非特异性炎性标志物在脓毒症急性肾损伤中的研究进展*

白小丽 综述 敖其 陈婷婷 列才华 审校

(1.新疆医科大学研究生院, 新疆 乌鲁木齐 830000;2.中国人民解放军新疆军区总医院急诊科,新疆 乌鲁木齐 830000;3.中国人民解放军新疆军区总医院肾内科,新疆 乌鲁木齐 830000)

脓毒症(Sepsis)是机体对全身炎症反应失控,从而造成危及生命的脏器功能障碍[1],是全球重症患者最常见的死因[2]。急性肾损伤(Acute kidney injury,AKI)是脓毒症最常见并发症,脓毒症相关性急性肾损伤(Sepsis associated with acute kidney injury,S-AKI )肾功能急剧恶化,表现为BUN和Scr的上升,肾小球滤过率和尿量的下降。有研究[3]指出,与脓毒症非AKI相比,S-AKI病情进展更快,其死亡率更高。此外,Kellum等[4]表明,脓毒症患者7 d内可进展至AKI,并且2/3的AKI患者已发展到2期或3期。李俊等[5]研究得出,短暂性S-AKI可能与肾血流灌注有关,肾脏功能随其血流灌注的恢复而正常,而持续性S-AKI发生主要是肾性因素,肾脏血流灌注后未必可以恢复正常的肾功能。为改善S-AKI患者的临床预后,早期识别并综合治疗S-AKI危重症患者尤为重要,本文阐述了S-AKI的发病机制和治疗进展,并在已有研究的基础上对非特异性炎性标志物在S-AKI的预测价值方面进行综述。

1 S-AKI发病机制

脓毒症和AKI均是独立的死亡风险因素,脓毒症是诱发危重患者发生AKI的关键危险因素,其风险程度远大于其它因素[6]。S-AKI与其它病因引起的 AKI相比,有其特殊的机制[7],从而难以及时干预及预防肾损伤。

1.1 肾微血管内皮细胞功能障碍 肾血管由肾动脉、肾小球微血管和小管周围毛细血管组成,它们分布在不同的节段,肾血流量(Renal blood flow,RBF)的内稳态和微血管通透性主要由内皮细胞调控。在所有的脓毒症模型中均观察到内皮糖萼脱落,并伴有血浆中可溶性糖萼成分的增加,内皮损伤和糖萼丢失促进白细胞渗漏和血小板粘附,并伴有血流速度下降,这可能导致形成微血栓及伴随毛细血管的阻塞[8]。血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)和VEGF受体2(Vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)复合物在微血管通透性调控中起重要作用。VEGFR2是调控血管通透性和内皮完整性的重要因子,当VEGF或细胞内内皮细胞一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide synthasee,eNOS)激活VEGFR2时,血管内皮细胞钙黏蛋白被磷酸化、内噬和降解,导致血管通透性增加[9]。在内毒素中毒小鼠中,内毒素给药后24 h血浆VEGF水平升高,而肾脏VEGF水平降至正常肾脏的一半,局部VEGF表达的减少可能会改变肾小球的超微结构及导致肾小球受损,包括内皮窗密度降低和剩余窗直径增加;这些变化依赖于肿瘤坏死因子受体超家族成员1 a,并与BUN和尿白蛋白/肌酐比值增加直接相关;内毒素血症小鼠整体VEGF水平下降,广泛降低了肾微血管的通透性,这表明VEGF在调控肾微血管通透性的重要作用[10]。

1.2 免疫系统的激活与抑制 脓毒症时,细菌入侵机体导致免疫反应失调引起一系列的促炎与抗炎反应,致使S-AKI的发生,细胞凋亡途径和免疫反应被激活,累及肾脏损害。脓毒症发生早期,损伤相关分子模型(Damage-associated molecular pattern,DAMP)或病原体相关分子模型(Pathogen-associated molecular pattern,PAMP)引起机体免疫反应,其中 toll样受体是重要的抗原识别受体,它能够识别PAMP和(或)DAMP并引发细胞免疫反应,促进释放大量的炎症因子和激活补体系统,引发“细胞因子风暴”导致肾衰竭、全身代谢紊乱[11]。脓毒症进展到后期,机体多器官衰竭,严重抑制免疫系统及T细胞衰竭[12],多器官衰竭(循环、肝、肾)的患者,在死后0.5～3 h内,其免疫细胞产生促炎和抗炎细胞因子减少;并且在脾脏中观察到细胞因子分泌减少(包括TNF-a、IL-6和IL-10),而调节性T细胞增加,这象征着T细胞的衰竭;肺上皮细胞也表现出抑制受体的配体严重增加,如程序性细胞死亡配体1与抑制受体PD-1结合,抑制免疫反应[13]。这些结果表明了脓毒症晚期严重免疫抑制的状况及为T细胞衰竭提供了证据;并为脓毒症相关免疫抑制患者的免疫治疗和应用免疫检查点抑制剂提供了理论依据[11]。然而在S-AKI发展中调节炎症有效的免疫治疗策略尚未在应用于临床。

1.3 线粒体稳态失衡 脓毒症早期,肾脏近端小管细胞通过无氧糖酵解为肾细胞供能避免细胞凋亡[14],此方式在发生氧化磷酸化时,减少了活性氧对线粒体的破坏。过氧化酶体增殖活化受体-γ辅活化因子-1α通路可促进线粒体供能,在S-AKI恢复过程中起着重要作用[15],这些代谢适应性调节机制与AKI进展及严重程度相关。线粒体分裂基因动态蛋白相关蛋白1(Dynamic protein-associated protein,1Drp1)表达增加可促进线粒体分裂,其通路诱导线粒体自噬,预防了肾脏的缺血再灌注损伤、炎症反应及程序性的细胞死亡,并对上皮的修复起着促进作用[16]。目前已经提出两种有丝分裂途径,分别是PTEN活化的激酶1(PINK1)/Parkin RBR E3信号途径以及线粒体自噬信号途径,PINK1-PARK2通路激活,并通过基因敲除模型证明了该通路在S-AKI中起着保护作用[17],因此线粒体稳态平衡对S-AKI起着重要作用。

2 非特异性炎性标志物与S-AKI

临床实践中常用血清肌酐和尿量评估肾脏功能,肌酐包括内源性和外源性肌酐,但受到多种因素的影响,如肌肉含量、运动状态及饮食结构等。肾脏具有代偿功能,早期肾损伤,血清肌酐水平变化不明显或在正常范围内,当血清肌酐水平明显升高时,肾脏已经出现实质损害[18]。尿量也特别容易受到肾脏以外的各种因素影响,如循环血量、尿道梗阻和利尿剂。由此,在S-AKI早期识别中,血清肌酐和尿量具有一定的局限性。为了S-AKI的早期诊断和治疗提供新思路,一些新的生物靶点的出现,如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(Neutrophil gelatinase-associated lipid carrier protein,NGAL)、肾脏损伤分子-1(Kidney damage molecule -1,KIM-1)、肝脏脂肪酸结合蛋白(Liver fatty acid binding protein,LFABP)以及金属蛋白酶2和胰岛素样生长因子结合蛋白7(Metalloproteinases-2 and insulin-like growth factor-binding protein 7,TIMP-2*IGFBP7)的产物等,但上述新型标志物在临床上尚未完全普及,由于费用昂贵、检测繁琐,运用于诊断S-AKI不具有推广意义。而非特异性炎性标志物如中性粒细胞与淋巴细胞和血小板之间的比率(The ratio of neutrophils to lymphocytes and platelets,N/LP)、血小板和淋巴细胞的比率(Platelet to lymphocyte ratio,PLR)、单核细胞和淋巴细胞的比率(Monocytes and lymphocytes ratio,MLR)来源于全血细胞,价格便宜且易获得,有研究指出[19]脓毒症患者第5 d N/LP值与死亡率相关,此外,苏等[20]得出PLR联合胱抑素C、降钙素原可预测S-AKI的发生发展,MLR也与免疫炎症密切相关,可见非特异性炎性标志物在S-AKI中的预测价值及评估病情严重程度起着重要作用。

2.1 N/LP N/LP是一种低成本的炎性指标,可通过血常规计算获得。当机体发生全身炎症反应时,血小板参与白细胞募集、活化和迁移等炎症反应,白细胞、单核细胞、淋巴细胞和血小板相互调节在天然免疫应答和适应性免疫应答中起着重要作用[21],同时全身炎症介导了S-AKI患者多器官功能衰竭和长期不良的临床预后。脓毒症或宿主受到其他急性损伤(包括大面积烧伤、严重创伤或大手术),机体即刻启动细胞凋亡,诱导淋巴细胞数量减少,淋巴细胞水平降低的严重程度和时间长短与不良的临床预后相关,活化的淋巴细胞迁移到了炎症部位,导致了淋巴细胞的凋亡数量增多[22]。因此,中性粒细胞与淋巴细胞的比值(The neutrophil to lymphocyte ratio,NLR)代表中性粒细胞与淋巴细胞介导的免疫平衡机制,NLR水平增高与促炎因子浓度升高相关,导致细胞DNA损伤[23],NLR比率还与造影剂诱发的AKI、心血管手术和腹部创伤所致的AKI相关[24-26]。Liu等[27]指出NLR水平可能与疾病的严重程度相关,在144例脓毒症患者中,存活组NLR值在入院后第1 d至第5 d下降,第7 d上升;第3 d与第5 d NLR值差异无统计学意义(P=0.724)。死亡组NLR值在各时间段(第1、3、5、7 d)均有统计学意义,各时间点死亡组NLR值均高于存活组,并且第7 dNLR值与28 d死亡率相关。而潘等发现NLR虽可预测脓毒症患者28 d死亡率,然而预测效果欠佳[28]。最近研究发现,NLR虽然可预测S-AKI的进展,但在该比值加入血小板计数即N/LP比值可增加预测S-AKI预后结局的敏感性,这可能是由于免疫机制之间的相互作用,炎症级联的激活和凝血途径发生障碍有关[21],这些相互作用将导致微血管功能障碍、白细胞/血小板激活和微血栓形成,最终诱导肾小管上皮细胞损伤[29]。在住院1周内S-AKI患者,其N/LP比值<14可预测患者的生存率,进一步反映出炎症程度与危重脓毒症患者的死亡率相关[30]。进一步Xiao等[31]发现S-AKI的进展和脓毒症患者起始N/LP比率相关,此外,当N/L P超过10时,严重的AKI(The KidneyDisease Improving Global Outcomes,KDIGO 2期和3期)的风险增加了2倍以上,并且灵敏度高于血清肌酐。由此N/LP比值被认为是炎症反应的敏感预测因子,有助于S-AKI的早期临床诊断和干预。

2.2 PLR PLR是近年来炎性标志物研究的热点,由于凝血和炎症反应之间的密切联系,血小板被认为是S-AKI进展的关键因素,发生脓毒症时,受损的血管内皮细胞引发的炎症-凝血途径激活血小板,进而加重全身炎症[32]。PLR可运用评估疾病中的临床应用价值,其在心肌梗死[33]、肝细胞癌[34]和非小细胞肺癌[35]中异常高水平,可见PLR可反映体内的炎症状态。而PLR在S-AKI预后的研究较少,Zheng等[36]研究指出PLR比率在AKI的临床价值,在第90 d和第30 d观察到PLR与死亡率之间呈U型关系,最低风险值在90到311之间,低PLR和高PLR都与死亡率相关。最近Chen 等[37]研究得出,PLR对S-AKI患者预后预测具有指导价值,在PLR曲线下面积(Area under curve,AUC)中,PLR判断预后的最佳临界值为120,其敏感性为70.7%,特异性为65.4%。另外Shimoyama等[38]表示PLR是脓毒性亚临床AKI的预测因子(优势比1.0023;95%置信区间为1.00～1.0046;P=0.046),S-AKI危险因素与PLR升高相关。血小板计数升高代表机体严重的炎症反应,淋巴计数减少,导致宿主免疫系统与炎症反应瘫痪,PLR增加可能反映了机体感染炎症和免疫反应程度,这与不良预后有关,甚至导致多器官衰竭或死亡的风险,脓毒症死亡患者PLR显著高于生存者[39]。因此,PLR作为一种低成本的潜在临床预测指标,即使在资源有限的基层医院中也可以运用。

2.3 MLR MLR是单核细胞和淋巴细胞两种炎性指标的结合,可提供的信息远大于血常规中的单一指标,单核细胞在机体的免疫应答中,它向淋巴细胞提呈抗原,为机体提供获得性免疫。炎症是AKI发生和发展的核心因素,MLR能够较好地反映机体炎性反应的严重程度,与肿瘤、手术预后评估、心血管疾病显著相关[40-42]。Cao等[43]分析了MLR在评估脑卒中相关肺炎的严重程度,它的ROC曲线显示AUC为0.622,表明了MLR对脑卒中相关肺炎的预测价值,然而两者之间的关联机制尚不清楚。此外,Sukson等[44]指出外周血MLR比值对诊断和预测结核性胸膜炎具有不错的效果,其敏感性和特异性分别为82.5%和86.3%。李艳秀等[45]研究表明危重患者30 d死亡的风险因素与MLR上升有关,在43174脓毒症患者中,MLR预测危重患者30 d死亡率的AUC为0.655,95%CI为0.632～0687,MRL截断值为0.5,其中16948例患者MLR≥0.5。Jiang等[46]研究指出在ICU收治的1500例患者中,614例诊断为AKI,MLR发生AKI的风险值比NLR高近3倍,MLR和NLR预测AKI发生率AUC分别为0.899和0.780 ,表明MLR预测AKI的能力优于NLR。Li[47]得出对于IIB期宫颈癌患者,NLR和MLR都是独立预后因素和复发的危险因素指标。全身炎症与癌变存在联系,肿瘤微环境由肿瘤细胞和炎症细胞组成,炎症细胞释放各种细胞因子和趋化因子,单核细胞作为炎症细胞,通过细胞机制直接杀死恶性细胞,由此MLR有待成为S-AKI致死结局的预测因子。

3 S-AKI的治疗

3.1 预防治疗 液体复苏是治疗脓毒症休克的基石,适当的液体管理对于降低肾前性AKI风险至关重要,目前临床上多采用等渗晶体治疗AKI,但研究[48]发现,0.9%生理盐水复苏后高血氯浓度的变化与急性肾损伤及病死率密切相关。因肾脏是调节氯离子平衡的主要脏器,氯离子升高作用于肾致密斑,管-球反馈系统被激活,引起肾动脉收缩及肾皮质血流量减少,从而引起肾小球滤过力下降,进而加重AKI。Hammond等[49]指出相比生理盐水,平衡晶体液复苏治疗可降低危重患者住院率或28/30 d死亡率,在大多数危重症患者治疗中,平衡晶体应优先于生理盐水,但对脓毒症不具有特异性,这些可变因素的影响可能与氯的剂量有关。若液体复苏不足以纠正低血压,应启动血管活性药物,去甲肾上腺素目前作为一线血管升压药,但Myura等[50]表明脓毒症休克患者,应用去甲肾上腺素对降低病死率的作用并不显著,可能机制为脓毒症所导致的肾组织损害在肾髓质非肾皮质,用去甲肾上腺素恢复血压可能会进一步加重肾髓质缺血缺氧。此外,多巴胺不被推荐用于脓毒症休克治疗,其与心律失常发生率相关,并且在对于改善器官功能障碍或死亡率没有益处[51]。目前尚不明确哪种血管升压药具有更好的肾脏保护作用,S-AKI的肾内微环境有待进一步研究,以阐明髓内肾血流量下降的原因及对髓内缺氧的影响,进一步帮助临床医生选择血管活性药物。

3.2 补充必需维生素 在过去的几年里,人们对硫胺素和维生素C在危重病治疗方面进行了研究,假设硫胺素和维生素C缺乏会增加无氧代谢及生成乳酸;因此,确保充足的维生素可以改善脓毒症患者线粒体功能。在一项多中心国际随机试验中,静脉注射维生素C(每6 h 1.5 g)、氢化可的松(每6 h 50 mg)和硫胺素(每12 h 200 mg)与单独使用氢化可的松(或维生素试验)相比,并没有改善脓毒症休克或S-AKI的发生率或结局,在这两组211例受试者中,AKI的严重程度和没有进行肾脏替代治疗(Renal replacement therapy,RRT)的天数无差异,36%接受维生素治疗的受试者和37%的对照组受试者均发展到AKI 3期。但超过25项研究正在招募该领域内的志愿者,维生素对S-AKI的治疗有望得到进一步突破[52]。

3.3 类固醇 类固醇包括糖皮质激素和盐皮质激素,对脓毒症的治疗一直是争议的源头,部分临床医生则将其作为标准治疗的一部分。其作用是调控碳水化合物和蛋白质代谢(糖皮质激素),并调节电解质和液体平衡(盐皮质激素),具有抗炎特性。虽然类固醇在脓毒症治疗中的作用仍有争议,但最近的2项研究表明对其对S-AKI没有影响,试验观察了氢化可的松和氟化可的松,结果显示接受和未接受类固醇治疗的患者在对需求RRT治疗上没有差异(27vs28.1%)[53]。在肾上腺试验中,使用RRT治疗S-AKI没有差异(氢化可的松组为30.6%,安慰剂组为32.7%;P=0.18)。存活天数和没有进行RRT治疗天数也无差异(P=0.29)[54]。因此,虽然可能有些数据仅支持在脓毒症中使用类固醇,但在S-AKI治疗中使用类固醇没有明确的指南,需要进一步研究。

3.4 新药物 到目前为止,还没有专门的药物用于预防或治疗S-AKI。针对AKI机制的新药很多,如QPI-1002、THR-184、CCL14、海藻酸盐、人重组碱性磷酸酶等,但都需要进一步的临床试验来证实,在临床药物开发中,治疗或预防S-AKI的有效候选药物是碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AP),AP是一种内源性同型二聚体酶,存在于许多细胞和器官(如肠、胎盘、肝、骨、肾和粒细胞)中,通过内毒素和其他促炎化合物(如ATP)的去磷酸化而具有解毒作用,肾脏局部AP浓度反映了患者对内毒素的抵抗,这意味着当AKI发生时,缺血导致了AP浓度急剧下降[55]。一项荟萃[56]分析显示,在S-AKI治疗中,AP对短期内源性肌酐清除率(Endogenous creatinine clearance,ECC)没有显著影响,但在治疗第7、14、28 d可以显著改善ECC,此外,AKI生物标志物水平在短期内有一定程度的改善,但AP对改善尿量无明显作用。

3.5 肾替代治疗 重症AKI常需RRT维持,RRT治疗有助于清除机体多余的炎性因子,纠正体内水、电解质及酸碱性失调,保持机体处于稳态状态,改善血流动力学,加强容量管理,而在启动RRT治疗时,其剂量、启动时间和方式尤为关键。有研究表明早期启动RRT治疗,随访1年后,肾脏不良事件发生率、死亡率显著降低[57]。此外,吴等[58]指出早期启动连续肾替代治疗(Continuous Renal Replacement Therapy CRRT)虽可缩短S-AKI患者CRRT持续时间,但对28 d和90 d脱机率无显著影响,S-AKI需考虑脓毒症与AKI两个方面,RRT治疗同时也带来感染、低血压休克等危险因素,导致感染控制失败,因此需进一步探讨RRT对S-AKI的预后影响。

3.6 新型生物标志物指导管理 生物标志物(如NGAL、IGFBP7等)指导管理AKI,其可识别的高危患者,启动KDIGO预防减少AKI的发病率和进展[59],同时也可预测使用某些药物导致发生肾毒性AKI的风险[60]。目前证据表明常规使用生物标志物不利于指导何时启动RRT的决策,已经发现了新型生物标志物,即CCL14,但其在引导RRT启动中的潜在作用需要在未来的研究中确定[61]。

4 小结与展望

S-AKI的预防策略是非特异性的,主要集中在机体炎症控制和防止进一步的肾脏损害,虽然对其机制和治疗有所突破,增加了对S-AKI进一步认识,但AKI仍然是脓毒症最常见的死亡原因,传统识别肾脏损害,以血肌酐和尿量为主,在早期鉴别方面存在着一些缺陷。随着对S-AKI不断探索中,早期识别S-AKI的生物标志物相继出现,由于受到设备、检测流程及高昂费用的限制,大多数相关生物标志物尚未运用于临床,对于基层医院更是遥不可及。S-AKI机制为血流动力学改变、肾内微循环障碍、全身炎症、免疫机制和代谢重编之间的相互作用,而N/LP、PLR、MLR与S-AKI相互之间的关联,追溯到中性粒细胞、淋巴细胞、血小板参与S-AKI的进展,大量中性粒细胞被激活,作用于机体非特异性炎症反应,激活淋巴细胞迁移到炎性病灶,进而淋巴细胞凋亡增加,受损内皮细胞激活炎症-凝血反应诱导血小板活化,导致了凝血途径失调和增强了炎症反应,它们在机体炎症反应途径起着重要作用。已有的文献证明上述非特异性炎性标志物对危重症有着良好的预测价值,它们来源于全血中的血细胞比值,低成本、容易计算且检测方便,对S-AKI的预后评估有很不错的前景方向,同时兼顾到医疗设备欠缺的偏远医院,有望减少S-AKI患者经济负担及病死率,对临床医生早期评判S-AKI提供了重要途径。