线下面积(AUC)为0.80(单独分别为0.79、0.76)，明显优于中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、肾损伤分子1(KIM-1)，AUC分别为0.65、0.70；最佳临界值分别为0.3(ng/mL)2/1 000、2.0(ng/mL)2/1 000。随后几项研究进一步证实了这一发现，并认为尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]最佳临界值大于或等于0.3(ng/mL)2/1 000表示可更好识别出AKI高风险患者[17-18]。

3 尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测AKI风险的研究进展

3.1尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测术后AKI风险的价值术后可发生一些常见并发症，如AKI，其与术后15年住院死亡风险升高、生存率下降有关。在术后临床因素预测AKI时加入[TIMP-2]·[IGFBP-7]检验后AKI的预测力明显提高，差异有统计学意义(P=0.001)[19]。提示尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]具有良好的预测术后AKI能力。

3.1.1尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在心脏手术后AKI的预测作用 WANG等[20]发现，术后进入重症监护病房(ICU)后4 h监测尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]可确定患者发生AKI的风险，预测术后发生2～3期AKI的AUC为0.83，当临界值为0.3(ng/mL)2/1 000时对应的最大灵敏度为0.75，临界值为2.0(ng/mL)2/1 000时对应的最大特异性为1.00。DUSSE等[21]研究表明，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测术后第1天发生2～3期AKI的AUC为 0.971，对应的最佳临界值为1.03(ng/mL)2/1 000，灵敏度为1.00，特异性为0.90，相对于血清肌酐，此指标能更早地预测心脏术后AKI，具有更佳的应用价值。MAYER等[22]研究也证实了此指标在术后AKI早期诊断的价值，最佳临界值为0.4(ng/mL)2/1 000。但也有少数研究表明此指标不能在早期准确地预测心脏术后AKI[23-24]。总之，很多研究表明，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]对心脏术后AKI具有良好的预测价值，尤其是2～3期AKI，有助于早期识别AKI的发生，对疾病的早期干预及治疗具有重要意义。

3.1.2尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在非心脏手术后相关AKI的预测作用在非心脏手术中SCHIEHER等[25]发现，在原位肝移植后48 h内可发生AKI，在手术结束早期尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的AUC为0.54，术后第1天AUC为0.60，术后第2天AUC为0.63，不推荐临床常规使用此指标评估原位肝移植患者AKI的危险性。而FUHRMAN等[26]发现，小儿肝移植术后6 h尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的AUC为0.933，术后24 h的AUC为0.683，表明术后6 h内测量尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]是AKI的良好预测因子。这2项研究的样本量均较小，尚需更大规模的研究确定测量尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的最佳时间点，明确其在预测肝移植术后AKI的价值。

3.1.3尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在儿童术后相关AKI的预测作用尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在预测儿童术后发生AKI的研究较少。MEERSCH等[27]发现，儿童进行心脏手术后4 h尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的AUC为0.85，以0.70为临界值，灵敏度为0.83，特异性为0.77，与KIM-1(AUC为0.64)比较，[TIMP-2]·[IGFBP-7]和NGAL(AUC为0.87)在儿童心脏术后相关AKI早期预测中更具有优势。DONG等[28]发现,小儿心脏术后12 h尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的AUC为0.83。相比之下，NGAL对应的12 h的AUC为0.94，比[TIMP-2]·[IGFBP-7]在预测AKI时更具有优势。总之，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]可较好地作为儿童术后预测AKI的早期生物标志物。

以上研究提示，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在术后4～24 h对AKI的预测具有一定价值，但其预测的最佳时间点及与其他新生物标记物，如NGAL、KIM-1预测效果比较，尚需进一步研究。

3.2尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在药物相关性AKI的预测作用很大部分药物是经肾脏进行一系列代谢并最终排出，药物所致的肾毒性较为常见。医院外有许多因素可导致患者因发生AKI而住院，其中药物因素占20.00%；在ICU中与药物相关的AKI患者占15.00%～25.00%[13]。如KANE-GILL等[29]研究的723例ICU的危重患者中46.00%的患者接受了哌拉西林-他唑巴坦(110例)、万古霉素(156例)或二者联合(67例)治疗，用药后第1天测定尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]值，联合组患者[TIMP-2]·[IGFBP-7]值高于单独用药组，联合组患者2～3期AKI发生率高于单独用药组；与单独使用万古霉素比较，9个月死亡或透析风险以联合组最高(48.00%)。以铂为基础的化疗(PBC)是一种有效的抗肿瘤治疗方法，但在接受顺铂化疗的患者中约有1/3出现急性肾脏损害。SCHANZ等[30]进行的研究共纳入58例恶性肿瘤患者，在72 h内发生AKI 4例(12.50%)。PBC给药后12 h内检测尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的AUC为0.92，临界值为0.3(ng/mL)2/1 000时对72 h内预测AKI的灵敏度为50.00%，特异性为87.00%，阴性预测值为95.00%，阳性预测值为25.00%，表明给予PBC后尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]的测定可作为早期识别铂类诱导AKI高危人群的有用工具。但TOPRAK等[31]在45例患者中有13例(28.89%)检测到顺铂相关AKI，AKI组患者尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]值与非AKI组比较，差异无统计学意义(P>0.05)，其认为尿IGFBP7、TIMP-2水平对顺铂所致AKI的早期检测似乎无用。基于以上研究，目前不推荐在ICU外使用尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]检测药物所致的肾毒性，应将其作为未来研究的一个潜在领域[13]。

3.3尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在感染相关性AKI的预测作用 AKI是危重症患者常见并发症，而脓毒症是ICU中发生AKI的最重要病因，占所有AKI的50.00%[32-33]。尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在脓毒症相关AKI预测中有一定的价值，如CUARTERO等[34]在一项研究中纳入98例ICU患者，结果显示，在ICU期间发生AKI的患者达50.00%，脓毒症的诊断率为40.80%；尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测AKI的AUC为0.798，认为尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]是ICU患者AKI的早期预测因子，与脓毒症无关。GODI等[35]对433例患者进行研究发现，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]与PCT联合应用对AKI的发生具有较好的预测能力(AUC为0.81)，在未来可能是评估感染后发生相关AKI风险的有用工具。肖琴等[36]在进入儿童ICU前7 d内纳入174例脓毒症儿童，其中52例(29.89%)诊断为AKI，尿液[TIMP-2]·[IGFBP-7]水平升高，预测其后12、24、36 h发生AKI的AUC分别为0.967、0.898、0.748，因此其认为，脓毒症患儿尿液 TIMP-2、IGFBP7能较准确地预测AKI的发生。以上研究均提示，尿液TIMP-2、IGFBP7监测能较好地预测脓毒血症性AKI。

4 尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在预测AKI患者预后中的应用

在住院患者中发生AKI者不良结果包含死亡、终末期肾病、肾脏替代治疗(RRT)的风险大大增加等。有研究发现，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]不仅是AKI的有效预测因子，同时在预测AKI不良结果中也具有重要作用[37,6,38-39]。GOCZE等[19]用尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]值评估了107例AKI高危手术患者的不良预后，结果显示，预测早期RRT的AUC为0.83，预测28 d病死率的AUC为0.77。KOYNER等[40]研究表明，AKI患者中尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]临界值为2.0(ng/mL)2/1 000者死亡或接受透析的可能性是临界值为0.3(ng/mL)2/1 000者的2倍，尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在危重疾病中的早期测量将会有助于识别未来的9个月内死亡或接受RRT治疗风险增加的AKI患者。WESTHPFF等[41]在新生儿和儿童AKI中用尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测30 d和3个月病死率的AUC分别为0.79、0.84，预测效果良好；预测需接受RRT治疗的AUC为0.67，预测效果中等，表明此指标对预测新生儿和儿童AKI的不良结局具有较好的诊断价值。GOMBERT等[42]发现，胸腹主动脉瘤术后6～12 h尿液[TIMP-2]·[IGFBP-7]值在预测AKI患者需进行临时RRT方面的效果良好(灵敏度为55.56%，特异性为90.91%，AUC为0.694)。对90 d死亡率的预测能力不足(灵敏度为80.00%，特异性为52.38%，AUC为0.607)。TYAGI等[43]发现，在产科危重症患者中尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测AKI的AUC为0.522，预测ICU病死率的AUC为0.446，这一指标对AKI或病死率均具有较好的预测价值，但这一结论并不适用于产科患者。因此，在AKI患者中目前有关尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在AKI患者预后中具有预测价值，以及对RRT的最佳临界值、何时开始RRT尚未有统一定论，仍需进行大规模多中心试验研究。

5 小结与展望

目前，有许多学者均在积极寻找生物标志物对AKI进行早期诊断，其具有一定的临床应用价值，但由于缺乏特异性，因此，在运用方面受到一定限制。尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]在AKI的诊断及判断预后的预测价值得到一定肯定，但仍具有以下局限性：(1)需进一步研究确认尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]预测术后AKI及预测AKI患者预后的最佳临界值和检测时间。(2)在肾前性及肾性相关AKI的应用相对较多，在肾后性相关AKI研究则甚少。(3)研究人群主要侧重于成人，在儿童这一群体仍需更多研究验证，单独使用一种生物标志物对AKI进行早期诊断及预测预后的灵敏度和特异性不足，因此，将此指标与其他生物标志物及临床检查结果相结合以提高诊断AKI及预测预后的灵敏度和特异性可作为一个研究方向，而且有助于更好地了解AKI的病理生理学过程和机制。虽然目前的研究结果初步证明了细胞周期阻滞物能早期预测高危人群发生AKI的风险，但尚缺乏相关药物对这一靶点进行干预。