诊断急性肾损伤标志物的研究进展

史永胜，邓红松，金英玉

（哈尔滨医科大学附属第一医院检验科，黑龙江 哈尔滨 150001）

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是一种急性应激性肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）迅速下降的综合征，目前根据尿量或血肌酐（serum creatinine，Scr）的水平来对急性肾损伤进行定义和分期。然而血肌酐的敏感性较低，急性肾损伤发病后24～72 h 才会升高[1]，而尿量的特异性也很低，使用血肌酐或尿量诊断肾损伤可能会导致急性肾损伤事件的识别不足或时间延长[2]。儿童血肌酐水平根据年龄、性别和测量方法的不同而有很大的差异。早期阶段持续恢复的急性肾损伤患者1 年生存率＞90%[3]，由于尿量和血肌酐水平在及时和可靠识别急性肾损伤方面存在不足，对于开发新生物标志物的期望越来越高。本文就急性肾损伤的诊断标准、血肌酐和尿量诊断急性肾损伤的局限性、生物学标志物的研究进展作一综述，以期对个性化急性肾损伤的预防和治疗提供参考。

1 急性肾损伤的诊断标准

2004 年以来，急性肾损伤的诊断标准有风险、损伤、衰竭、丢失和终末期肾病（RIFLE）；急性肾损伤网络（AKIN）标准和肾脏疾病改善全球预后（KDIGO）3 个标准。其中，RIFLE 标准没有考虑年龄、性别等因素对血肌酐水平的影响，急性肾损伤在相似标准内的诊断时间限制在48 h 以内，导致血肌酐变化缓慢的患者不能及时被诊断。2012 年KDIGO 标准发布，不仅延长了诊断时间，而且对判断急性肾损伤患者预后有一定的价值。因此，目前已成为应用最广泛的急性肾损伤诊断标准。KDIGO 标准定义的急性肾损伤是在48 h 内血肌酐增加至少0.3 mg/dl 或比基线增加50%，同时或不减少尿量[＜0.5ml/（kg·h）][4]。

2 血肌酐和尿量诊断急性肾损伤的局限性

2.1 血肌酐 肌酐是一种从肌肉中产生的代谢物质，主要通过肾脏从血液中清除。血肌酐不是急性肾损伤的理想生物标志物，与以下原因有关：①肌酐升高延迟；②剩余肾单位的代偿反应，血肌酐的变化不够灵敏[5]。肌酐与肾小球滤过率不是线性的关系；③血肌酐对急性肾损伤诊断没有特异性，受多种混杂因素的影响。脓毒症急性肾损伤减少了肌肉灌注，导致较晚检测到血肌酐的变化。此外，还包括许多患者在入院时没有基线的血肌酐数据[6]。

2.2 尿量 与血肌酐相比，尿量减少常被认为是诊断急性肾损伤更敏感的指标，因为尿量直接受GFR的影响。但尿量不是急性肾损伤所特有的表现，少尿可由如禁食时间延长、血容量减少、压力和疼痛、抗利尿激素的作用等许多因素引起。此外，影响尿量常见的肾外因素还包括尿路梗阻等[7]。

3 急性肾损伤辅助生物标志物

急性肾损伤辅助生物标志物可以分为反映肾小球滤过率、肾小管应激、肾小管损伤以及肾脏损伤和修复的标志物。尽管已有的相关研究较多，但急性肾功能衰竭仍然是其发病率和死亡率较高的原因，尚无有效的干预措施。急性肾损伤生物标志物的研究多是发现一种“肾脏肌钙蛋白”，这种蛋白是较敏感且具有特异性的肾脏损伤早期标志物。目前已发现的几种新的急性肾损伤生物标志物包括中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白（NGAL）、肾脏损伤分子1（KIM-1）、胱抑素C（Cys-C）、白细胞介素18（IL-18）和肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）。然而，新的急性肾损伤生物标记物的临床应用效果尚不明确，一些有关急性肾损伤生物标记物终点的大型前瞻性、多中心转化性研究（TRIBE-AKI）未能显示肌钙蛋白样的诊断性能。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）是2 个较新的急性肾损伤生物标记物，可以预测12 h 内发生严重的急性肾损伤，其准确性明显高于NGAL、KIM-1、IL-18、L-FABP 或Cys-C，其受试者工作曲线下面积（AUC）分别为0.79 和0.76。TIMP-23IGFBP7 产物的AUC 为0.8。TIMP-2 和IGFBP7 有望成为急性肾损伤早期诊断的生物标志物，但其临床应用效果还有待进一步大量研究来证实。

3.1 反映肾小球滤过率的标志物 Cys-C 是反映肾小球滤过率的标志物，是一种蛋白酶抑制剂超家族的低分子量蛋白，在所有有核细胞中以恒定的速率产生。它通过肾小球膜自由过滤，然后被近端小管完全重吸收和降解。尿Cys-C 是近曲小管功能的标志物，反映肾小球滤过功能，是比血肌酐更准确的肾功能生物标志物[8，9]。在计算肾小球滤过率方面，Cys-C 优于肌酐，且AUC 也优于肌酐（0.922 vs 0.837）；然而血清Cys-C的水平容易受到甲状腺功能、恶性肿瘤、炎症和大剂量皮质类固醇的影响[10]，因此，其应用价值有待进一步研究证实。

3.2 反映肾小管应激的标志物 尿TIMP-2 和IGFBP7 是反映肾小管应激的标志物，是第1 批第2 代急性肾损伤生物标志物。尿TIMP-2 是一种含量丰富的21 kDa 多功能蛋白，在许多正常组织中表达，是首次被鉴定为基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的天然抑制剂。IGFBP7 是一种29 kDa的多功能蛋白，主要作用是调节组织中的胰岛素样生长因子，刺激细胞粘附。在肾脏中，尿TIMP-2 主要由远端肾小管细胞表达和分泌，而IGFBP7 主要由近端肾小管细胞分泌[11]。在急性肾损伤的早期阶段，这两种蛋白都阻断了细胞周期素依赖的蛋白激酶复合体，导致G1期细胞周期阻滞，从而阻止细胞进一步分裂，造成DNA 损伤。

尿TIMP-2 是一种新型的急性肾损伤标志物，最近有研究揭示了其在急性肾损伤不同临床阶段的作用[12]，但其在急性肾损伤中的作用较复杂[13]。尿TIMP-2 和IGFBP7 均为细胞周期阻滞调节因子，可反映肾小管损伤早期的细胞应激状态[14]。TIMP2·IGFBP7 被认为是一个很有前途的生物标志物，并被发现有助于预测由各种原因引起的急性肾损伤[15，16]。TIMP2·IGFBP7 值超过0.3 表示急性肾损伤的高危人群，建议对其采取预防措施及时减少肾脏毒素和改善血流动力学[17]。

3.3 反映肾小管损伤的标志物

3.3.1 NGAL NGAL 是最先在中性粒细胞颗粒中发现的一种蛋白质，可在许多人体组织和肾上皮细胞中合成。其作为预测急性肾损伤的生物标志物，由肾小管上皮细胞释放，损伤3 h 后尿液中就可以检测到升高的NGAL，6 h 后尿液NGAL 达到峰值，且肾损伤后其浓度升高可以持续5 d[18]。NGAL 在心脏手术、脓毒症、造影剂暴露和肾移植后等各种状态下均可以被检测到。研究显示[19]，NGAL的特异性和敏感度均在70%～80%，而基于ROC 曲线分析的诊断准确率在53%～0.96%。NGAL 也可以在炎症过程中由中性粒细胞释放，因此，炎症被认为是NGAL 作为ICU 脓毒症患者急性肾损伤生物标志物的混杂因素[20]。

3.3.2 KIM-1 KIM-1 表达于肾细胞的肾小管上皮细胞表面。在正常肾脏（＜1 ng/ml）中检测不到，升高表示肾脏正在受到损害。肾缺血6 h 后KIM-1 开始升高，并在肾脏损伤后48 h 内持续升高，其ROC 曲线下面积、灵敏度、及特异度均较高。KIM-1 最初是通过肾缺血-再灌注损伤后的差异分析筛查出来的灵敏指标。研究表明，KIM-1 可能是急性肾损伤的敏感生物标志物[21，22]，并且已被证实是区分急性肾小管坏死与其他形式的急性肾损伤的有效指标[23]。然而，评估KIM-1 预后的研究结果有一定局限性，尿KIM-1的升高可以反映损伤或损伤后的修复反应，单凭KIM-1 浓度本身不能准确地区分急性肾损伤和处在恢复中的急性肾损伤。因此，KIM-1 与其他损伤标志物的联合检测可能对该病的诊断及状态具有鉴别作用。另有研究对心脏手术后急性肾损伤患者尿液中32 个生物标志物进行检测，发现尿液中的KIM-1 浓度与其他损伤生物标志物的相关性相对较弱，IL-18 和KIM-1 联合检测对严重急性肾损伤的预测能力最好（AUC=0.93）。

3.3.3 L-FABP L-FABP 表达于肾脏皮质，分子量为14 kDa。L-FABP 结合脂肪酸，并将其运输到线粒体和过氧化物酶体，为肾小管上皮细胞提供能量。L-FABP 主要存在于近端小管，具有抗氧化效能，是一种肾脏保护性蛋白。心脏手术患者术后尿液L-FABP 立刻升高，其可能发展为急性肾损伤，在6 h 内达到峰值。

3.4 反映肾脏损伤和修复的标志物

3.4.1 脑啡肽原（Proenkephalin）脑啡肽原氨基酸119～159的片段，是一种5 kDa的单体多肽，于1975年首次被发现。虽然脑啡肽调节肾功能的机制尚不清楚，但它被认为涉及应激和炎症状态下的神经激素激活[24]。由于其低分子量，脑啡肽原片段可以自由地通过肾小球[25]。因此，被作为一种新的过滤标记物。

3.4.2 IL-18 IL-18 是一种分子量为22 kDa的促炎细胞因子，肾脏局部缺血再灌注损伤、甘油注射及铂介导的肾损伤后大量升高。IL-18 在生物标志物介导治疗方面备受瞩目，因其在急性肾损伤发展阶段的炎症过程中可能扮演重要作用。IL-18 由肾脏集合管、远曲小管晚期和连接小管的夹层细胞分泌，可在血肌酐水平前1～2 d 变化，已被证明是急性肾损伤早期的生物标志物，并可能是死亡的预测因子。IL-18的上调是糖尿病肾病发生的主要预测标记物，与尿白蛋白排泄程度呈正相关，研究显示在糖尿病患者的肾活检组织中，IL-18的表达高于正常健康受试者[26]。

4 急性肾损伤潜在标志物

由于缺乏对急性肾损伤预测及肾脏损害评估分级敏感特异的指标，在临床实践中往往错过了对急性肾损伤的早期诊断及干预的最佳时机。因此，探索急性肾损伤早期诊断生物学标志物来协助诊断和预后判断就显得尤为重要。近些年来发现了一系列急性肾损伤的新型生物标志物。非编码RNA 是一组RNA 水平上发挥作用的生物分子，参与包括急性肾损伤在内的多种生理病理过程。miRNAs 可能与其靶基因的3'非翻译区结合，在急性肾损伤的损伤和修复阶段调节炎症、程序性细胞死亡和细胞周期等，在急性肾损伤中具有较大的治疗潜力，并且平均半衰期较长，能够承受反复冻融，以非常稳定的形式存在于血液和尿液等体液中[27]，具有实际的可操作性及广泛的使用范围，已成为多种疾病的新型生物学标志物。miRNAs 类潜在标志物见表1。

5 总结与展望

急性肾损伤辅助生物标志物可以分为反映肾小球滤过率、肾小管应激、肾小管损伤以及肾脏损伤和修复的标志物。NGAL、KIM-1、Cys-C、IL-18和L-FABP 为几种新的急性肾损伤生物标志物，在该病的诊断及预测中发挥了不同的作用；但其诊断及预测价值仍有待进一步研究证实。不同类型的肾脏细胞在肾脏中发挥不同的功能。检测不同细胞类型在疾病状态下miRNA的表达有助于了解其病理生理作用。由于1 个蛋白质可以被几个miRNAs 靶向，而1 个miRNA 可以靶向几个蛋白质，因此，在一定条件下明确miRNA的调控及其靶基因变化的功能意义仍较困难。miRNA 对肾脏损伤的调控尚属于一个新兴的研究领域，miRNA及其在肾脏疾病中的变化、其靶点和病理生理作用的研究有助于该病的发病机制及新的治疗方法的研究。差异表达的miRNAs 若能够在体内的这些过程中发挥作用，将可能成为肾脏损伤的新的生物标志物。