糖尿病肾脏疾病的早期诊断

张丹艳 丁凯月 仰智璇 孙林

糖尿病肾脏疾病(DKD)是由糖尿病引起的慢性肾脏病(CKD)。约20%～50%的糖尿病患者最终可发展为DKD[1],是世界范围内CKD和终末期肾脏病(ESRD)的主要原因[2]。我国约有1.74亿糖尿病患者,患病率从2013年的10.9%上升至2018年的12.4%[3],约21.8%的糖尿病患者合并DKD[4]。此外,DKD患者发生心血管疾病和死亡的风险亦显著增加[5]。早期发现并诊断DKD有助于患者尽早加强危险因素管理,延缓肾损伤进展[6]。然而DKD多起病隐匿,早期无明显临床症状,患者往往在出现水肿、泡沫尿等症状后才就诊,此时多数患者已进入不可逆阶段,治疗手段有限且效果欠佳。目前临床广泛使用尿白蛋白肌酐比值(UACR)及估算肾小球滤过率(eGFR)作为DKD的诊断依据,但其在DKD早期阶段中的价值受到质疑[7],很多患者在出现微量白蛋白尿及eGFR下降前就已出现肾损伤。近年来,多种新型生物标志物被认为能够早期预警DKD发生。此外,影像及超声技术的发展亦推动了早期DKD的无创诊断[8]。

一、DKD的早期诊断

临床早期诊断DKD主要依靠UACR和eGFR两项指标。患者存在2型糖尿病(T2DM)或1型糖尿病(T1DM)病史5年以上,出现持续性UACR升高或进行性eGFR下降即高度考虑DKD,伴有糖尿病视网膜病变是其重要的佐证。微量白蛋白尿(UACR为30～300 mg/g)是DKD最突出的特征,是临床上DKD筛查的重要手段[9]。但多种病因的CKD患者均可呈现微量白蛋白尿特征,尿路感染、高血压病等均会引起UACR短暂性升高,且尿液白蛋白排泄存在个体差异,故UACR对早期诊断DKD的特异性及敏感性较差,需反复测量,监测其变化趋势对早期诊断十分重要[1]。

eGFR是评价肾脏功能的重要指标,糖尿病患者连续3个月eGFR<60 ml·min-1·(1.73m2)-1标志DKD的可能发生[5]。但eGFR对DKD早期肾损伤不敏感,部分DKD患者在早期可处于正常范围。多项研究结果均发现基线eGFR水平及下降速率与DKD进展相关[10-11],与UACR联合可更有效预测DKD进展[12]。因此,临床上应注意联合检测UACR与eGFR,以提高DKD早期诊断水平并监测疾病进展。

病理诊断是DKD诊断的金指标,由于肾脏穿刺活检(简称肾活检)是有创操作,临床上仅对诊断困难、病情复杂的患者行肾活检以早期诊断。糖尿病并非CKD的唯一病因,糖尿病合并肾损伤也可能由非DKD引起,或由两者联合所致。对110例T2DM合并肾损伤患者行肾活检发现,66.6%为DKD,18.2%为非DKD,15.4%为混合性肾脏疾病[13]。对于这类人群,仅根据临床特点及实验室参数难以进行鉴别诊断,肾脏病理检查结果可作为鉴别的有效手段。此外,与eGFR正常患者相比,正常白蛋白尿DKD患者的肾脏病理病变可能更加严重,肾活检对其早期诊断及治疗亦十分重要[14]。

二、生物标志物

肾小球损伤在DKD发病机制中占据首要地位,肾小管病变常继发于肾小球病变,是导致DKD从微量白蛋白尿进展为大量白蛋白尿的重要因素[15]。此外,尿液中白蛋白、高糖、糖化蛋白等外界刺激可导致肾小管上皮细胞分泌促炎因子,激活小管间质的炎症和纤维化过程,促进DKD肾损伤[15]。因此与DKD相关肾小球损伤标志物、肾小管损伤生物标志物及炎性细胞因子能在早期提示肾损伤,有助于DKD的早期诊断。

1.肾小球损伤标志物

(1)转铁蛋白(TF):TF是一种低分子量蛋白质,与微量白蛋白尿类似,转铁蛋白尿标志着肾小球和肾小管功能早期障碍。TF、IgG及铜蓝蛋白等对肾脏早期血液动力学变化更敏感,对T2DM患者蛋白尿的发生具有重要预测价值[16]。一项纳入75例T1DM儿童及青少年患者的研究发现,正常蛋白尿糖尿病患者与健康对照组相比,尿TF升高,且与UACR呈正相关,提示蛋白尿发生之前DKD已存在[17]。另一项病例对照研究再次证明T2DM患者尿TF水平高于健康对照组,且与颈动脉内膜厚度呈正相关,可作为内皮功能障碍的标志,更早地预测心血管风险及CKD的发生[18]。

(2)触珠蛋白(HP):HP又名结合珠蛋白,是一种主要由肝脏分泌进入血浆循环的糖蛋白,参与血红蛋白清除、抗氧化、免疫调节、血管生成等过程。尿HP水平升高往往标志早期肾功能下降[19]。一项横断面研究发现,T2DM患者尿HP水平在有无蛋白尿患者之间存在显著差异,可作为早期肾损伤的尿液标记物,研究者随后对305例T2DM患者随访4.2年,证实结合珠蛋白肌酐比值(HP/Cr)与早期肾功能下降相关,且敏感性高于UACR[20],提示其在早期诊断中的临床价值,是预测肾脏疾病发生的重要指标[21]。

(3)足细胞标记蛋白(PCX):PCX是一种足细胞膜蛋白,位于足细胞顶端,高糖状态下PCX从足细胞脱落进入尿液,是足细胞损伤的特异性标志[22-23]。与健康对照组相比,糖尿病及各类肾小球疾病患者尿PCX水平均升高,糖尿病患者正常蛋白尿期PCX已升高[24],且与白蛋白尿显著相关,可作为早期诊断DKD的生物标志物[25]。

(4)Nephrin:Nephrin是一种跨膜蛋白,是足细胞裂孔膜的重要组成部分,对维持肾小球滤过屏障完整性十分重要。研究发现高糖诱导的小鼠和人足细胞Nephrin表达下调,内吞作用增强,与足细胞损伤及蛋白尿相关[26-27]。一项横断面研究发现正常蛋白尿的T2DM患者尿Nephrin水平高于健康人,微量蛋白尿及大量蛋白尿患者尿Nephrin水平均显著升高[28],表明Nephrin是更敏感、更早期的肾小球损伤标志物,可协助DKD早期诊断[29]。

2.肾小管损伤标志物

(1)肾损伤分子(KIM)-1:KIM-1是一种表达于近端肾小管上皮细胞的糖蛋白。肾小管损伤后,KIM-1可从肾小管管腔脱落进入血液及尿液,是肾小管早期损伤的特异性标志物[30]。在急性肾损伤时血KIM-1水平显著上升,与肾脏炎症、间质纤维化、肾小球硬化相关[31]。一项横断面研究结果发现,尿KIM-1水平与UACR呈正相关,与eGFR呈负相关,随着肾功能进一步恶化,尿KIM-1水平升高更明显[32]。在T1DM和T2DM不同年龄阶段人群中,KIM-1与DKD进展相关[33-34],因此KIM-1可作为DKD早期诊断及预后评估的重要指标。

(2)肝型脂肪酸结合蛋白(L-FABP):L-FABP属于脂肪酸结合蛋白的一种,可在肝脏、肾脏、小肠表达,主要参与脂质转运[35]。肾小管损伤时,尿L-FABP水平的升高早于尿蛋白的升高,可警示早期DKD的发生[36]。一项前瞻性研究结果发现,在正常白蛋白尿及微量白蛋白尿的糖尿病患者中,高水平尿L-FABP与eGFR下降和不良心血管事件的发生相关[37]。因此,L-FABP在DKD不同阶段均具有重要的预测作用,并与DKD严重程度密切相关。

(3)中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL):NGAL是一种脂质运载蛋白,在多种细胞和组织类型中均有表达,在炎症、感染、缺血、中毒、肿瘤等状态下表达上调,经常被当作器官功能障碍及疾病的标志物[38]。NGAL可在肾小管上皮细胞中表达,肾小管损伤可引起尿NGAL水平升高,且常常早于微量白蛋白尿的出现,预警早期DKD的发生[39]。一项纳入209例T2DM患者的研究发现与正常蛋白尿组相比,微量白蛋白尿组患者尿NGAL及视黄醇结合蛋白水平显著升高,且二者与eGFR下降相关,可作为正常蛋白尿DKD的生物标记物[40]。

(4)表皮生长因子(EGF):EGF在远端肾小管特异性表达,被认为是糖尿病肾损伤标志之一[41]。在一般人群中,尿EGF水平降低与eGFR快速下降和CKD事件风险增加相关[42]。与MCP-1联合使用对DKD早期诊断更有意义。INDEED队列中,与无肾脏受累糖尿病患者相比,DKD患者尿EGF/Cr比值显著降低,MCP-1/Cr比值明显升高,EGF/MCP-1比值与DKD的发生呈显著负相关[43]。

3.炎性生物标志物

(1)肿瘤坏死因子(TNF)受体(TNFR)-1/2:TNFR-1/2是两种具有相似细胞外结构域的膜蛋白,通过与TNF-α结合调节炎症反应,参与DKD的发生与发展[44]。TNFR-1/2能够在糖尿病患者中早期识别DKD并预测不良肾脏结局。一项研究结果显示,糖尿病患者血清TNFR水平与UACR呈正相关,与eGFR呈负相关,校正多种因素后,相关性仍显著[45]。血液中高水平TNFR-1/2与T1DM和T2DM患者的eGFR下降程度及3期CKD和ESRD的发生率相关性较强[46-50]。

(2)单核细胞趋化因子(MCP)-1:MCP-1在肾小球及肾小管中均有表达,可通过招募炎性细胞促进炎性因子分泌,与肾脏组织损伤密切相关[51-52]。血液和尿液MCP-1水平升高与糖尿病患者微量白蛋白尿的发生相关,可作为糖尿病患者早期肾损伤的提示因子[53]。此外,DKD组患者的尿MCP-1水平较健康对照组升高[54-55],大量白蛋白尿患者的尿MCP-1水平高于微量白蛋白尿患者[56],因此尿MCP-1水平升高可能与肾功能持续损伤相关。

(3)壳多糖酶3样蛋白1(YKL-40):YKL-40是由中性粒、单核、巨噬细胞等多种细胞分泌的糖蛋白,可参与炎症发生及细胞保护,通过抑制肾小管细胞凋亡、促进增殖修复在急性肾损伤中发挥重要作用[57]。越来越多研究发现,YKL-40水平与糖尿病及CKD有关。一项Meta分析结果发现,伴有蛋白尿的糖尿病组患者血液YKL-40水平较健康对照组升高,且升高水平与蛋白尿严重程度呈正相关[58]。在患有糖尿病且eGFR<60 ml·min-1·(1.73m2)-1的患者中,血液YKL-40水平与eGFR下降速度及需要进行肾脏替代治疗的肾衰竭风险相关[59]。YKL-40水平在疾病早期及晚期均有指导意义。

4.其他

(1)胱抑素(Cys)C:Cys C是一种稳定的小分子蛋白质,不受肾小管分泌和重吸收影响,是反映肾小球滤过功能的可靠指标,在临床上应用广泛[60]。Cys C与早期DKD患者的预测及白蛋白尿的发展相关。一项基于我国人群的队列研究结果发现,血浆Cys C水平高或升高速度快的糖尿病患者发生DKD的风险更高[61]。此外,微量白蛋白尿糖尿病患者的尿Cys C水平较无白蛋白尿的糖尿病患者增加,与UACR呈正相关[62],提示Cys C是早期诊断DKD的良好指标。

(2)成纤维细胞因子(FGF)-23、FGF-21:FGF-23是一种由成骨和破骨细胞产生的细胞因子,可通过调节近端肾小管磷的重吸收而调节血磷水平,在维持骨骼、细胞能量和神经活动等方面具有重要作用[63]。血浆FGF-23水平与DKD患者血肌酐水平、ESRD发生率及全因死亡率相关[64-65]。研究发现,在糖尿病患者中,基线血浆FGF-23水平与eGFR水平呈负相关,与ESRD发生风险呈正相关[66]。

作为肝细胞分泌的重要细胞因子,FGF-21在调节糖脂代谢中发挥重要作用[67]。与FGF-23类似,FGF-21能够在糖尿病及DKD早期阶段预测肾脏病进展。研究发现,T2DM患者中FGF-21水平升高与UACR增加、eGFR下降及不良肾脏事件风险呈正相关[68-69]。

(3)色素上皮衍生因子(PEDF):PEDF是一种糖蛋白,可在视网膜、肾脏等多种组织器官中表达,逐渐被证明与糖尿病微血管病变有关[70],可通过抗血管生成、抗炎、氧化应激、抗纤维化等起到肾脏保护作用[71]。T2DM患者中PEDF水平升高,与DKD的进展相关,可能为代偿所致,是早期DKD发生的敏感指标[72]。一项横断面研究结果发现,与健康对照组相比,DKD组患者尿PEDF水平明显升高,且与微量白蛋白尿独立相关[73]。

(4)钙粘蛋白:钙粘蛋白属于跨膜蛋白家族的一员,主要参与细胞粘附及信号传导[74]。N-钙粘蛋白在近端小管表达,E-钙粘蛋白主要存在于远端小管和集合管[75],二者均可反应肾小管功能,也均被证明与DKD发生发展有关[76-77]。与单纯糖尿病组及健康对照组相比,DKD组患者血N-钙粘蛋白水平显著升高,在微量白蛋白尿阶段增加更明显,证明其在DKD早期诊断中的潜在作用[76]。在一项随访6年的纵向研究中,与健康人相比,有肾病风险的糖尿病患者尿E-钙粘蛋白水平增加2倍以上,在蛋白尿水平升高20个月前就可检测其临界升高,并与eGFR显著相关,对DKD早期发现及预后预测有重要作用[77]。

三、影像学诊断

过去数十年里,肾脏影像学飞速发展,除肾脏大小、形态和血流参数外,肾脏代谢、氧合、细微结构均可通过影像学检查得到精细评估。肾脏影像学检查已成为评估肾脏生理学、病理生理学的有效工具,在DKD早期诊断中也起到举足轻重的作用[8]。

1.血氧水平磁共振依赖成像(BOLD-MRI):BOLD-MRI是一项无创、安全的影像技术,主要用于评估组织氧合情况。表现弛豫率(R2*值)是其反映氧合状况的重要指标,数值越高,代表缺氧越严重[78]。BOLD-MRI对肾组织氧合较敏感,R2*值与肾脏缺氧程度呈正相关[79]。使用BOLD-MRI对糖尿病患者肾脏进行检测发现,与正常对照组相比,微量白蛋白尿患者的R2*值更高,说明DKD早期肾髓质存在缺氧,可作为DKD的早期辅助诊断依据[80]。

2.肾脏超声:肾脏超声不仅可评估肾脏大小和形态,也可监测肾血管阻力、纤维化程度等,可诊断多种肾脏疾病并评估其严重程度及治疗反应[81]。有研究发现,与单纯糖尿病患者相比,DKD患者肾血管阻力增加,高肾内阻力指数可能与eGFR下降相关[82]。此外,与单纯蛋白尿或同时合并eGFR下降的DKD患者相比,单纯eGFR下降的DKD患者肾脏总体积和实质体积更低,有助于早期发现DKD及鉴别不同表型[82]。

3.肾闪烁显像:肾闪烁显像也称为放射性同位素肾显像或核医学肾扫描,是一种核化学成像方法,是目前临床上公认的评估肾功能的方法,99mTc-DTPA肾闪烁成像可准确测量eGFR,定量反映肾脏灌注情况,可发现DKD早期肾脏改变[8]。99mTc-MAG3肾闪烁成像被发现与肾小管损伤有关,在代谢性疾病中的应用正在进一步研究[8]。

四、总结

DKD起病隐匿,早期症状轻微或不明显,但往往已存在肾脏结构功能改变,出现症状时已进入晚期。尽早诊断和治疗可有效延缓疾病进展,提高患者生活质量。UACR与eGFR仍然是临床最常用、最可靠的DKD筛查手段。基于不同机制的新型生物标记物被证实可更早提示DKD发生,并与DKD进展相关,联合使用也可增加诊断效能,为DKD早期诊断提供新思路。然而,上述生物标志物的研究多为小样本、单中心的横断面研究,其实用性仍需大样本的前瞻性队列研究进一步验证。影像学技术的发展使其在肾脏领域的应用愈加普遍,也可为DKD早期诊断提供帮助。总之,DKD的早期干预会带来巨大的临床获益,越来越多的新型生物标记物及更加先进的影像学方法将为DKD早期诊断提供更多选择。