肝硬化患者中急性肾损伤的代谢组学研究

宦红娣

急性肾损伤(AKI)是指由多种病因、多种危险因素引起的肾功能快速下降的复杂临床综合征。肝硬化患者发生AKI的风险高，患者短期生存率低，医疗花费高[1]。几乎一半的患者在住院期间发生AKI，近20%的AKI在院内发生[2]。大多数肝硬化患者的AKI与内脏动脉血管舒张、有效循环容量减少和肾脏灌注不足导致的潜在循环功能障碍有关。然而，诸多证据表明，全身炎症、氧化应激和线粒体功能障碍在器官功能衰竭(包括AKI)中也有重要作用[3]。AKI的早期识别和治疗至关重要，因为血清肌酐(SCr)较高者生存率低，血管收缩剂和白蛋白治疗肝肾综合征(HRS)-AKI的反应低[4]。血清肌酐受多种因素，如性别、年龄、肌肉质量、药物等影响，敏感性、特异性较差，不是AKI早期诊断的理想生物标志物，尤其是肝硬化患者[5]。2015年国际腹水俱乐部(IAC)提出AKI新的诊断标准，定义血清肌酐(SCr)在48 h内增加≥0.3 mg/dL(≥26.5 μmol/L)或SCr升高至≥基线(或已知7 d内)的1.5倍。因此，目前不需要特定的SCr阈值就可以及时识别和治疗AKI。根据SCr的增加比例，AKI可分为3期，不同分期AKI的预后和表型不同，目前广泛应用于判断AKI的预后和起始治疗[6]。AKI的诱因和触发因素包括肝肾功能紊乱、腹水、静脉曲张出血和细菌感染等[7-8]，肝硬化急性失代偿的临床过程存在异质性，目前除了临床特征和诱发因素外，尚无AKI的特定预测因子。

代谢组学是组学领域的最新学科，是指采取非靶向测量、定量分析一个给定的细胞、组织、器官、生物体液中所有小分子代谢物的含量[10]。通过质子技术核磁共振、磁共振波谱、气相色谱-质谱联用技术、液相色谱-质谱联用技术、质谱成像、高效液相色谱法结合电化学检测、毛细管电泳等技术分离和鉴定代谢产物[11]，检测代谢产物随时间的改变，结合有效的模式识别方法进行定性、定量和分类，并将这些代谢信息与病理生理过程中的生物学事件关联起来，从而了解机体生命活动的代谢过程。相较于基因组学、转录组学和蛋白质组学，代谢组学具有代谢产物种类少、预测发生的生物过程最准确、样本容易获得的优势。

色氨酸代谢产物包括犬尿酸、邻氨基苯甲酸盐、喹啉、吡啶甲酸酯等，可由饮食中色氨酸产生，在肝脏[12]或肾脏转换成犬尿酸[13]。啮齿类动物肾衰模型中肾脏产生犬尿酸增加，导致线粒体功能障碍，引起神经、血管和脂质代谢紊乱[14,15]。Bajaj等[16]选取来自北美终末期肝病协会(NACSELD)11个中心的肝硬化患者，采用高效液相色谱串联质谱法分别检测入院时血清(602例)和尿液(435例)中的代谢产物水平。结果发现，留取血清的602例患者中218例发生AKI，其中179例(82%)≥AKI 2期，80例需透析治疗。与未发生AKI患者相比，AKI者肝硬化程度更重，腹水和肝性脑病发生率更高，过去6个月内住院次数较多，血清尿毒症毒素(2,3-二羟基-5甲硫基-4-戊酸DMTPA、N2-N2二甲基鸟苷、尿苷/假尿苷等)、色氨酸/酪氨酸代谢物(犬尿酸、8-甲基犬尿酸、喹啉等)水平升高，提示肝硬化伴AKI患者存在色氨酸-犬尿氨酸途径和转硫途径的活化，喹啉酸是犬尿氨酸途径的下游产物，在实验模型和危重患者中已证实与AKI的风险相关[17]；后者提示发生氧化应激时可以增加抗氧化剂谷胱甘肽和牛磺酸合成来应对。这些代谢特征与慢加急性肝功能衰竭(ACLF)患者中观察到的相类似[18]，提示代谢紊乱发生在器官功能衰竭(如AKI)之前。AKI需透析患者的血清支链氨基酸水平较低，半胱氨酸、色氨酸、谷氨酸、DMTPA水平较高。留取尿液的435例患者中164例发生了AKI，其中139例(79%)≥AKI 2期)，61例需透析治疗。与未发生AKI的患者相比，其ACLF发生率较高，住院时间更长，死亡率更高。

在临床变量中增加代谢物这一变量，如尿毒症毒素、色氨酸/酪氨酸代谢物，提高了预测这些患者发生AKI和需要肾脏替代治疗(RRT)的能力。血清代谢物预测AKI的AUC为0.91，而尿液代谢物为0.88，预测透析上血清代谢物的AUC为0.93，尿液为0.91。S-腺苷蛋硫氨酸是S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)和胱硫醚的前体，其代谢产生甲硫腺苷(DMTPA前体)。血清胱硫醚与AKI的发生有关，与是否需要透析无关，而血和尿中SAH水平是AKI及透析的强有力预测因子。Claria等[19]也证实ACLF发生肾功能衰竭时，色氨酸代谢物浓度升高的患者死亡率更高。

该研究有两个重要意义，首先，使用这些代谢物可以改善有AKI风险患者的分层，有助于区分哪些患者应密切监测肌酐和尿量，哪些患者可能需要重症监护病房或RRT，此外，这些患者可能成为未来旨在预防AKI的临床试验的目标人群。既往研究常因患者的异质性而产生相互矛盾的结果。第二是对代谢物病理生理变化的理解。事实上，在"组学"研究中，代谢组学直接反映了细胞/组织的潜在生化活性，最能代表疾病的分子表型。这些代谢途径可以作为研发预防和治疗肝硬化患者AKI新药物的靶点。代谢组学有助于鉴定AKI中可能存在的异常的代谢途径、探索药物治疗的新靶点。在HRS-AKI中，仅35%～50%的患者对血管收缩剂和白蛋白有反应[20]，这种组合治疗可改善循环功能障碍，但对炎症、氧化应激和线粒体功能障碍无效。

该研究存在一定的局限性：(1)无法识别哪些代谢物与AKI表型相关，未来的研究应明确不同的AKI表型是否具有不同的代谢物；(2)未与其他生物标志物，如全身炎症，氧化应激和肾小管损伤等进行比较；(3)研究结果需进一步验证。不幸的是，代谢物的测试成本高昂、耗时，很难在临床实践中使用，应简化血尿代谢产物评估工具以供日常使用。

未来应致力于发掘有助于识别AKI易感性及对治疗有反应的生物标志物，代谢组学可能有助于预测和诊断，从而为肝硬化和AKI患者提供更好的预防和(或)早期干预策略。因此，未来的研究应着重于明确易患AKI患者的代谢变化机制。总之，该研究为肝硬化AKI患者的病理生理机制提供了新的见解，并提供了一种有前途的新策略，有助于识别有发生AKI风险的患者。