脓毒症急性肾损伤的新型生物学标志物

胡天佑 王洪亮

脓毒症是宿主对感染的反应失调而导致危及生命的器官功能障碍综合征,其病情发展迅速，发病率及死亡率均居高不下[1]。若病情严重或治疗不及时，极易发展为脓毒症休克，导致多器官功能衰竭。在脓毒症发生发展的过程中，肾脏是最常累及的器官之一，常并发脓毒症相关性急性肾损伤(SA-AKI)。据统计，SA-AKI约占临床急性肾损伤(AKI)的50%以上，且当脓毒症继发AKI后，患者的病死率高达70%，AKI是脓毒症最常见且最严重的并发症之一[2]。我国一项全国性多中心研究结果显示，2013年全国约有290万人罹患AKI并住院接受治疗，总医药费用约为130亿美元，占我国总医疗费用的10%[3]，死亡率为12.4%。而脓毒症AKI的患者院内死亡率可达单纯AKI患者的6倍(约70%)。本文旨在总结各类新型生物标志物对SA-AKI的预测与诊断价值，为早期诊断SA-AKI提供新思路。

一、SA-AKI诊断现状

根据2012年改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)对AKI新的定义：当患者48小时内血清肌酐(SCr)水平升高>0.3 mg/dl(26.5 μmol/L)，7天内SCr水平升高达基线值的1.5倍，或每小时尿量<0.5 ml/kg，持续6～12小时即可诊断为AKI[4]。目前临床诊断AKI的方式主要依赖尿量、SCr、血清尿素氮(BUN)、是否存在管型尿、高钠排泄指数和尿素排泄指数及低渗尿等指标。其中，SCr与尿量是重要的诊断核心指标。然而，真正代表肾脏功能的肾小球滤过率(GFR)并不能仅用SCr水平来准确反映，因为肾小管的肌酐分泌与其他非肾因素如肌肉质量、肝功能和非肾性胃肠排出等也密切相关[5]。目前通常认为SCr是肾脏损伤的晚期标志物[6],但其在诊断AKI的发生时有一定的缺陷性，缺乏对结构性肾损伤的诊断准确性，并且对于结构性肾损伤的患者无法提供如病因、预后、治疗反应的相关信息[7]。例如，在ICU中伴有脓毒症、低血压、尿沉渣检测发现有颗粒状管型尿的患者均存在结构性肾损伤，且预后不佳，需要密切关注，积极治疗。但SCr并没有类似的特征，且在非结构性肾脏损伤的疾病中，如正在接受利尿剂治疗的失代偿性充血性心力衰竭患者、开始服用肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)抑制剂的糖尿病肾病患者和开始强化血压控制的长期高血压患者，均存在SCr水平升高的情况。在这些患者中，SCr水平的上升与不良预后无关[8]。因此，为了早期确诊AKI的出现，寻找其他可用于AKI早期诊断的指标极其重要。

二、SA-AKI新型标志物

对于SA-AKI的新型标志物，目前常见的有中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(NGAL)、肾损伤分子-1( KIM-1)、肝脏脂肪酸结合蛋白(L-FABP )、胱抑素C(Cys C)、金属蛋白酶组织抑制剂 -2(TIMP-2)和胰岛素样生长因子结合蛋白7(IGFBP 7)等。以下将针对其中部分在脓毒症AKI病理生理过程中起到重要作用的生物学标志物进行分析介绍。

1.NGAL：NGAL是一种近年来新兴的肾损伤生物学标志物，其分子量为25 kDa，是一种分泌型糖蛋白，最早由Kjeldsen等在研究中性粒细胞时首先发现。其在炎症、感染、中毒、缺血、AKI和肿瘤转化等各种病理状态下产生，并在肾脏、肝脏和上皮细胞中表达。NGAL以25 kDa的单体和45 kDa的同源二聚体存在，并以135 kDa的异源二聚体形式与明胶酶结合[9]。在肾小管上皮细胞中，NGAL主要生成形式是单体形式和一定程度上的异二聚体形式，而同源二聚体形式是中性粒细胞特有的形式[10]。近年来有研究证实NGAL有参与机体免疫应答、脂质代谢、肾脏损伤的修复、细胞分化及凋亡、炎症反应、胚胎发育、氧化应激的作用[11]。NGAL主要在远端小管和集合管产生，在正常近曲小管上皮低表达。当近曲小管上皮细胞受损时，血清NGAL(pNGAL)及尿液NGAL(uNGAL)水平呈升高趋势。在缺血再灌注损伤、严重感染、手术创伤等因素引起的AKI 中，pNGAL与uNGAL表达水平均显著升高[12]。因此，NGAL成为近几年肾损伤标志物的研究重点。目前，已有多项大规模临床研究对NGAL作为AKI生物标志物的价值进行评估，均表明NGAL作为AKI早期诊断指标具有较高的诊断准确性。近年来也逐渐开始尝试通过NGAL判断连续性肾脏替代治疗(CRRT)的时机，并发现使用uNGAL对脓毒症AKI患者进行分类可行，可作为指导CRRT启动的指标[13]。此外还有研究发现，NGAL水平可能与患者预后相关。在SA-AKI患者中pNGAL 水平明显升高，其水平随着脓毒症严重程度的增加而增加；另外，随访28天发现非存活组患者pNGAL水平远高于存活组；提示pNGAL对于早期诊断AKI和评价脓毒症患者的预后均有重要意义[14]。但是NGAL也有弊端，如pNGAL的特异性还不够高；NGAL在肾损伤之外的其他疾病中也有表达，如感染、炎症、肿瘤、高血压等疾病状态时，pNGAL水平也会出现异常。Rampoldi等[15]观察到pNGAL水平在全身炎症反应综合征、严重脓毒症和感染性休克患者中升高，在ICU感染性休克患者中应谨慎使用其作为诊断AKI的标志物。pNGAL在诊断AKI方面的准确性研究结果显示，pNGAL>150 ng/ml对疑似脓毒症AKI患者的敏感性为96%，但特异性仅为51%[16]。与pNGAL相比，uNGAL对预测SA-AKI更有用，因为在没有AKI的脓毒症患者中uNGAL水平不会升高。可见，uNGAL更适合成为对SA-AKI患者诊断和监测的标志物。

目前NGAL是新型标志物中研究得较为成熟的一种，尽管如此，其在血清中和尿液中的表达与肾损伤的关系还需进一步探讨，目前其在临床中的实用性和可行度仍需通过进一步的实验探索。

2.TIMP-2与IGFBP7：TIMP-2与IGFBP7是两种新兴的AKI标志物，其对AKI的预测作用目前已得到学术界的广泛关注，但是其对患者的预后预测方面的作用仍知之甚少。

TIMP-2与IGFBP7均为细胞周期阻滞生物标志物，现已被证明是AKI的良好预测因子，并被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于危重患者AKI的风险评估。其中TIMP-2是一种21 kDa的蛋白，属于金属蛋白酶组织抑制因子家族，是金属蛋白酶活性的内源性抑制因子。IGFBP7是一种29 kDa的分泌性蛋白，通过胰岛素样生长因子(IGF)-1受体结合并抑制信号传递[17]。相关研究显示，在出现肾损伤的早期，损伤的肾小管上皮细胞在G1期进入了短暂的细胞周期停滞。在细胞的自身保护机制的作用下，为避免损伤导致的细胞死亡或衰老，在损伤修复前无法继续分裂。而作为细胞周期阻滞的标志物，IGFBP7和TIMP-2会发出信号，表明肾小管上皮细胞已经受到损伤并且停止分裂[18]。他们通常通过自分泌或旁分泌的形式，从受损部位传播，起到“警告”的作用，因为发生时间较早，从而有机会早期发现损伤，改善预后[19]。在AKI不同发生机制的作用下，IGFBP7在外科患者中的作用优于TIMP-2，而TIMP-2在SA-AKI患者中诊断效果更好[18]。目前已有研究显示其二者乘积可以在AKI二期和三期出现的12小时内反映出患者肾脏的变化，且早于SCr水平[20]。研究发现，发展为AKI二期和三期的患者，尿[TIMP-2]×[IGFBP7]浓度通常在当天就会升高，且可随病情变化出现特征性的上升和下降。

[TIMP-2]×[IGFBP7]在SA-AKI中也有一定的预测价值。一项研究结果发现，将感染和脓毒症的一个强有力的标志物降钙素原(PCT)与[TIMP-2]×[IGFBP7](临界值分别为0.5和0.3)结果联合分析，可在48小时内对人群进行AKI发展的风险分层，二者联合阳性时AKI的发展风险增加了26倍，且双标记阳性也与7天内的死亡率显著相关[18]。此后，又有多项研究分析证明 [TIMP-2]×[IGFBP7]能准确预测SA-AKI，但同时也发现二者乘积虽具有较高的敏感性，但阴性预测值较低[21]。目前，二者在AKI早期诊断方面的作用已经被广泛、深刻的认识，但其仍有一定的缺陷，如无法区分短暂性和持续性AKI，且只可预测患者24小时内病情变化，极易失去诊断时机，且在预测患者的预后方面并未发现相关的作用等。因此，在临床的使用时尚需辅助其他的检查结果，仅可作为一定的参考[22]。

3.KIM-1：KIM-1是一种新型肾损伤标志物，其在糖尿病肾病、慢性肾病的作用已被广泛了解，在SA-AKI中的作用也已逐渐被学术界关注。其已被证实有强大的早期发现和预测病情发展的能力，但是在病情和损伤严重程度的检测方面仍存在一定的缺陷。

KIM-1是肾近端小管上皮细胞的跨膜糖蛋白，其胞外区含有粘蛋白结构域和Ig样结构域。一般情况下，检测人员很难在健康肾脏中检测到KIM-1。因为正常肾脏组织很少表达KIM-1，但在缺血、缺氧、中毒、感染或某些肾小管间质和多囊肾病引起的AKI时KIM-1表达水平明显升高[23]。此时去分化的近端小管细胞中KIM-1的表达水平显著上调，其被释放到小腔内，尿液中KIM-1水平大幅上升。同样，当肾脏近端小管受损时，血液中也可以检测到KIM-1。KIM-1主要表达于分化的近端肾小管上皮细胞。近端肾小管上皮细胞在损伤后可以再生，尤其是S3外髓区，当损伤发生时，尿液和肾脏组织中KIM-1水平在短时间内明显升高，且与肾损害程度相关。由于KIM-1在动物实验和临床试验中均表现出很强的可行性，研究者们认为其可以作为一个潜在的早期生物标志物，且有研究证明其参与了肾脏的损伤和愈合过程，因此被认为是一个较为可靠的预测预后的因子[24]。相比于血清KIM-1(SKIM-1)，人们对尿KIM-1(UKIM-1)的研究更加深入。FDA和欧洲药品管理局将UKIM-1选定为药物性肾病的生物标志物[25]。Zhang等[26]研究发现，SA-AKI患者的血清和尿液中KIM-1水平均高于无AKI的脓毒症患者，且血清和尿液中的KIM-1均可在72小时内预测脓毒症AKI。但由于KIM-1不仅反映了AKI的损伤情况，在修复和再生过程中也有所增加，因此无论是血清还是尿液中的KIM-1对AKI严重程度均无明显预测价值，对患者预后和严重程度的判断也具有一定的局限。

综上所述，临床中迫切需要特异性更高、实用性更强的标志物来完善SA-AKI的早期诊断，目前并未寻找到一种可以完全替代常规指标(如血清肌酐或尿量)的生物标志物。且相对于单独的生物标志物，在早期联合检测生物标志物是预测脓毒症患者AKI预后、判断严重程度、尽快掌握病情变化的灵敏度高、特异性好的检测策略，从而为临床早期制订治疗方案提供指导。随着科技的进步，更多更适于临床应用的SA-AKI诊断及预后标志物有望被开发并应用于临床，为SA-AKI早期诊断和早期治疗提供更有力的依据。