脓毒症相关急性肾损伤早期生物标记物的研究进展

庄苏园综述，聂时南审校

0 引 言

脓毒症是指因感染引起的宿主反应失调导致的危及生命的器官功能障碍，存在或可疑感染合并器官序列灌注评分SOFA评分≥2为诊断脓毒症的主要标准[1]。而脓毒性休克则是脓毒症合并严重的循环、细胞和代谢紊乱，其死亡风险较单纯脓毒症更高。2012年改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)根据肌酐和尿量对急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)作出了新的定义：48 h内血肌酐升高大于0.3 mg/dL(26.5 μmol/L),或7 d内血肌酐升高达基线值的1.5倍，或者每小时尿量小于0.5 mL/kg,持续6～12 h。

脓毒症相关急性肾损伤(sepsis associated acute kidney injury, S-AKI)在理论上应是同时满足以上两个定义特征的临床综合征。目前尽管抗感染治疗和基础生命支持手段不断进步，脓毒症患者仍存在高发病率、高病死率，且多数脓毒症患者可进展为AKI，早期识别及及时干预尤为重要。美国一项多中心纳入192 980名脓毒症患者研究中表明，22%患者进展为AKI，病死率为38.2%[2]。另外， Wen等[3]开展了一项纳入1255例患者的多中心前瞻性研究，发现ICU中AKI发病率为31.6%，其中脓毒症患者占44.9%，90 d病死率为41.9%。多项非随机对照研究显示使用肾脏替代治疗对提高生存率有显著的趋势[4-5]，早期诊断和及时干预治疗能改善S-AKI患者预后。KDIGO更加精细地定义了AKI的诊断，诊断主要依靠血清肌酐增加或尿量减少，然而这两项指标都存在其局限性，因此有必要探究更加早期有效的生物标记物来检测S-AKI的发生。本文就脓毒症相关急性肾损伤的早期生物标记物的研究进展作一综述。

1 血清肌酐和尿量的局限性

血清肌酐分子量较小，在血液中不与蛋白结合，可通过肾小球滤过膜，极少数在肾小管被重吸收。血清肌酐由外源性肌酐和内源性肌酐组成，内源性肌酐是肌酸和磷酸肌酸代谢的产物，其水平升高能反映肾功能损伤。因其简单易测且经济实惠，血清肌酐仍是目前诊断急性肾损伤及其损伤程度的主流生物标记物。然而，血清肌酐对于早期诊断急性肾损伤存在一定的局限性：其一，肌酐由外源性肌酐和内源性肌酐组成，前者易受肉类食物摄入的影响，后者可受年龄、性别、种族、运动、体重、肌肉含量、机体炎性反应等影响。其二，肾脏代偿功能强大，单侧肾功能发挥作用时即可保持血清肌酐正常值水平，早期、轻度肾损伤时血清肌酐可维持在正常范围[6]。此外，尿量对于急性肾损伤的诊断不敏感且不易在监护室以外的条件下测的，尿量的测量易受主观影响。因此，临床上需要更加有效早期诊断急性肾损伤的生物标记物。

2 脓毒症相关急性肾损伤新型生物标记物

2.1 肾小球损伤的生物标记物

2.1.1 血清胱抑素C(serum Cystatin C，sCys C)sCys C是人体有核细胞合成并分泌的一种低分子量碱性非糖基化蛋白质，也是一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂，通常以恒量存在于各种体液中，主要经肾脏分解代谢，较少受肌肉含量影响，许多研究表明sCys C是提示肾小管受损及肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)下降良好的生物标记物[7]。Delanaye等[8]比较了47例SOFA评分为5分的脓毒症患者，分别通过sCys C和血清肌酐计算其GFR，SCr和sCys C的GFR阈值为60 mL/min的ROC曲线下面积分别为0.700和0.942，提示sCys C在检测脓毒症患者GFR受损方面明显优于血清肌酐，能较早地检测出AKI，这一结论在Asada Leelahavanichkul的动物实验中也被证实[9]。此外，Ortuno-Anderiz等[10]在一项纳入50例脓毒症患者的前瞻性研究中发现，sCys C水平较肌酐和尿素水平升高更早，且初始sCys C水平与患者30 d的死亡率有关(OR=1.16；95%CI：0.3～1.85)，为sCys C作为AKI早期诊断的生物标记物提供有力的证据。由此可见，sCys C在早期诊断脓毒症患者急性肾损伤方面具有巨大潜力，但遗憾的是，目前市面上检测sCys C的方法众多，缺乏一定标准化，仍有待进一步解决。

2.1.2中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin,NGAL)NGAL相对分子质量25 kDa，由178个氨基酸残基组成的糖蛋白，是脂质载体蛋白超家族成员之一，可在中性粒细胞表面表达[16]，也可在肾脏细胞、肝细胞、上皮细胞等多种细胞中以较低的恒低速率表达。正常情况下，循环中可检测到低浓度NGAL，NGAL可通过肾小球滤过膜，在近端肾小管中被重吸收[17]。因此血中NGAL浓度升高或者近端肾小管损伤均可导致血NGAL以及尿液NGAL水平升高。临床研究表明，血浆和尿液NGAL水平升高，对脓毒症相关AKI的发生均有预测价值。Khawaja等[16]通过测定48例脓毒症患者早期血浆NGAL浓度，发现早期NGAL浓度能有效得预测AKI发生，其AUC为0.82(95% CI:0.68～0.96),敏感性为70.8%，特异性为90.9%，同时发现NGAL浓度与ICU住院时间呈正相关。一项荟萃分析表明，发生AKI的患者血清NGAL水平明显高于不患AKI患者，敏感性为0.881(95%CI:0.819～0.923)，特异性为0.474(95%CI:0.367～0.582)，阳性预测值0.216(95%CI:0.177～0.261)，阴性预测值0.0.965(95%CI:0.945～0.977)[18]，该项研究指出尿NGAL水平无显著差异。然而在一项135例成人脓毒症患者的前瞻性观察研究[19]发现尿液NGAL水平也能早期预测脓毒症患者AKI的发生,其AUC为0.70(95%CI:0.60～0.79)，最佳截断值102.5 ng/mL，敏感性为95%，特异性为76%。该结论与Monari等[20]的动物实验以及Jung等[21]、Park等[22]的前瞻性随机对照试验的结论一致。此外，联合血清NGAL、尿NGAL和SOFA评分预测住院死亡率曲线下面积AUC可达0.911[23]。由此可见，无论血清还是尿液NGAL是预测脓毒症相关急性肾损伤的良好生物标记物，遗憾的是该指标的特异性受全身炎症的影响，在脓毒症患者中特异性不高。

2.2肾小管损伤的生物标记物

2.2.1 肾损伤因子-1(kidney injury molecule-1，KIM-1)KIM-1是1型跨膜糖蛋白，也是免疫球蛋白基因超家族成员，包含一个半胱氨酸免疫球蛋白样结构域和一个粘蛋白结构域。正常状态下肾脏组织中恒微量表达KIM-1mRNA及其蛋白，然而动物实验已证实当肾脏缺血或肾毒性诱发AKI时，KIM-1在近端肾小管细胞中表达上调，且能检测到KIM-1mRNA的破坏与重建[24]，并在基质蛋白酶的作用下被释放到胞外，然后进入尿液中，可在尿液中检测到其成分，因此有研究推测KIM-1可作为早期急性肾损伤的敏感生物标记物。为此，国内有学者早期检测150例脓毒症患者血清肌酐及尿液KIM-1水平，发现脓毒症AKI 患者入住ICU 24 h后血肌酐开始升高，而KIM-1在6 h就开始显著增加，其AUC为0.864(95%CI：0.822～0.906)，敏感性为94%，特异性为61%；KIM-1在24 h达到峰值，AUC为0.916(95%CI：0.91～0.906)，敏感性为91%，特异性为78%，并保持显著升高达48 h，认为尿KIM-1水平可作为诊断脓毒症AKI的早期生物标记物[25]，遗憾的是该研究样本量较小，且测定了尿KIM-1水平，对于血KIM-1水平缺乏对比。此外，一项Meta分析表明，尿液KIM-1对脓毒症相关AKI有很大的预测价值，其AUC可达0.86(95%CI：0.83～0.89)，敏感性为74.0%(95%CI：61.0%～84.0%)，特异性为86.0%(95%CI：74.0%～93.0%)[26]。 总而言之，尿KIM-1作为预测脓毒症患者AKI的早期诊断的生物标记物具有巨大的潜力，但目前缺乏脓毒症相关AKI患者与其它原因导致AKI患者的分层研究。

2.2.2轴突生长诱导因子(netrin-1)netrin-1是层粘连蛋白相关的神经元导向因子，在正常肾小管上皮细胞中很少表达或不表达，在损伤的肾脏中却能高度表达。早期动物实验发现，在急性肾损伤的小鼠尿液中可检测到Netrin-1蛋白。Ramesh等[27]发现Netrin-1在急性肾损伤的患者尿液中也可被检测出。netrin-1水平在多种AKI患者中升高，被认为可能是AKI的通用生物标记物，其中在脓毒症相关AKI患者中表现更为明显。国内已有学者发现新生儿出生后12 h内尿液netrin-1水平可预测窒息后导致的AKI，其AUC为0.878(95%CI: 0.775～0.981)[28]。而在脓毒症相关AKI方面，一项前瞻性队列研究表明，150名脓毒症患者入院24 h后血肌酐水平开始升高，而Netrin-1早在入院1 h就显著升高，3～6 h达到峰值，并在48 h内仍保持升高，为临床早期诊断脓毒症相关AKI提供更多选择[25]。但是Netrin-1是一种多功能的层粘连蛋白相关的神经元指导蛋白，在包括肾脏在的各种组织中广泛表达其在肾脏病理生理中的作用尚未完全阐明。

2.2.3髓样细胞触发受体-1(the triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1)TREM-1是免疫球蛋白超家族受体成员，是一种免疫受体，能放大Toll样和NOD样受体的结合介导的炎症反应，在感染过程中可被上调。sTREM-1是TREM的可溶形式，可伴随TREM-1的上调释放到体液中，目前认为脓毒症是出现全身炎症因子诱导的免疫反应，大量炎症因子的释放可引起局部炎症反应和氧化应激增强，在急性肾损伤的形成和发展中起到了极其重要的作用。当发生AKI 时，患者尿液中可检测到sTREM-1，然而，sTREM-1的水平与其血清含量无关，提示sTREM-1在急性肾损伤具有潜在作用。Su等[29]动态监测了104例脓毒症患者尿液sTREM-1变化，发现尿液sTREM-1对48 h内发生AKI有很大预测价值，其AUC为0.922(95%CI:0.850～0.995)，最佳截断值为69.04 ng/L，敏感度为0.94，特异度为0.76。与此同时，该文章通过Logistic回归分析，表明了尿sTREM-1是脓毒症患者发生AKI的独立危险因素，这一结论也在一项前瞻性研究被证实[30]。正常尿液中几乎无法检测到sTREM-1水平，由此可见，尿液sTREM-1水平对脓毒症相关急性肾损伤有较好的早期预测价值。最新研究显示TREM-1上表达的先天免疫受体触发受体可能与线粒体代谢及肾小管上皮细胞衰老有关[31]。

2.2.4细胞周期停滞蛋白目前细胞周期停滞蛋白主要有金属蛋白酶2组织抑制剂(tissue inhibitor metallo proteinase-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是相对分子质量为21 000的小分子蛋白，属于金属蛋白酶组织抑制剂家族，其中包含194个氨基酸残基，可调节细胞生长和凋亡及抑制金属蛋白酶的活性。IGFBP7则是相对分子质量为29 000的分泌蛋白，能结合和抑制胰岛素生长因子(insulin-like growth factor 1,IGF-1)受体。TIMP-2和IGFBP7在肾小管细胞中表达，均为细胞周期组织的生物标记物。广泛认为，TIMP-2可刺激肾小管上皮细胞p27的表达，IGFBP7可直接增加肾小管上皮细胞p53和p21的表达，而这些p蛋白反过来会阻止细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶复合物对细胞周期促进的作用，从而导致G1细胞周期在短时间内停滞[32],因此有学者认为TIMP-2和IGFBP7可早期预测急性肾小管损伤的发生。

在脓毒症造模的大鼠模型中，当肾小管上皮细胞进入短暂的G1期，TIMP-2和IGFBP7在肾小管上皮细胞中表达上调[33]，而在盲肠和和穿刺造模的小鼠肾组织中以及脂多糖造模的人肾(HK-2)细胞中，TIMP-2表达也显著上调[34-35]。而在临床试验中，Sapphire分析了728例重症患者，验证了尿液TIMP-2和IGFBP7是AKI发生的有效早期标记物，两者的AUC分别为0.79和0.76[32]。此外，为评估IGFBP7在败血性AKI早期诊断中的作用，研究者开展了一项前瞻性队列研究，入院尿IGFBP7水平预测脓毒症相关AKI的发生，其AUC曲线下面积为0.79(95%CI：0.70～0.88)，最佳截断值为2.5 ng/mL，敏感性为72%，特异性为70%，且不受脓毒症本身影响的结论[36-37]。TIMP-2和IGFBP7分别为可能预测脓毒症发生AKI的新型有效生物标记物。法国一项多中心前瞻性观察性研究表明，脓毒性休克早期尿液[TIMP-2]·[IGFBP7]是预测24 h内AKI程度演变的独立因素[38]。荟萃分析表明，尿液[TIMP-2]·[IGFBP7]对AKI表现出相当的准确性，AUC曲线先面积为0.86(95%CI：0.82～0.96)，灵敏性为0.83(95%CI：0.75～0.89)，特异性为0.72(95%CI：0.56～0.84)[39]。[TIMP-2]·[IGFBP7]是近年来研究脓毒症相关急性肾损伤早期生物标记物的热门指标，在早期诊断脓毒症患者急性肾损伤方面具有巨大潜力，但仍有待更多的临床验证。

3 结 语

脓毒症发病率及死亡率高，是急诊及危重症监护病房时常面临的问题，易合并急性肾损伤，甚至进展为慢性肾病，终末期肾病[40-41]。目前大量的动物实验及临床研究表明，新型生物标记物，尤其是尿液生物标记物可有效早期预测脓毒症相关急性肾损伤的发生，但目前关于损伤生物标记物的数据尚不足以支持其用于AKI分期，还需要进行严格的验证研究，以测量新型生物标记物与临床相关结局之间的联系。这些新型生物标记物能否指导肾脏替代治疗以及肾替代治的时机选择，也有待进一步的临床研究。临床工作中，应该理性地认识新型生物标记的价值才能更好地服务于临床。