中性粒细胞明胶酶相关脂质转运蛋白在小儿体外循环心脏术后急性肾功能损伤中的诊断价值
徐佳音, 徐锦
复旦大学附属儿科医院临床检验中心,上海 201102

作者简介:徐佳音,女,1983年生,学士,技师,主要从事生物化学工作。

通讯作者:徐 锦,联系电话:021-64931990。

摘要

该文总结了小儿体外循环术后诱发急性损伤后生物标志物中性粒细胞明胶酶相关脂质转运蛋白诊断特点及相较于其它诊断标志物的诊断价值。

关键词: 中性粒细胞明胶酶相关脂质转运蛋白; 体外循环心脏术; 儿童; 急性肾功能损伤
中图分类号:R446.1 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2014)11-1084-05
The diagnostic significance of neutrophil gelatinase-associated lipocalin in acute renal injure after cardiopulmonary bypass in pediatric cardiac surgery
XU Jiayin, XU Jin
Center for Clinical Laboratory, Children's Hospital of Fudan University, Shanghai 201102, China
Abstract

The review summarizes the diagnostic characteristic of neutrophil gelatinase-associated lipocalin and its diagnostic significance in acute renal injure after cardiopulmonary bypass in pediatric cardiac surgery compared to other diagnostic markers.

Keyword: Neutrophil gelatinase-associated lipocalin; Cardiopulmonary bypass; Child; Acute renal injure
引言

急性肾功能损伤(acute kidney injure, AKI) 是近年来逐渐取代急性肾功能衰竭(acute renal failure,ARF)所使用的新概念。指肾小球滤过率突然或持续下降,引起氮质废物体内潴留,水、电解质和酸碱平衡紊乱,导致各系统出现并发症的临床综合征。AKI是由轻微的肾脏损伤开始的,2002年由急性透析质量倡议 (acute dialysis quality initiative,ADQI)提出了AKI的RIFLE[风险(risk,R); 损伤(injury, I); 衰竭(failure, F);功能丧失(loss, L); 终末期肾病(end-stage kidney disease, E)]分类诊断标准[ 1],RIFLE所代表的每一个阶段有其诊断标准,旨在更切实际地反映出肾脏损伤的真实情况。但是传统判别肾功能的指标如血清肌酐(serum creatinine, SCr)在病程开始的升高往往不明显,而这一时间上的拖延可能导致病情的发展不能及时被发现和有效地控制,从而延误了最佳的干预治疗时间,增加了患儿术后病死率的风险。因而临床上迫切需要相对于传统诊断标志物能更快、更及时发现、控制AKI每个阶段变化的可靠标志物。AKI与先天性心脏病手术儿童进行体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)后的病死率具有一定的关联[ 2, 3, 4],该文总结了近年来热门分子标志物中性粒细胞明胶酶相关脂质转运蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)在CPB术后发生AKI中的诊断价值,为AKI的早期诊断提供新的思路。

一、CPB术后发生AKI的危险因子

从病理、生理将AKI分为肾前性、肾性和肾后性。CPB术后发生AKI属于肾前性,又称肾前性氮质血症,是由于血容量不足、心输出量不足等肾脏低灌注因素造成。未及肾实质,恢复灌注后呈可逆性。实验室研究发现在肾前性的AKI中,尿量会出现减少,除尿钠会降低外尿液的电解质水平基本正常[ 5],且尿渗透压水平升高,肾影像学正常。一些研究结果显示,CPB术后发生AKI与患儿的性别、术前血乳酸的最高值没有必然联系,而低年龄(<2岁)、出生后低体重、CPB持续时间较长(>60 min)、使用深低温停循环技术(deep hypothermic circulatory arrest,DHCA)是CPB术后AKI发生的危险因子[ 6, 7]

二、AKI的诊断标准

诊断AKI的公认标准为RIFLE,但有一定的局限性,比如年龄、性别、种族等。AKI网络(AKIN)在2005年、2012年分别修订了标准。目前将AKI定义为:(1)SCr在48 h以内增加≥26.5 μmol/L;(2)或者在7 d内SCr增加≥基线值的1.5倍;(3)或者尿量每小时<0.5 mL/kg持续超过6 h,符合以上三条之一即可诊断为AKI。单用尿量改变作为判断标准时,需要除外尿路梗阻及其它导致尿量减少的原因。将AKI分为1期、2期和3期,以SCr增加基线的倍数分期,并在3期中增加了肾脏替代治疗和年龄的建议,见 表1。这个原本用于成人的标准同样适用于儿童[ 8],但是儿童的SCr基础值区别于成人,见 表2[ 9]。也就是说肾小球滤过率的计算方式也不同于成人,故在诊断儿童AKI时应将两者结合后方可诊断小儿AKI,见 表3

表1 2012年KDIGO关于AKI的分期标准
表2 各年龄段儿童的SCr正常值
三、AKI的分子标志物NGAL

在早期及肾前性的AKI类型中肾损伤是轻微,诊断AKI几乎是靠48 h内SCr换算成eCFR,而SCr在儿童的成长发育过程中受到太多因素的影响,并且在依靠SCr换算的过程中,SCr自身也经过了一定的动态平衡的过程,当其失平衡时,时间上必然损耗了很多[ 10, 11]。因此,仅依靠SCr这一传统指标并不能满足临床上的即时监控,减小恶化可能的需求。

近年来一些新指标的兴起,给早期诊断AKI带来了新的方向。在众多对于早期诊断AKI的指标中,NGAL得到了颇多的关注。人NGAL是由178个氨基酸组成的多肽链,相对分子质量25 000,是脂质运载蛋白超家族的一个成员。

表3 儿童AKI诊断标准

它的三级结构为与亲脂性分子结合的疏水核所组成的桶状结构,以单体或同源二聚体的形式存在。只在个别人体组织中有低水平的表达,是可调控肾小管上皮细胞凋亡的蛋白分子。下游蛋白组学分析显示了NGAL是存在于缺血及肾毒性动物模型中在高表达的诱导蛋白[ 12, 13, 14]。当肾缺血引起损害时,其在肾组织中的表达上调,并在尿液中出现升高[ 15]。NGAL基因的启动子区域包含一些转录因子,如核因子NF-KB。已知NF-KB在肾损伤后迅速激活肾小管上皮细胞,并发挥控制细胞存活和增殖的作用。NGAL升高的机制在尿液和血液有所不同。随着NGAL蛋白在远端肾单位(肾池)的大量合成和分泌进入尿液,NGAL mRNA在Henle环(髓襻)的升支粗段和集合管迅速大量地表达,成为尿液NGAL的主要来源。当肾脏损伤时肾小球滤过膜的通透性增加,NGAL从肾脏中漏出,导致尿中NGAL增加,提示尿NGAL水平与尿蛋白程度相关。NGAL由近端小管上皮细胞通过内吞作用重吸收,当近端肾小管受损时,重吸收功能减弱,也导致尿中NAGL增加。而血液中NGAL水平升高的原因是由于发生AKI时,NGAL在肾池和循环池中聚集,AKI导致远端器官NGAL mRNA的表达增加,尤其在肝脏和肺,过度表达的NGAL蛋白最可能释放到血循环中组成循环池。另外作为急性时相反应蛋白 ,循环池中的NGAL也可能来源于中性粒细胞、巨噬细胞和其它免疫细胞。另外,随着循环池中NGAL的聚集及肾小球滤过率降低导致肾脏对NGAL的清除能力下降往往也是导致血循环中NGAL水平升高的原因。

四、NGAL在小儿CPB术后AKI诊断中的价值

低龄儿在CPB术后诱发AKI具有一定的发病率,且早期肾脏损伤往往是轻微的。除了传统的诊断标准SCr,近年来对热门生物标志物NGAL在CPB术后诱发AKI的诊断价值研究主要集中在:CPB术后诱发AKI时NGAL的变化情况、AKI时影响NGAL变化的因素、AKI时NGAL与其他分子标志物的关系这几方面。

为明确NGAL在CPB术后的变化情况,通常使用的研究方法是:对需进行CPB手术的患儿检测术前、术后2、4、6、12、24、48 h等时间段的SCr、尿NGAL及血NGAL。根据SCr的结果并依照RIFLE标准进行AKI组和非AKI组的分组。分别比较AKI组中的NGAL与SCr升高的时间点以及AKI组和非AKI组间NGAL的升高情况。结果显示[ 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23],在AKI组中,血和尿NGAL在术后的2至6 h内有明显升高,而同样情况下SCr的升高则发生在术后13 d。比较两组NGAL的结果,则AKI组血和尿NGAL值相对于非AKI组升高明显。显然,当CPB术后诱发AKI时,NGAL升高远远早于SCr。Krawczeski等[ 16]的研究显示,374例患儿中30%发展成AKI,其血、尿NGAL在CPB术后2 h就有明显的升高,是预测术后AKI发生最早且最有说服力的时间段,具有高诊断敏感性和特异性。且术后2 h NGAL的升高与住院时间、病情严重程度及AKI的持续时间有相当大的关联。并同时提出了新生儿和非新生儿中,NGAL可在CPB术后2 h即诊断为AKI的诊断判定值(cut-off值)是不同的:新生儿的血NGAL为95 ng/mL,尿NGAL为185 ng/mL;非新生儿的血和尿NGAL均为50 ng/mL。在AKI的发生、发展过程中,NGAL的值也随之起着一定的变化,随着时间的推移,NGAL存在一定的下降趋势。但也有一些研究结果显示NGAL在术后升高并未达到预期的期望值。

有研究认为NGAL变化受到肾功能基础水平的影响[ 17, 19]。McIlro等[ 17]分别检测以eGFR代表不同肾功能基础水平的患儿,行CPB术后AKI组和非AKI组各时间段的NGAL变化情况显示:当eGFR>60 mL/min, 在术后任意时间点检测尿NGAL,AKI组均高于非AKI组;当eGFR<60 mL/min,则得到相反的结果。尤其当患儿的eGFR为90120 mL/min时,尿NGAL能在早期诊断AKI的方面发挥良好效果。可以认为患儿肾功能基础水平限定了NGAL作为诊断CPB术后诱发AKI的使用条件。

NGAL并非是一枝独秀的指标,反应肾功能早期损伤的指标还有肾损伤分子(kidney injury molecule-1,KIM-1)、白细胞介素18(IL-18)、肝型脂肪酸结合蛋白(liver-type fatty acid binding protein,L-FABP)等[ 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25] ,Krawczeski等[ 18]对220例(20%发生了AKI)CPB患者通过检测术后2、6、12、24 h上述各指标,并使用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线下面积(AUC)表示各指标的诊断灵敏度。结果显示CPB术后2 h各指标的AUC各不相同: NGAL为0.90、KIM-1为0.49、IL-18 为0.59、L-FABP为 0.50;CPB术后6 h的AUC:NGAL 为0.91、KIM-1为0.51、IL-18 为0.78、L-FABP为 0.73;CPB术后12 h的AUC:NGAL 为0.90、KIM-1为0.70、 IL-18 为0.82、L-FABP为 0.78;CPB术后24 h的AUC:NGAL 为0.87、KIM-1为0.80、 IL-18 为0.82、L-FABP为 0.77。由此可见,在CPB术后各检测时间段的4种肾功能损伤指标中,NGAL在诊断AKI时均颇具优势。Endre等[ 19]进一步比较了不同的肾功能基础水平患儿CPB术后各时间点NGAL、KIM-1、IL-18的检测值,当行CPB术的患儿eGFR>60 mL/min时,CPB术后<6 h及>12 h时NGAL在诊断AKI中仍具有优势,612 h则另外两者略优于NGAL,但研究并未将CPB术后时间再做进一步的细化以充分比较各肾功能损伤指标的应用特点。

五、总结

综上所述,AKI是临床高度重视的一类疾病,在小儿CPB术后具有一定的发病率,虽然起病时损伤轻微但是不加以控制将发生肾功能衰竭甚至更严重的后果。使用敏感特异的标志物尽早诊断AKI是临床常用的控制手段。NGAL可作为预测AKI发生的早期诊断指标,在发生AKI时早于传统指标SCr,尤其当患儿eGFR>60 ml/min,CPB术后2 h的检测尤其重要,对诊断、预测AKI并有效减少CPB术后AKI的发生和提高生存率,具有一定的临床意义。

The authors have declared that no competing interests exist.

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