AKI生物標志物2

1、第一篇 第三章第四節(jié) AKI生物標志物 Biomarkers of Acute Kidney Injury 作者簡介吳杰，北京，解放軍總醫(yī)院腎病科，副主任醫(yī)師，100853Wu Jie，Beijing，Department of Nephrology, General Hospital of PLA,100853學(xué)習(xí)要點目前，血肌酐( Scr )和尿量仍是診斷AKI唯一可靠的檢測指標，也是AK1分期的依據(jù)。但是這些傳統(tǒng)的指標不能滿足臨床上對AKI早期診斷、及時救治的需求。目前AKI仍缺乏有效預(yù)測和早期診斷的生物標志物，對診斷AKI的新型生物標記物的探求是目前研究的熱點?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)部分有價值指標

2、，如半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白C( Cys C)、中性粒細胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白(NGAL)、白介素-18(IL-18)、腎損傷因子-1(KIM-1)和肝型脂肪酸結(jié)合蛋白（L-FABP)等，但是未來還有待于更多的臨床對照研究對這些新的指標進行驗證。概論盡管在過去的幾十年內(nèi)藥物治療有顯著進展，AKI患者的死亡率仍高居50%1。對AKI早期及時的診斷至關(guān)重要，否則會錯失最佳干預(yù)時機。傳統(tǒng)的AKI診斷一般是以血肌酐( Scr )和尿量的改變作為基礎(chǔ)，從血肌酐的代謝及分布來看，血肌酐不僅反映GFR，還受到其分布及排泌等綜合作用的影響；尿量更易受到容量狀態(tài)、藥物等多種非腎臟因素的影響。而且，這些指標只有在腎功

3、能明顯受損時才有可能檢測出變化，敏感性和特異性均不高。理想的AKI生物標志物應(yīng)該具有以下特性：1、采用易于獲得的非浸入性標本如血液、尿液；2、檢測平臺統(tǒng)一、標準、快速、穩(wěn)定；3、具有高度敏感性，能夠早期診斷AKI并評價預(yù)后；4、具有寬的代謝動力學(xué)范圍和截斷值能夠進行危險性分層分析；5、具有高度特異性，能夠鑒別AKI的亞類和病因，從而確定損傷的部位、預(yù)測對治療的反應(yīng)等；6、成本合理性以及易于臨床的檢測使用。 目前AKI仍缺乏理想的特異性生物標志物，對其新型標記物的探求已成為目前一個獨具挑戰(zhàn)性和吸引力的課題?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)部分有價值的指標，其中有的已經(jīng)應(yīng)用于臨床，現(xiàn)分述如下。一、半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白

4、 C( Cys C) 半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白 C( Cystatin C，Cys C)是分子量為13kDa的堿性分泌蛋白，Cys C基因幾乎在所有組織中均有表達，其廣泛存在于各種體液如腦脊液、血液、唾液等。由有核細胞合成并以相對恒定的速率釋放入血，可自由地在腎小球濾過，不被腎小管重吸收和分泌，不會重新進入血液循環(huán)。因此，Cys C在體內(nèi)的清除取決于GFR，并且濃度不易受炎癥反應(yīng)、惡性腫瘤、肌肉、性別、種族、體重及年齡的影響，也不受低T3、T4水平的影響。因此，對于慢性腎臟疾病患者來講，Cys C可以作為一個比Scr更準確地反映腎單位功能的指標。近年來研究顯示，Cys C對早期和輕微的腎功能改變

5、更敏感，Cys C已成為AKI的一個早期敏感指標。在ICU的病人中，以血Cys C升高50作為診斷標準比等到Scr 升高時再確診AKI要提早12天(ROC曲線下面積分別為0.97,0.82) 2。另有報道對心臟手術(shù)后兒童出現(xiàn)AKI進行了前瞻性研究，將Cys C和NGAL預(yù)測AKI的能力進行對比，結(jié)果在129例患兒中，有41例在心肺轉(zhuǎn)流術(shù)后的13天發(fā)生了AKI( 界定標準為Scr升高50)。在AKI病例中，血NGAL水平在術(shù)后 2小時開始升高，而血Cys C水平的升高則發(fā)生于術(shù)后12小時。二者在術(shù)后 12小時的水平升高均可作為AKI的獨立預(yù)測因素，而NGAL可以在時間點上更早于Cys C。 二、

6、中性粒細胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白（NGAL)中性粒細胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白(Neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)是lipocalin家族的新成員，在人類中性粒細胞中被發(fā)現(xiàn)，分子量25KD，并與明膠酶共價結(jié)合。正常情況下，NGAL只在一些人體組織細胞(包括腎臟、肝臟、胃和結(jié)腸)中以極低水平表達，而在細胞受損時會被顯著地誘導(dǎo)而發(fā)生高表達。例如，在急性細菌感染病人的血清和COPD病人的痰液及支氣管分泌物中，NGAL的濃度明顯升高。在建立的缺血性或腎毒性AKI的動物模型上進行的實驗研究中，通過微陣列基因表達譜分析，NGAL作為一個最早、最可靠的誘導(dǎo)

7、基因及表達產(chǎn)物在腎臟中被檢測出來；在AKI發(fā)生后不久，動物模型血液和尿液中其表達產(chǎn)物也同樣存在。在一項橫斷面調(diào)查研究3中，包括由膿毒癥、缺血或腎毒性物質(zhì)繼發(fā)的成人急性腎衰竭組和正常對照組，其界定急性腎衰竭標準為Scr在5天內(nèi)升高至基線值的2倍以上，應(yīng)用Western 印跡法分別測定兩組的血、尿NGAL含量。結(jié)果顯示與對照組相比，急性腎衰竭組病人的血漿NGAL水平升高超過1O倍，尿NGAL水平甚至升高100倍以上，而且血、尿NGAL水平均與Scr水平高度相關(guān)。對以上病人進行的腎臟活組織檢查表明，具有免疫活性的NGAL沉著于50以上的皮質(zhì)、腎小管。這些結(jié)果揭示NGAL是人體在AKI時普遍發(fā)生的敏感

8、性較強的免疫應(yīng)答的產(chǎn)物。在對行心肺轉(zhuǎn)流手術(shù)治療的兒童進行的前瞻性研究4中，以術(shù)后3天內(nèi)Scr升高50作為AKI的診斷標準，其發(fā)生率為28，分別在不同時段應(yīng)用Western印跡法和酶聯(lián)免疫吸附法測定所有病人的血、尿NGAL水平，結(jié)果顯示那些隨后發(fā)生AKI的病人，術(shù)后26小時內(nèi)NGAL的水平升高超過了基線值的10倍以上；其2 小時血、尿NGAL濃度診斷AKI的ROC曲線下面積分別為0.91和0.998；血、尿NGAL均為AKI的有力可靠的獨立預(yù)測指標；NGAL對AKI的早期診斷有較高敏感度、特異度和較好的預(yù)測力。需要強調(diào)的是，此研究的入選對象均為有先天性心臟病的兒童，他們與實際臨床工作中常見的成人

9、患者不同，因為這些患兒大多無多種復(fù)雜并發(fā)癥例如糖尿病、高血壓和動脈粥樣硬化等存在。為進一步評價NGAL對成人AKI的診斷意義，有作者進行了成人心臟手術(shù)后發(fā)生AKI的前瞻性研究，發(fā)現(xiàn)術(shù)后發(fā)生AKI的成人患者中，尿NGAL水平在術(shù)后13小時開始顯著升高，而Scr水平的升高直到術(shù)后接近3天時才出現(xiàn)，同樣顯示了NGAL對AKI的診斷價值。因此，NGAL可以作為一個有前景的、重要的早期診斷 AKI的候選生物標記物。但在這方面現(xiàn)有的研究規(guī)模還比較小，并且大多研究還僅限于那些病種相對單一，無復(fù)雜并發(fā)癥的AKI人群。另外NGAL的測定可能會受到一些協(xié)同變量的影響，諸如存在原有腎臟疾病以及合并泌尿系統(tǒng)感染等因素

10、。對于如何精確、快速、穩(wěn)定測得NGAL的研究也正處于大規(guī)模臨床試驗階段。 三、白介素-18 白介素-18( Interleukin-18，IL-18) 是一種促炎癥細胞因子，與免疫炎癥性疾病密切相關(guān)。它在AKI發(fā)生后在近端小管上皮細胞內(nèi)被誘導(dǎo)表達，胞內(nèi)半胱氨酸蛋白酶capsase-1將IL-18由無活性的前體形式轉(zhuǎn)化為活化形式，活化的IL-18出胞并進入小管液中。動物模型試驗結(jié)果顯示缺血性AKI組小鼠的尿IL-18濃度明顯高于擬手術(shù)對照組。一個橫斷面調(diào)查研究5結(jié)果顯示AKI患者的尿IL-18水平顯著升高，而那些患有尿路感染、慢性腎病、腎病綜合征及腎前性腎衰竭的病人的尿IL-18水平并無明顯改變

11、。在AKI的早期確診上，尿IL-18的敏感度和特異度均在90%以上(ROC曲線下面積為0.95)。因此，IL-18可以作為將急性腎小管壞死從其他類型的急性腎臟疾病中區(qū)分開來的有效工具。在2005年，Parikh CR等對ARDS患者進行了前瞻性研究6，此次研究以52例合并AKI的ARDS患者作為觀察組，86例未發(fā)生AKI的患者作為對照組，其中AKI的界定標準為Scr較基線值升高50%。入選對象均在不同時段分別收集尿樣并檢測尿IL-18水平。對結(jié)果的多元分析顯示：以尿IL-18水平>100pgmg作為標準預(yù)測診斷AKI的發(fā)生要比通過Scr升高來判斷提前24小時。在機械通氣治療的當天所測得的

12、尿IL-18水平也有助于預(yù)測ARDS患者的死亡率，而此項指標是獨立于疾病危險度評分、Scr和尿量等傳統(tǒng)評價標準之外的。對137例重癥兒科病人進行的研究得出一致結(jié)論，IL-18在AKI依據(jù)傳統(tǒng)標準確診前的48小時已經(jīng)有明顯升高，而它可以作為死亡率的一個預(yù)測因素。在一個單中心研究和一個前瞻性多中心研究中5，7，包括了成人和兒童，研究者基于病人行腎移植手術(shù)當天測得的IL-18水平，繪制了預(yù)測移植后腎功能延遲恢復(fù)情況的受試者工作特性曲線表明，IL-18是一個相當有預(yù)測力的腎損傷生物標記物(ROC曲線下面積0.9)。近期研究顯示尿NGAL和尿IL-18可以作為診斷AKI的早期預(yù)測性序貫標記物8。此項研究

13、的觀察對象為接受心臟手術(shù)治療后23天內(nèi)發(fā)生AKI的兒童。研究結(jié)果顯示：患兒的尿NGAL在術(shù)后2小時開始表達增多，而在術(shù)后6小時到達峰值；尿IL-18水平在術(shù)后6小時逐漸升高，術(shù)后12小時升至基線值的25以上，到達峰值?？梢奛GAL和IL-18 均為早期判斷AKI發(fā)生和持續(xù)時間的相關(guān)獨立指標。IL-18作為繼NGAL之后又一個AKI生物標記物，正得到越來越多的關(guān)注和認可。它在AKI的早期診斷、鑒別診斷和危險度分層方面的作用均相當有前景和價值。對于區(qū)分缺血性AKI和其他類型的急性腎小管壞死，IL-18與其他指標相比具有更高的特異性，并且IL-18不易受到腎前性氮質(zhì)血癥、慢性腎病和尿路感染的影響。I

14、L-18不但可以對AKI做出早期診斷，而且可以在一定程度上有助于預(yù)測AKI的嚴重程度和死亡率。 四、 腎損傷因子-1 腎損傷因子-1 (Kidney injury molecule-1,KIM-1)是免疫球蛋白超家族的細胞膜表面蛋白，該分子在正常人及動物腎臟中幾乎無表達。在腎毒性及缺血導(dǎo)致腎損傷后近端腎小管上皮細胞表達，代表腎臟的損傷修復(fù)過程。有動物模型實驗研究發(fā)現(xiàn)，缺血性或腎毒性AKI發(fā)生后，KIM-1可出現(xiàn)很高的過度表達，而它具備的蛋白水解處理區(qū)使它很容易在尿液中被檢測到。在一個小規(guī)模的橫斷面調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，在對有明確AKI(尤其是缺血性AKI)的病人進行的腎活檢中，KIM-1在近端小管被

15、顯著地誘導(dǎo)表達。尿KIM-1水平的檢測可以將缺血性AKI從腎前性氮質(zhì)血癥和慢性腎臟疾病中區(qū)分開來9。在一個包括了113例接受心肺轉(zhuǎn)流術(shù)的成人群組研究中，AKI(界定標準為Scr升高>0.3mgdl)發(fā)生率為31%,而這些發(fā)生AKI患者的尿KIM-1水平在術(shù)后2小時升高了約40%，在術(shù)后24小時則升高超過了1倍。證據(jù)表明，KIM-1是又一個具有前景和價值的AKI尿液標記物，且其對缺血性或腎毒性AKI的早期診斷具有更高的敏感度，明顯早于其他傳統(tǒng)的生物標志物如 Scr、BUN、尿NAG酶、尿糖、尿蛋白的異常，且在尿中性質(zhì)穩(wěn)定，不受尿液理化特性、慢性腎臟疾病和尿路感染的影響。因此，KIM-1有希

16、望成為用以區(qū)分各亞型AKI的重要標記物。但如果作為診斷AKI的早期標記物，它有一定的局限性，因為在腎損傷發(fā)生后的 1224小時內(nèi)，KIM-1的升高較慢，有一定滯后性。然而通過與NGAL和IL-18等其他敏感標記物進行聯(lián)合檢測，KIM-1可以提高早期診斷AKI的特異度。 五、肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白肝型脂肪酸結(jié)合蛋白（Liver-type fatty acid-binding protein ，L-FABP)是一種表達在人類腎臟近端小管細胞內(nèi)的小分子蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量約為1415KD。它作為參與游離脂肪酸（FFAs）在腎小管內(nèi)代謝的關(guān)鍵蛋白，在AKI時除了具有腎保護作用外，還能作為反映腎損傷的早期

17、標志物。Kamijo等10對12例接受活體腎移植患者的術(shù)后首次尿液進行分析，發(fā)現(xiàn)腎缺血后早期尿L-FABP水平與缺血時間、腎小管周圍毛細血管血流量及住院時間密切相關(guān)，進一步實驗發(fā)現(xiàn)在高L-FABP小鼠的缺血再灌注模型中，尿L-FABP水平在再灌注后8h內(nèi)即明顯升高，遠早于Scr升高的時間（再灌注后15h）。提示尿L-FABP在急性缺血性腎損傷時可作為一個敏感的早期標志物。另有一項關(guān)于心臟手術(shù)后AKI的臨床研究顯示在40例接受心肺旁路手術(shù)的患兒中，根據(jù)Scr升高與否將其分為AKI和非AKI組，發(fā)現(xiàn)AKI組術(shù)后4h時尿L-FABP水平升高94倍，12h時尿L-FABP水平升高45倍，均顯著升高，而

18、Scr水平的升高則出現(xiàn)在術(shù)后2472h；非AKI組手術(shù)前、后尿L-FABP及Scr水平無顯著變化。對各變量進行Logistic回歸分析， 提示術(shù)后4h尿L-FABP水平是AKI發(fā)生的獨立危險因子，ROC曲線下面積可達0.810，靈敏度0.714，特異度0.68411。六、N-乙酰-ß-D氨基葡萄糖苷酶(NAG)N-乙酰-ß-D氨基葡萄糖苷酶(N-acetyl-D-glucosaminidase，NAG)是近端腎小管的溶酶體酶，在近曲腎小管上皮細胞含量豐富，分子量約為140KD，是腎小管損害高度敏感和持久的指標，可早于Scr1296h升高，已確診的AKI患者NAG酶濃度越高，

19、其進入透析或死亡終點的發(fā)生率越高，可以作為預(yù)測ARF患者的不良預(yù)后標志物。但NAG酶活性可被抑制，而且在某些病理情況沒有AKI的情況下也可出現(xiàn)NAG升高，特異性較差。七、鈉氫交換子3(NHE3)鈉氫交換子3（Na+/H+ exchanger isoform 3，NHE3)是近端小管含量最豐富的頂端膜鈉轉(zhuǎn)運子，位于近端小管的管腔側(cè)和髓襻升支粗段細胞中，負責重吸收70%的濾過鈉及碳酸氫根離子。NHE3可以鑒別AKI的不同病因，如腎前性氮質(zhì)血癥、腎小球性腎病和急性腎小管壞死(ATN)等。在腎前性氮質(zhì)血癥中各級尿的NHE3上升，而在ATN中，NHE3上升的幅度是腎前性氮質(zhì)血癥的6倍，且兩者沒有重疊。而

20、在腎小球性腎病中，尿NHE3無法檢出。NHE3是缺血或中毒性AKI腎小管損害的特異標志物。但缺點是檢測方法復(fù)雜，限制其在臨床的應(yīng)用。另外還有富半胱氨酸肝素結(jié)合蛋白61(Cyr61)、尿胎球蛋白A(fetuin-A)、叢生蛋白(clusterin)等，仍處于研究的初級階段，臨床價值尚不明，這些新的生物學(xué)指標能否作為AKI早期臨床診斷的敏感指標需要進一步驗證。小結(jié)AKI發(fā)病率及死亡率高，早期診斷對判定病變程度、干預(yù)治療、改善預(yù)后至關(guān)重要，因而迫切需要理想的診斷標志物。目前的研究提示可能很難以一種標志物去診斷所有類型的AKI，這一復(fù)雜的疾病似乎更需要一組標志物的聯(lián)合。目前AKI新型標志物的研究還處于

21、起步階段，還需要大量臨床隨機對照研究去進一步驗證這些初步的結(jié)果?；蚪M學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)的進步也將為這一領(lǐng)域的研究提供大力幫助，開創(chuàng)新的局面。參考文獻1 Hoste EA, Kellum JA. Incidence, classification, and outcomes of acute kidney injury. Contrib Nephrol.2007;156:3238.2 Herget-Rosenthal S, Marggraf G, Husing J,et al. Early detection of acute renal failure byserum cystatin.

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