临床生物标志物在肾脏疾病中的研究进展

【摘要】肾脏疾病已经成为一个严重的全球健康问题，随着日渐增高的发病率和死亡率，早期的诊断和治疗是预防肾脏功能进一步恶化和延缓不良结局的主要措施。临床生物标志物如肌酐、胱抑素、肾小球滤过率、尿蛋白等常用标志物，存在一定的局限性，研究者们一直在寻找更有效的早期标志物来提前预警肾脏疾病的发生和发展，本文综述了迄今为止关于肾脏疾病早期标志物的研究进展，并分析了其实用性。

【关键词】急性肾损伤；慢性肾脏疾病；临床生物标志物

随着人们物质生活水平的提高袁肾脏疾病的高发病率及死亡率已成为目前重大公共卫生问题之一。对肾脏疾病进行早期诊断及早期治疗尤为重要血液和尿液检查仍是临床诊断肾脏疾病的首选。不同的状态和疾病，如感染、毒素、缺血、代谢或遗传性疾病、自身免疫性疾病，可引起肾脏损害，可表现为急性肾损伤(AKI)或慢性肾病(CKD)，其结构或功能改变至少持续3个月的^[1],根据当前肾脏疾病改善全球预后指南诊断和风险分层主要是功能性标志物血肌酐、胱抑素C、肾小球滤过率、尿微量白蛋白等作为肾脏损害的主要的标志物^[1]。肾功能的血液和尿标志物越来越多地用于早期诊断肾脏疾病，从而尽早的给予适当的治疗，改善患者管理和预后。最近，某些在缺血性肾损伤动物模型和AKI患者中升高的生物标志物已被鉴定。这些新的生物标志物包括尿白细胞介素-18(IL-18)、中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白(NGAL)、肾损伤分子-1(KIM-1)、GDF-15等。然而，目前仍不确定这些生物标记物是否足以用于急性肾损伤（AKI）或慢性肾脏疾病(CKD)的早期检测。这篇综述将总结在肾脏疾病中研究的最重要的尿液和血清生物标志物，它们在各种临床肾脏疾病中的使用和价值。

1临床生物标志物在急性肾损伤中的应用

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是一种由各种原因引起的肾功能急速下降而出现的综合征，临床常见且病情危重^[2]，具有较高的发病 率、复发率和死亡率且极易进展为慢性肾脏病 (Chronic kidney disease ，CKD)。2012年改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)指南表明AKI的发生，即７天内血清肌酐增加50％或２天内血肌酐上升0.3ｇ/dl(26.5mol/L)或无尿≥６小时^[3],虽然新的指南AKI进行了精确定义和分期明显提高了识别和描述肾功能变化的能力,但目前AKI诊断主要依赖的血清肌酐是一个对早期肾功能变化不敏感的标志物,又鉴于AKI发病诱因的复杂性,如何在早期防治AKI仍然是领域内一个极富有挑战性的热点问题,AKI相关的传统标志物如：血清肌酐、胱抑素Ｃ、血尿素氮等常会因个体因素、饮食等原因影响检测结果。近年来，研究者们致力于新型的临床生物标志物用于AKI的早期发现，肾损伤分子-1(KIM-1)是一种１型跨膜糖蛋白在缺血或中毒性肾损伤后KIM-1在近端肾小管细胞的顶端膜中能快速表达并使其胞外段脱落至尿液中致尿KIM-1浓度增加KIM-1是AKI尤其是急性肾小管坏死的重要生物标志物。KIM-1在包括糖尿病肾病、局灶性肾小球硬化、膜增殖性肾小球肾炎、IgA肾病甚至肾细胞癌的各种肾脏疾病中都有升高^[4]。虽然KIM-1在肾脏疾病中表现出了良好的预测作用，但目前仍没有便捷的可靠的自动化检测KIM-1浓度测量方法，使尿KIM-1标记物难以在临床上推广使用，限制其的发展。L-FABP是一种内源性抗氧化蛋白，分子量为14 kD，正常和患者肾脏中均有表达，存在于近端肾小管曲部 和直部的上皮细胞中。L-FABP在肾脏缺血缺氧产生 氧化应激反应时迅速释放到肾小管管腔中，随尿液排泄，是预警AKI早期肾小管损伤的标志物^[5]，监测尿液 L-FABP 浓度水平可以预测早期 AKI的发生和严重程度，尿L-FABP水平可以反映肾小管间质损伤程度，并与CKD患者的预后相关。在急性肾损伤早期，尿L-FABP水平升高早于血清肌酐，是急性和慢性肾小管间质损伤的敏感指标^［6-7］。并且L-FABP在日本被批准作为AKI生物标志物，但L-FABP在肾脏疾病中的作用机制需要进一步的研究来阐明，其临床应用尚需在大型研究和更广泛的临床环境中进行验证^［8］。白细胞介素18（Interleukin-18，IL-18）是一种分子量为18kDa的促炎细胞因子。它是由肾小管细胞和巨噬细胞产生的。在许多肾脏疾病过程中，如细胞凋亡、缺血/再灌注、异体移植排斥反应、感染、自身免疫性疾病和恶性肿瘤，IL-18发挥了积极作用。

尿IL-18水平 可作为急性肾小管坏死（ATN）的敏感标志物。有研究证实，ＡＴＮ患者尿IL-18水平明显高于功能性肾衰竭患者；同时，住院存活患者的血清和尿IL-18水平远低于非存活患者^［9］。胱抑素C是一种13kDa的蛋白酶抑制剂，通过肾小球滤过进入近端小管。该蛋白质被健康的近端肾小管细胞重新吸收并完全分解，在正常情况下，尿液中只发现最低浓度的浓度。当近端肾小管细胞的再吸收能力受损时，尿中胱抑素

C水平增加。因此，胱抑素C被认为是AKI的标记物^[10-11].NGAL（Neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL），也被称为人中性粒细胞脂钙蛋白或脂钙蛋白2，NGAL是最早触发肾脏发育的分子之一，将胚胎间充质细胞转化为上皮细胞，形成肾小管和完整的肾单位^[12-13]。首次被鉴定为人中性粒细胞次级颗粒中的一种25kDa蛋白,NGAL被确定为在缺血性和肾毒性AKI的小鼠模型中诱导速度最快的蛋白。在损伤后的数小时内，血清和尿液中的浓度都增加了几倍。这一偶然发现将NGAL的焦点从细菌感染的标记物转移到AKI的早期信号^[14],一项早期研究中，在已确诊为AKI的成年患者的尿液和血浆中均检测到NGAL水平升高^[15]。NGAL作为AKI预测因子增加AKI严重程度的价值最近已得到证实。肾脏损伤后，肾小管上皮细胞早期释放NGAL。NGAL的表达水平与肾损伤的程度相关，可能有助于区分肾功能快速下降风险较高的患者。NGAL的表达导致细胞增殖、细胞发生、肾损伤和CKD进展。NGAL与估计的GFR、胱抑素C和血清肌酐有良好的相关性。此外，在eGFR可检测到的变化之前，尿NGAL是肾脏损伤的良好预测因子，也是2型糖尿病中正常蛋白尿性肾脏疾病的标志物^[16]。

2临床生物标志物在慢性肾脏疾病中的应用

慢性肾脏疾病(Chronic kidney disease ，CKD)是指肾功能下降，其定义为肾小球滤过率(GFR)小于60mL/min/1.73m2和或肾损害的标志物，至少持续时间为3个月^[17]。CKD已被认为是一种隐藏的流行病，是一个重大的公共卫生问题，影响着13.4%的成年人，每年造成120万人死亡^[18-19]，在我国成年人中慢性肾脏疾病的患病率高达10％左右，且患者死亡率过高，特别是心血管事件的死亡率居高不下^[20]。这引发了越来越多的关注。肾衰竭是全球发病率和死亡率的直接原因。故早期发现肾脏疾病，预防其并发症，特别是心血管并发症，以及延缓疾病进展，预防终末期肾脏病（ESRD）具有重要意义。肾功能的临床评估在很大程度上依赖于肾小球的^[21]。在临床实践中，肾功能受损是通过肾小球滤过率(GFR)、血清肌酐和胱抑素C水平以及尿蛋白是否存在来评估的。但是只有当大约40-50%的肾实质的受损时，血清肌酐浓度才会升高^[22]。而且，蛋白尿先于GFR下降，但在肾小管间质性疾病或高血压性肾病中可能不存在这种情况。此外，有研究证明，30%的糖尿病肾病患者的尿白蛋白水平可能是正常的^[23]。由于早期识别肾脏损伤的生物标志物有助于延缓肾病的进展。早期CKD的治疗可以改善肾功能或至少减缓CKD的进展。而常规的这些标记物的局限性，往往不能有效的早期诊断，目前人们已经研究了一些替代标记物，例微量蛋白(BTP)和β-2微球蛋白(B2M)等，而最近，随着研究的不断深入，更多有效的敏感的生物标志物被发现，其中GDF-15是转化生长因子-β（TGF-β）/骨形态发生蛋白（BMP）超家族的远端成员^[24]。GDF-15最初因发现可抑制巨噬细胞因而命名为巨噬细胞抑制细胞因子-1（MIC-1）^[25]，研究发现高 GDF-15 可反映膜性肾病晚期肾脏中的损伤和大量白蛋白尿^[26]。随着研究的深入和完善，GDF-15有可能成为慢性肾脏疾病患者肾脏病进展生物标志物，同时GDF-15 的升高还能帮助确定哪些 CKD 患者肾脏疾病进展风险最高。BTP是一种低分子量(23-29kDa)的蛋白，又称前列腺素D合酶，属于脂钙蛋白蛋白家族。它参与催化前列腺素h2转化为其异构体前列腺素d2，并连接甲状腺激素、视黄酸和脂质转运蛋白的胆色素。它已被存在于尿液、血清、精浆、脑脊液和羊水中。BTP作为一种低分子量蛋白，几乎完全通过肾小球过滤，然后完全通过肾小管重新吸收，在肾脏疾病患者的尿液和血清中其水平升高[27]。BTP可用于早期检测肾小管损伤。BTP与微球蛋白微球蛋白(A1M)有良好的相关性，而尿中白蛋白、总蛋白和肌酐水平没有相关性。并且急性时相反应不影响BTP水平。在前列腺和肾脏组织的提取物中没有发现高浓度的BTP。因此，在尿路损伤的情况下，这些器官对尿液中BTP的含量没有显著的贡献。BTP不与其他蛋白结合，其水平在宽pH范围范围内不变^[28]。MicroRNA(miRNA)是一种短的单链非编码RNA分子，MicroRNAs作为敏感和特异性的生物标记物，在肾脏疾病中具有很大的潜力，Khurana^[29]认为，miRNA-181a可能是最稳健和最稳定的生物标志物，与健康对照组相比，在CKD患者中显著降低了约200倍。也有研究者认为^[30]，microRNA-451是糖尿病肾病中CKD的早期预测因子。

3 小结

总之，一些参与肾脏损伤的病理生理机制的很有前途的肾脏健康生物标志物已经证明了改善肾脏疾病的临床治疗的潜力。这些生物标志物已经证明了它们具有检测早期损伤、定位损伤，并预测疾病进展、严重程度和相关的长期死亡率的能力。未来的工作正在进行中，以描述促进肾脏修复和长期生存的生物学途径，这可能为肾脏病领域的新疗法的开发提供信息。

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