6AKI生物标志物301吴杰.docx

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6AKI生物标志物301吴杰

第一篇

第三章

第四节AKI生物标志物

BiomarkersofAcuteKidneyInjury

作者简介

吴杰，北京，解放军总医院肾病科，副主任医师，100853

WuJie，Beijing，DepartmentofNephrology,GeneralHospitalofPLA,100853

学习要点

目前，血肌酐（Scr）和尿量仍是诊断AKI唯一可靠的检测指标，也是AK1分期的依据。

但是这些传统的指标不能满足临床上对AKI早期诊断、及时救治的需求。

目前AKI仍缺乏有效预测和早期诊断的生物标志物，对诊断AKI的新型生物标记物的探求是目前研究的热点。

现在已发现部分有价值指标，如半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白C（CysC）、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（NGAL）、白介素-18（IL-18）、肾损伤因子-1（KIM-1）和肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）等，但是未来还有待于更多的临床对照研究对这些新的指标进行验证。

概论

尽管在过去的几十年内药物治疗有显著进展，AKI患者的死亡率仍高居50%[1]。

对AKI早期及时的诊断至关重要，否则会错失最佳干预时机。

传统的AKI诊断一般是以血肌酐（Scr）和尿量的改变作为基础，从血肌酐的代谢及分布来看，血肌酐不仅反映GFR，还受到其分布及排泌等综合作用的影响；尿量更易受到容量状态、药物等多种非肾脏因素的影响。

而且，这些指标只有在肾功能明显受损时才有可能检测出变化，敏感性和特异性均不高。

理想的AKI生物标志物应该具有以下特性：

1、采用易于获得的非浸入性标本如血液、尿液；2、检测平台统一、标准、快速、稳定；3、具有高度敏感性，能够早期诊断AKI并评价预后；4、具有宽的代谢动力学范围和截断值能够进行危险性分层分析；5、具有高度特异性，能够鉴别AKI的亚类和病因，从而确定损伤的部位、预测对治疗的反应等；6、成本合理性以及易于临床的检测使用。

目前AKI仍缺乏理想的特异性生物标志物，对其新型标记物的探求已成为目前一个独具挑战性和吸引力的课题。

现在已发现部分有价值的指标，其中有的已经应用于临床，现分述如下。

一、半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白C（CysC）

半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白C（CystatinC，CysC）是分子量为13kDa的碱性分泌蛋白，CysC基因几乎在所有组织中均有表达，其广泛存在于各种体液如脑脊液、血液、唾液等。

由有核细胞合成并以相对恒定的速率释放入血，可自由地在肾小球滤过，不被肾小管重吸收和分泌，不会重新进入血液循环。

因此，CysC在体内的清除取决于GFR，并且浓度不易受炎症反应、恶性肿瘤、肌肉、性别、种族、体重及年龄的影响，也不受低T3、T4水平的影响。

因此，对于慢性肾脏疾病患者来讲，CysC可以作为一个比Scr更准确地反映肾单位功能的指标。

近年来研究显示，CysC对早期和轻微的肾功能改变更敏感，CysC已成为AKI的一个早期敏感指标。

在ICU的病人中，以血CysC升高≥50％作为诊断标准比等到Scr升高时再确诊AKI要提早1～2天（ROC曲线下面积分别为0.97,0.82）[2]。

另有报道对心脏手术后儿童出现AKI进行了前瞻性研究，将CysC和NGAL预测AKI的能力进行对比，结果在129例患儿中，有41例在心肺转流术后的1～3天发生了AKI（界定标准为Scr升高≥50％）。

在AKI病例中，血NGAL水平在术后2小时开始升高，而血CysC水平的升高则发生于术后12小时。

二者在术后12小时的水平升高均可作为AKI的独立预测因素，而NGAL可以在时间点上更早于CysC。

二、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（NGAL）

中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（Neutrophilgelatinase-associatedlipocalin，NGAL）是lipocalin家族的新成员，在人类中性粒细胞中被发现，分子量25KD，并与明胶酶共价结合。

正常情况下，NGAL只在一些人体组织细胞（包括肾脏、肝脏、胃和结肠）中以极低水平表达，而在细胞受损时会被显著地诱导而发生高表达。

例如，在急性细菌感染病人的血清和COPD病人的痰液及支气管分泌物中，NGAL的浓度明显升高。

在建立的缺血性或肾毒性AKI的动物模型上进行的实验研究中，通过微阵列基因表达谱分析，NGAL作为一个最早、最可靠的诱导基因及表达产物在肾脏中被检测出来；在AKI发生后不久，动物模型血液和尿液中其表达产物也同样存在。

在一项横断面调查研究[3]中，包括由脓毒症、缺血或肾毒性物质继发的成人急性肾衰竭组和正常对照组，其界定急性肾衰竭标准为Scr在5天内升高至基线值的2倍以上，应用Western印迹法分别测定两组的血、尿NGAL含量。

结果显示与对照组相比，急性肾衰竭组病人的血浆NGAL水平升高超过1O倍，尿NGAL水平甚至升高100倍以上，而且血、尿NGAL水平均与Scr水平高度相关。

对以上病人进行的肾脏活组织检查表明，具有免疫活性的NGAL沉着于50％以上的皮质、肾小管。

这些结果揭示NGAL是人体在AKI时普遍发生的敏感性较强的免疫应答的产物。

在对行心肺转流手术治疗的儿童进行的前瞻性研究[4]中，以术后3天内Scr升高≥50％作为AKI的诊断标准，其发生率为28％，分别在不同时段应用Western印迹法和酶联免疫吸附法测定所有病人的血、尿NGAL水平，结果显示那些随后发生AKI的病人，术后2～6小时内NGAL的水平升高超过了基线值的10倍以上；其2小时血、尿NGAL浓度诊断AKI的ROC曲线下面积分别为0.91和0.998；血、尿NGAL均为AKI的有力可靠的独立预测指标；NGAL对AKI的早期诊断有较高敏感度、特异度和较好的预测力。

需要强调的是，此研究的入选对象均为有先天性心脏病的儿童，他们与实际临床工作中常见的成人患者不同，因为这些患儿大多无多种复杂并发症例如糖尿病、高血压和动脉粥样硬化等存在。

为进一步评价NGAL对成人AKI的诊断意义，有作者进行了成人心脏手术后发生AKI的前瞻性研究，发现术后发生AKI的成人患者中，尿NGAL水平在术后1～3小时开始显著升高，而Scr水平的升高直到术后接近3天时才出现，同样显示了NGAL对AKI的诊断价值。

因此，NGAL可以作为一个有前景的、重要的早期诊断AKI的候选生物标记物。

但在这方面现有的研究规模还比较小，并且大多研究还仅限于那些病种相对单一，无复杂并发症的AKI人群。

另外NGAL的测定可能会受到一些协同变量的影响，诸如存在原有肾脏疾病以及合并泌尿系统感染等因素。

对于如何精确、快速、稳定测得NGAL的研究也正处于大规模临床试验阶段。

三、白介素-18

白介素-18（Interleukin-18，IL-18）是一种促炎症细胞因子，与免疫炎症性疾病密切相关。

它在AKI发生后在近端小管上皮细胞内被诱导表达，胞内半胱氨酸蛋白酶capsase-1将IL-18由无活性的前体形式转化为活化形式，活化的IL-18出胞并进入小管液中。

动物模型试验结果显示缺血性AKI组小鼠的尿IL-18浓度明显高于拟手术对照组。

一个横断面调查研究[5]结果显示AKI患者的尿IL-18水平显著升高，而那些患有尿路感染、慢性肾病、肾病综合征及肾前性肾衰竭的病人的尿IL-18水平并无明显改变。

在AKI的早期确诊上，尿IL-18的敏感度和特异度均在90%以上（ROC曲线下面积为0.95）。

因此，IL-18可以作为将急性肾小管坏死从其他类型的急性肾脏疾病中区分开来的有效工具。

在2005年，ParikhCR等对ARDS患者进行了前瞻性研究[6]，此次研究以52例合并AKI的ARDS患者作为观察组，86例未发生AKI的患者作为对照组，其中AKI的界定标准为Scr较基线值升高≥50%。

入选对象均在不同时段分别收集尿样并检测尿IL-18水平。

对结果的多元分析显示：

以尿IL-18水平>100pg／mg作为标准预测诊断AKI的发生要比通过Scr升高来判断提前24小时。

在机械通气治疗的当天所测得的尿IL-18水平也有助于预测ARDS患者的死亡率，而此项指标是独立于疾病危险度评分、Scr和尿量等传统评价标准之外的。

对137例重症儿科病人进行的研究得出一致结论，IL-18在AKI依据传统标准确诊前的48小时已经有明显升高，而它可以作为死亡率的一个预测因素。

在一个单中心研究和一个前瞻性多中心研究中[5，7]，包括了成人和儿童，研究者基于病人行肾移植手术当天测得的IL-18水平，绘制了预测移植后肾功能延迟恢复情况的受试者工作特性曲线表明，IL-18是一个相当有预测力的肾损伤生物标记物（ROC曲线下面积0.9）。

近期研究显示尿NGAL和尿IL-18可以作为诊断AKI的早期预测性序贯标记物[8]。

此项研究的观察对象为接受心脏手术治疗后2～3天内发生AKI的儿童。

研究结果显示：

患儿的尿NGAL在术后2小时开始表达增多，而在术后6小时到达峰值；尿IL-18水平在术后6小时逐渐升高，术后12小时升至基线值的25以上，到达峰值。

可见NGAL和IL-18均为早期判断AKI发生和持续时间的相关独立指标。

IL-18作为继NGAL之后又一个AKI生物标记物，正得到越来越多的关注和认可。

它在AKI的早期诊断、鉴别诊断和危险度分层方面的作用均相当有前景和价值。

对于区分缺血性AKI和其他类型的急性肾小管坏死，IL-18与其他指标相比具有更高的特异性，并且IL-18不易受到肾前性氮质血症、慢性肾病和尿路感染的影响。

IL-18不但可以对AKI做出早期诊断，而且可以在一定程度上有助于预测AKI的严重程度和死亡率。

四、肾损伤因子-1

肾损伤因子-1（Kidneyinjurymolecule-1,KIM-1）是免疫球蛋白超家族的细胞膜表面蛋白，该分子在正常人及动物肾脏中几乎无表达。

在肾毒性及缺血导致肾损伤后近端肾小管上皮细胞表达，代表肾脏的损伤／修复过程。

有动物模型实验研究发现，缺血性或肾毒性AKI发生后，KIM-1可出现很高的过度表达，而它具备的蛋白水解处理区使它很容易在尿液中被检测到。

在一个小规模的横断面调查研究中发现，在对有明确AKI（尤其是缺血性AKI）的病人进行的肾活检中，KIM-1在近端小管被显著地诱导表达。

尿KIM-1水平的检测可以将缺血性AKI从肾前性氮质血症和慢性肾脏疾病中区分开来[9]。

在一个包括了113例接受心肺转流术的成人群组研究中，AKI（界定标准为Scr升高>0.3mg／dl）发生率为31%,而这些发生AKI患者的尿KIM-1水平在术后2小时升高了约40%，在术后24小时则升高超过了1倍。

证据表明，KIM-1是又一个具有前景和价值的AKI尿液标记物，且其对缺血性或肾毒性AKI的早期诊断具有更高的敏感度，明显早于其他传统的生物标志物如Scr、BUN、尿NAG酶、尿糖、尿蛋白的异常，且在尿中性质稳定，不受尿液理化特性、慢性肾脏疾病和尿路感染的影响。

因此，KIM-1有希望成为用以区分各亚型AKI的重要标记物。

但如果作为诊断AKI的早期标记物，它有一定的局限性，因为在肾损伤发生后的12～24小时内，KIM-1的升高较慢，有一定滞后性。

然而通过与NGAL和IL-18等其他敏感标记物进行联合检测，KIM-1可以提高早期诊断AKI的特异度。

五、肝脏型脂肪酸结合蛋白

肝型脂肪酸结合蛋白（Liver-typefattyacid-bindingprotein，L-FABP）是一种表达在人类肾脏近端小管细胞内的小分子蛋白质，相对分子质量约为14～15KD。

它作为参与游离脂肪酸（FFAs）在肾小管内代谢的关键蛋白，在AKI时除了具有肾保护作用外，还能作为反映肾损伤的早期标志物。

Kamijo等[10]对12例接受活体肾移植患者的术后首次尿液进行分析，发现肾缺血后早期尿L-FABP水平与缺血时间、肾小管周围毛细血管血流量及住院时间密切相关，进一步实验发现在高L-FABP小鼠的缺血／再灌注模型中，尿L-FABP水平在再灌注后8h内即明显升高，远早于Scr升高的时间（再灌注后15h）。

提示尿L-FABP在急性缺血性肾损伤时可作为一个敏感的早期标志物。

另有一项关于心脏手术后AKI的临床研究显示在40例接受心肺旁路手术的患儿中，根据Scr升高与否将其分为AKI和非AKI组，发现AKI组术后4h时尿L-FABP水平升高94倍，12h时尿L-FABP水平升高45倍，均显著升高，而Scr水平的升高则出现在术后24～72h；非AKI组手术前、后尿L-FABP及Scr水平无显著变化。

对各变量进行Logistic回归分析，提示术后4h尿L-FABP水平是AKI发生的独立危险因子，ROC曲线下面积可达0.810，灵敏度0.714，特异度0.684[11]。

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）是近端肾小管的溶酶体酶，在近曲肾小管上皮细胞含量丰富，分子量约为140KD，是肾小管损害高度敏感和持久的指标，可早于Scr12～96h升高，已确诊的AKI患者NAG酶浓度越高，其进入透析或死亡终点的发生率越高，可以作为预测ARF患者的不良预后标志物。

但NAG酶活性可被抑制，而且在某些病理情况没有AKI的情况下也可出现NAG升高，特异性较差。

七、钠氢交换子3（NHE3）

钠氢交换子3（Na+/H+exchangerisoform3，NHE3）是近端小管含量最丰富的顶端膜钠转运子，位于近端小管的管腔侧和髓襻升支粗段细胞中，负责重吸收70%的滤过钠及碳酸氢根离子。

NHE3可以鉴别AKI的不同病因，如肾前性氮质血症、肾小球性肾病和急性肾小管坏死（ATN）等。

在肾前性氮质血症中各级尿的NHE3上升，而在ATN中，NHE3上升的幅度是肾前性氮质血症的6倍，且两者没有重叠。

而在肾小球性肾病中，尿NHE3无法检出。

NHE3是缺血或中毒性AKI肾小管损害的特异标志物。

但缺点是检测方法复杂，限制其在临床的应用。

另外还有富半胱氨酸肝素结合蛋白61（Cyr61）、尿胎球蛋白A（fetuin-A）、丛生蛋白（clusterin）等，仍处于研究的初级阶段，临床价值尚不明，这些新的生物学指标能否作为AKI早期临床诊断的敏感指标需要进一步验证。

小结

AKI发病率及死亡率高，早期诊断对判定病变程度、干预治疗、改善预后至关重要，因而迫切需要理想的诊断标志物。

目前的研究提示可能很难以一种标志物去诊断所有类型的AKI，这一复杂的疾病似乎更需要一组标志物的联合。

目前AKI新型标志物的研究还处于起步阶段，还需要大量临床随机对照研究去进一步验证这些初步的结果。

基因组学、代谢组学和蛋白组学的进步也将为这一领域的研究提供大力帮助，开创新的局面。

参考文献

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2Herget-RosenthalS,MarggrafG,HusingJ,etal.Earlydetectionofacuterenalfailurebyserumcystatin.KidneyInt.2004,66:

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4MishraJ,DentC,TarabishiR,etal.Neutrophilgelatinase-associatedlipocalin（NGAL）asabiomarkerforacuterenalinjuryaftercardiacsurgery.Lancet.2005,365:

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5ParikhCR,JaniA,MelnikovVY,etal.Urinaryinterleukin-18isamarkerofhumanacutetubularnecrosis.AmJKidneyDis.2004,43:

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7ParikhCR,JaniA,MishraJ,etal.UrineNGALandIL-18arepredictivebiomarkersfordelayedgraftfunctionfollowingkidneytransplantation.AmJTransplant.2006,6:

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8ParikhCR,MishraJ,Thiessen-PhilbrookH,etal.UrinaryIL-18isanearlypredictivebiomarkerofacutekidneyinjuryaftercardiacsurgery.KidneyInt.2006,70:

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anovelbiomarkerforhumanrenalproximaltubuleinjury.KidneyInt.2002,62:

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10KamijoA,SugayaT,HikawaA,etal.Urinaryexcretionoffattyacid-bindingproteinreflectsstressoverloadontheproximaltubules.AmJPathol.2004;165:

1243-1255.

11PortillaD,DentC,SugayaT,etal.Liverfattyacid-bindingproteinasabiomarkerofacutekidneyinjuryaftercardiacsurgery.KidneyInt.2008;73:

465-472.

单选题

目前研究结果显示，在以下几种AKI生物标志物中，在尿路感染、慢性肾病、肾病综合征、肾前性肾衰竭中无明显变化，能将急性肾小管坏死从其他类型的急性肾脏损伤中区分开来的有效指标是：

A血CystatinC

B尿NGAL

C尿IL-18

D尿KIM-1

E尿NAG酶

答案：

C尿IL-18