新型肾脏生物标志物在肝硬化患者急性肾损伤病因鉴别及预后中的研究进展

黄雪莲(综述), 张 国(审校)

肝硬化是由不同的肝损伤机制导致坏死性炎症和纤维化的结果,组织学上表现为弥漫性结节再生及周围致密纤维化间隔,随后实质消失和肝组织结构塌陷,最终导致门脉高压、终末期肝病[1]。肝硬化自然病程的特点是从无症状到门静脉压力增加和肝功能恶化产生临床表现,其1年病死率差异较大,从1%至57%不等,主要取决于临床失代偿事件的发生[2]。急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)是失代偿期肝硬化患者严重的并发症之一,其特征是由于血流动力学改变或结构损伤导致肾功能迅速下降。AKI病死率高,预后极差。肾前氮质血症(prerenal azotemia,PRA)、肝肾综合征(hepatorenal syndrome,HRS)和急性肾小管坏死(acute tubular necrosis,ATN)是肝硬化AKI的主要原因[3]。肾功能评估和AKI病因鉴别是治疗决策的关键。目前肝硬化AKI的诊断是基于血清肌酐(serum creatinine,Scr)水平相对于基线值的变化。Scr主要反映肾脏过滤而非损伤的标志物,在AKI病因鉴别中的作用有限。能够精确评估肾功能和区分肝硬化AKI病因及预测预后的可靠生物标志物十分重要。近年研究表明,新型肾脏生物标志物,如血清胱抑素C(cystatin C,Cys-C)和尿中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)已在肝硬化AKI中广泛研究,以提高AKI的诊断、病因鉴别及预后评估。本文针对目前的肾脏生物标志物在评估肾功能、预测预后和肝硬化AKI病因鉴别作用综述如下。

1 肝硬化AKI定义与分型

AKI是一种临床综合征,包括各种诱发因素所致肾脏直接损伤(结构性损伤)或急性功能障碍(功能性损伤),是指48 h内Scr升高≥0.3 mg/dl(26.5 μmol/L),或7 d内Scr增加至基线的1.5倍以上,常继发于各种原因引起的急性肾脏低灌注,若肾脏低灌注急性加剧,严重时可进展为HRS-AKI[4]。研究表明,肝硬化住院患者AKI发生率高达20%～80%[5]。AKI患者约68%为功能性,32%为器质性[6]。器质性AKI主要是多种原因如药物、毒物所致的ATN,而肾后性(梗阻性)原因相对少见[7-8]。

2 肝硬化患者肾脏评估生物标志物

随着蛋白质组学发展,近年来已经发现多种新型AKI生物标志物应用于肝硬化患者肾功能评估,主要涉及早期诊断、预测预后,甚至AKI病因鉴别,减少对液体无反应性AKI患者不必要的容量管理。肝硬化患者的肾脏标志物可分为肾功能不全标志物、肾小管损伤标志物及反应细胞应激的细胞周期阻滞生物标志物3组[9]。

2.1Scr Scr和基于Scr的方程是评估肝硬化患者肾功能广泛使用的工具。血清Scr并不是肝硬化肾功能不全的准确标志物[10]。首先,Scr受饮食、年龄、性别、种族、个体肌量、肾小管主动分泌肌酐、肾小球分泌或重吸收肌酐等多种因素影响。其次,在肝硬化患者这一特殊人群中,往往存在营养不良、神经肌肉萎缩导致Scr生成减少。最后,肝硬化患者容量分布增加可能稀释Scr以及高胆红素对Scr检测会产生影响,导致肾脏发生明显的肾脏损害时Scr才会出现升高,肾损害程度可能被低估而不能真实反映,故Scr增加与肾损伤相比是延迟的[11]。因此,Scr在AKI病因鉴别中的作用十分有限。

2.2血清Cys-C 血清Cys-C是一种13 kDa内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂,由所有有核细胞以恒定速率产生。血清Cys-C主要通过肾小球滤过消除,并且在肾小管中几乎完全被重吸收和分解代谢。相较于Scr,血清Cys-C具有不受性别、肝功能或肌肉质量影响的优点[12]。血清Cys-C的动力学与Scr相似,血清浓度在AKI发作后12～24 h增加[13]。相较于Scr计算肾小球滤过率(glomerular filtration rate,GFR)方式,基于血清Cys-C计算GFR的准确性、预测预后价值方面均展现出更优性能。研究表明相较于肾脏病饮食改良(modification of diet in renal disease,MDRD)计算GFR方法,基于血清Cys-C计算GFR准确性更好[14]。无论肝硬化患者是否合并腹水,Scr联合血清Cys-C GFR公式比单独基于Scr GFR公式能更准确地计算肝硬化患者GFR,尤其是当GFR<60 ml/(min·1.73 m2)时[15]。此外,血清Cys-C计算GFR的基线值[阈值<55 ml/(min·1.73 m2)]有助于早期识别AKI。同时,基于血清Cys-C计算GFR在预测AKI发生及总生存期方面优于MDRD计算GFR。研究表明,血清Cys-C水平是肝硬化患者AKI(包括HRS)发展的独立预测因子,终末期肝病模型(model for end-stage liver disease,MELD)-血清Cys-C评分准确预测AKI发展和死亡,而非Scr生物标志物[16]。血清Cys-C在预测肝硬化结局方面比Scr更准确。此外,针对Cys-C阈值预测肝硬化AKI的发生及预后进一步研究结果显示,血清Cys-C预测AKI发展的最佳阈值为1.1～1.4 mg/L,同时血浆Cys-C≥1.25 mg/L是AKI患者90 d病死率的独立预测因子[12,17-18]。

3 肾功能不全标志物对肝硬化AKI病因鉴别作用

病因鉴别对于肝硬化AKI制定治疗策略和预后评估至关重要。早期经验性扩容治疗可能会延迟HRS患者血管收缩剂启动或导致ATN患者容量超负荷,从而影响患者预后。对潜在原因的治疗是肝硬化AKI的主要治疗策略,特别是ATN患者。Scr值及其变化不能区分功能性和结构性肾损伤[19]。虽有研究显示ATN患者尿Cys-C水平明显高于AKI其他病因,但Cys-C反映GFR,并不能很好鉴别AKI病因[20]。滤过钠排泄分数(fractional excretion of filtrated sodium,FENa)可用于鉴别AKI病因[21],其特征是PRA中FENa<1%,利尿剂应用、糖尿或慢性适应可以增加FENa。由于肝硬化患者通常存在水钠潴留,在除PRA以外的AKI亚型仍观察到FENa降低[22]。蛋白尿作为肾小球损伤的标志物,但由于肝硬化患者往往合并肝功能受损和营养不良,血清蛋白浓度会降低,从而导致蛋白尿量减少,因而其在肝硬化AKI病因鉴别中应用受限。目前肾脏生物标志物与肾脏组织学之间的相关性较差,已发现的肾脏生物标志物鉴别HRS、ATN和其他肾脏疾病仍存在一定局限性。因此,仍需发掘识别实质性肾损伤特异性标志物以评估肾功能及区分功能性损伤和结构性损伤。

4 肝硬化患者肾小管损伤生物标志物

肾脏近端小管暴露于缺氧环境中,导致近端小管功能障碍,增加低分子量蛋白质排泄进入尿液。肾小管损伤标志物是研究最多的肾脏生物标志物亚组。由于缺血或肾毒性肾小管损伤,它们通常在尿液或血清中表达,并且在肾脏损伤后仅数小时就会上调[23]。研究表明肾小管损伤标志物在AKI不同病因中表达水平显著差异:在PRA中水平最低,HRS中表现出中等水平,ATN最为显著[24]。

4.1NGAL NGAL是一种来自脂蛋白家族的25 kDa糖蛋白,由肾脏髓袢、集合管细胞以及肝脏、肺和胃肠道的细胞产生,可以通过肾小球自由过滤,被重吸收到近端小管,最终由尿液排出。肾脏发生缺血或肾毒性损伤后,尿液NGAL迅速显著增加,这有助于肝硬化AKI病因鉴别及检测早期AKI[18]。

4.2白细胞介素-18(interleukin-18,IL-18) IL-18是一种18 kDa的促炎细胞因子,在许多细胞中表达,包括急性缺血的近端肾小管细胞。与其他尿液生物标志物不同,其表达不受尿路感染或慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)的影响,已有研究评估IL-18在肝硬化AKI中的潜在作用[25]。

4.3肾损伤分子-1(kidney injury molecule-1,KIM-1)

KIM-1是一种跨膜蛋白,对缺血性肾损伤的反应上调,在近端小管中表达。由于尿液KIM-1受肾外混杂因素的影响较小,因而其在ATN与非肾小管肾损伤鉴别中显示出良好的效能[26]。

4.4N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶(N-acetyl-β-D-glucosaminidase,NAG) NAG是一种主要来源于近端小管的溶酶体酶,具有较大的分子量(140 kDa),并且不被肾小球滤过。高水平尿液NAG概率较小为肾外来源,被普遍认为是肾小管细胞功能和(或)结构损伤的标志[27]。

4.5肝型脂肪酸结合蛋白(liver-type fatty-acid binding protein,L-FABP) L-FABP是一种来自14 kDa的游离脂肪酸转运蛋白,其主要分布在近端小管。在应激状态如尿蛋白超载、肾缺血、高血糖和毒素等导致的肾小管间质的损伤下,L-FABP基因在肾脏中的表达明显上调,表达释放入尿液,但其在肝脏、肠、胰腺、胃、肺和肾脏中亦有表达[28]。

5 肾小管损伤标志物的诊断及预后预测作用

虽然不同研究表明众多生物标志物如血清Cys-C、IL-18、尿液NAG、尿液NGAL水平预测肝硬化AKI发生及发展尚存在争议[9,29-30],但是众多研究表明血清和尿液NGAL水平均可用于肝硬化AKI的早期诊断,并且尿液NGAL水平高于非AKI患者,NGAL在诊断、治疗及预后预测方面显示出可观前景[31]。有研究显示ATN诊断阈值220 ng/ml,灵敏度为89%,特异度为78%,曲线下面积为0.854[32],这与西班牙巴塞罗那(阈值220 μg/g肌酐,AUC 0.87)和波士顿(阈值244 μg/g肌酐,AUC 0.762)的两项单中心研究非常相似[33-34]。不同研究结果的一致性表明,NGAL在不同肝硬化人群中具有可靠的诊断效能。然而在炎症性疾病、脓毒症、尿路感染或CKD等其他情况下,NGAL水平也会升高,从而限制了NGAL的诊断性能[35]。在多种肾脏生物标志物性能比较预测病死率的研究中,与尿液IL-18、KIM-1、L-FABP及血清Cys-C水平相比,尿液NGAL水平在预测病死率方面最佳[32]。一项前瞻性研究(包括失代偿性肝硬化患者)表明,尿液NGAL水平并不是病死率的重要预测指标;相反,血清Cys-C或MELD-血清Cys-C评分与生存结果相关[18]。不同临床特征的研究对象可能导致研究结果差异,但是另一个不能忽视的问题是这些肾脏生物标志物的增加并非完全来自肾脏。感染是增加肝硬化AKI病死率的另一个关键因素,也会增加肾脏生物标志物的水平,尤其是NGAL和L-FABP。目前关于肾小管标志物与肝硬化AKI死亡风险关系的研究仍存在矛盾的结论。

6 肾小管损伤标志物对肝硬化AKI病因鉴别作用

目前,肾小管损伤生物标志物在肝硬化AKI病因鉴别方面显示出前景。大多数研究都集中在准确识别AKI病因上,其中尿液NGAL表现最好并且拥有可靠的数据证实。多项研究表明NGAL和IL-18、L-FABP、KIM-1有助于确定肝硬化AKI的病因,ATN患者的尿液中这几种标志物的含量均显著高于其他原因(包括HRS和PRA)[36-39]。研究表明尿NGAL能很好区别ATN(1 162 ng/ml)和非ATN(PRA 87 ng/ml,HRS 111 ng/mg,重叠AKI 109 ng/ml,P<0.001)[32]。然而,在肝硬化HRS和ATN之间仍然观察到尿液NGAL、IL-18和KIM-1水平显著重叠现象[40]。如前所述,部分肾小管生物标志物已在肝硬化AKI病因鉴别方面显示出前景,但个别尚存在争议。值得注意的是,既往多数研究是根据临床特点区分AKI病因、ATN和非ATN,缺乏肾脏组织学证实,这可能导致AKI病因的错误分类。这些肾脏生物标志物都并非肾脏唯一产生,且出现少尿或无尿使收集尿液不符合实际,从而影响尿液生物标志物的检测。因此,应谨慎解读这些肾脏标志物在病因鉴别中的作用。

7 细胞周期阻滞生物标志物

胰岛素样生长因子结合蛋白-7和金属蛋白酶组织抑制剂-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2 and insulin-like growth factor-binding protein-7,[TIMP-2]·[IGFBP-7])是一种细胞周期阻滞蛋白,细胞应激或损伤时在肾小管细胞中表达,已被提出作为AKI生物标志物。美国食品和药物管理局批准TIMP-2和IGFBP-7作为预测AKI患者临床结局生物标志物[41],目前关于其在肝硬化AKI中的研究仍较少。一项针对45例乙型肝炎相关失代偿性肝硬化患者的研究表明,尿液IGFBP-7对肝硬化AKI的早期诊断具有重要价值,可能对AKI的发生具有预测作用[42]。与之相反,研究表明[TIMP-2]·[IGFBP-7]并非早期预测的独立因子,也不适用于HRS的诊断和治疗反应的预测[43],但却认为[TIMP-2]·[IGFBP-7]对肝硬化AKI预后具有重要预测价值。

8 结语

AKI在肝硬化患者中具有重要的预后意义,肾功能的准确评估和AKI病因的确定是管理的关键所在。近年来大量证据支持肾脏生物标志物在肝硬化AKI领域迅速扩展,大多数研究提供可靠的数据支持尿液NGAL水平准确识别AKI病因最佳。尽管各种肾脏标志物已被证明可以提高诊断、病因鉴别、预后预测,但单一生物标志物对临床实践影响较小。肾活检对于确定AKI的病因至关重要。肾脏标志物的正常范围尚未确定,亦限制其临床应用。因此,仍然需要探索其他新的肾脏生物标志物,并在未来的研究中评估各类肾脏生物标志物的作用。