急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是临床常见的心脏手术、肾毒性、肾移植常见的并发症, 其发病率在普通人群中约为0.5%~1.0%, 在住院患者中约为1%~7%, 在重症监护病房(intensive-care unit, ICU)及术后患者中则为1%~25%, 甚至> 30%。在过去的50年里, ICU患者AKI的死亡率几乎没有改变, 仍在50%~70%左右, 而且AKI的发生率呈上升趋势, 对于AKI的治疗和预后也没有明显改善^[1]。

2005年, 急性肾损伤网络(acute kidney injury network, AKIN)于荷兰阿姆斯特丹制定了新的AKI共识, 确定AKI的新诊断标准为:肾功能在48 h内突然减退。表现为血肌酐升高, 绝对值≥ 26.4 μ mol/L或≥ 0.3 mg/dL; 或血肌酐较基础值升高≥ 50%; 或尿量减少[尿量< 0.5 mL/(kg· h), 时间超过6 h]^{[2, 3]}。但是肌酐与性别、年龄和药物等有关; 而且只有当肾小球滤过滤下降超过50%时才轻微上升。另外临床上反映肾功能的其他指标有:N-乙酰-β -D氨基葡萄糖苷酶(N-acetyl-β -glucosaminidase, NAG)、半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cystatin C, Cys C), 尿微量白蛋白(microalbumin, mAlb)等, 有些在临床上已经得到广泛应用, 但都缺乏特异性和敏感性, 更不能反映肾损伤的早期变化。因此, 寻找早期、特异和敏感的AKI标志物是目前该领域研究的当务之急。

除了能够早期诊断和预测AKI, 阻止急性肾功能衰竭(acute renal failure, ARF)的发生, AKI的标志物还需具备以下作用:(1)能够鉴别损伤位置(近端肾小管、远端肾小管、间质或脉管系统); (2)判断肾衰竭持续时间(AKI、慢性或急慢性肾脏疾病); (3)鉴别AKI类型(肾前性、肾性或肾后性)和病因(缺血、毒性、败血症还是混合型):(4)区别AKI与其他类型的急性肾病(尿路感染、肾小球肾炎、间质性肾炎); (5)风险和预后评估(AKI的严重性和持续时间、是否需要肾移植手术、住院时间和死亡率); (6)监控AKI治疗的过程。

因此临床应用中AKI的理想标志物是:(1)样本容易收集, 如血或尿, 且检测方便; (2)用标准试验方法快速、可靠的检测; (3)对于疾病的早期检测具有高度的灵敏性, 宽的线性范围, Cut-off值可以进行危险分层评估; (4)特异性高, 能够区分AKI的类型和病因; (5)用受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线可以评估标志物。

寻找标志物的研究一般分为5个阶段:(1)临床前发现阶段:从动物模型或人体收集组织、血液或体液样本, 组织样本用基因组学研究, 体液样本用蛋白组学分析; (2)测定方法的建立:分离和纯化针对标记物的特异性抗体, 优化试验条件, 用标准的方法如酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)来检测; (3)回顾性研究:观察目前诊断AKI的金标准(肌酐)升高之前新标志物的时相变化; (4)预测性筛选:鉴定新标志物的检测范围和重要特性(特异性、灵敏度和ROC曲线面积); (5)最终阶段:标志物对于减少疾病负担和改善治疗效果所起的作用或影响程度。

随着基因组学和蛋白组学技术的应用, 一些新的AKI早期标志物正成为本领域研究的热点, 我们主要对近10年来出现的4种新的标志物的研究现状及优缺点进行综述。

NGAL是一种以共价键与人类中性粒细胞的明胶酶相连的蛋白质, 相对分子质量为25 000。NGAL在人的多个组织(如肾脏、肺、子宫、前列腺等)中均呈低表达状态, 但当上皮细胞受到刺激时会显著高表达。肾缺血损伤时, NGAL在肾单位多处表达上调, 以近端肾小管和细胞再生处最为明显。

Di Grande等^[4]利用蛋白组学研究发现在肾缺血和毒性动物模型中, NGAL是AKI发生的最早和表达量最丰富的蛋白质之一, 在血和尿样本中很容易检测。在大鼠缺血性肾衰模型缺血3 h即可检测出NGAL, 而在大鼠的肾毒性模型中1 d后也可检测到, 其在血和尿中的水平升高可在血肌酐升高前48 h出现, 并与肌酐浓度呈正相关。

Haase等^[5]通过对8个国家19项研究共 2 538 例患者的研究发现, NGAL在AKI的早期更有诊断价值, 对肾缺血、肾移植和肾毒性引起的AKI具有指导意义, 其监测范围宽, 而且灵敏度高, 尤其是在儿童心脏手术后其对AKI的发生更具有指导意义, 其变化与AKI的严重程度呈正相关, 心脏术后肾功能衰竭的儿童在术后2 h时NGAL已经表现出良好的敏感性和特异性, 以50 μ g/L为阈值, NGAL可独立预测ARF的发生。对于成人来说, 由肾毒性引起的AKI研究中发现尿NGAL在药物作用后4 h, 血NGAL在药物作用后2 h升高, 而Cys C在药物作用后8~24 h升高, 说明NGAL可以作为AKI早期标志物^[6]。

Dent等^[7]在120例心脏术后引起的45例AKI中, 如果靠肌酐的值来诊断, 往往会耽误2~3 d, 而血NGAL在术后2 h就开始升高, 在2 h时的ROC曲线下面积为0.96, 敏感性为84%, 特异性为94%, 以150 μ g/L为Cut-off值可以独立预测AKI的发生, 且术后2 h的NGAL值与血肌酐、AKI的持续时间、患者的住院时间都呈正相关, 而且术后12 h的NGAL值与AKI患者的死亡率也相关。在一项比较研究中, ICU中确诊为ARF(5 d内血肌酐升高超过2倍)继发脓毒症的患者, 血清NGAL升高为正常组的10倍, 尿中的NGAL升高100倍, 肾活检提示大量的免疫性NGAL在50%的皮质小管沉积^[8]。

总之, NGAL是一个新出现的AKI最有价值的生物标志物, 但关于NGAL的研究还停留在小样本试验中, 而且都是单一因素引起的AKI。另外, NGAL的值还受其他因素的影响, 如全身性感染、炎性状态和恶性肿瘤。

KIM-1是一种跨膜蛋白质, 由334个氨基酸残基组成, 属于免疫球蛋白基因超家族。在正常肾组织中表达甚微, 但是在人类和啮齿动物肾缺血或者中毒性损伤时, 在细胞形态消失的近端肾小管上皮细胞中高水平表达, 与肾损伤的严重程度相关, 尿中可检测其可溶性片段。

Ichimura等^[9]在顺铂毒性实验建立的肾小管损伤模型中发现正常大鼠肾小球不表达KIM-1, 在肾小管中低表达, 而在坏死的肾小管组织中, 给药6 h后尿KIM-1可达到峰值, 而36 h后尿肌酐才显著升高。Han等^[10]认为缺血再灌注后的ARF与其他急、慢性损伤尤其是单纯缺血性ARF相比, 尿KIM-1浓度升高更明显, 其ROC曲线的面积达0.90, 提示KIM-1对肾小管损伤诊断具有较高的价值。在人类的小样本研究中, 在确诊为AKI(主要为缺血)的患者肾活检中近端小管的KIM-1高表达, 肾前性氮质血症和慢性肾疾病的尿KIM-1显著升高。Zhou等^[11]通过201例AKI住院患者中研究发现, KIM-1及NGAL均与患者的疗效和预后(透析和死亡)密切相关。NGAL和KIM-1很可能可作为AKI的不同阶段的标志物, NGAL在早期更敏感, KIM-1在后期特异性更高。KIM-1与NGAL相比, 优点是对肾缺血和肾毒性导致的肾损伤的特异性更好, 在慢性肾疾病或尿路感染中表达不显著。

Han等^[12]通过研究103例心脏手术后引起的AKI发现, 与NAG、NGAL、白细胞介素-18(interleukin 18, IL-18)、α ₁-微球蛋白(α ₁-MG)和Cys C相比, KIM-1在术后3 h就开始升高, 其ROC曲线下的面积最大, 其次是IL-18和NAG, 而肌酐在术后72 h才显著升高, 另外只有KIM-1与AKI的发生率密切相关。

KIM-1已被美国食品与药品管理局和欧洲药品局作为一个检测药物诱导的肾损伤的高度敏感和特异性标志物。KIM-1的优点是其表达仅限于受损伤和发病的肾组织, 缺点是一些肾毒素和药物如环孢素、顺铂、镉、庆大霉素等也会引起肾脏分泌KIM-1。另外, 尿KIM-1在人类的其他疾病如慢性蛋白尿、炎症性和纤维性病变也会升高^[13]。

IL-18主要是在近端小管产生的一种促炎因子, 相对分子质量约为24 000。在缺血性ARF动物模型早期尿液中可检出IL-18, 这可能与其增加中性粒细胞对肾实质的浸润有关, 故提示检测尿IL-18对预测AKI可能有帮助^[14]。

Parikh等^[15]对AKI的患者进行前瞻性研究, 发现尿IL-18不仅可以作为危重患者发生AKI的敏感指标, 而且可以有效地预测患者的死亡率, 在肾移植后若其水平下降则预示着血肌酐水平能更快正常化; 确诊为AKI的患者(没有尿路感染、慢性肾病或是肾前性因素)尿IL-18显著升高, 在诊断AKI中其敏感性和特异性可以达到90%。在其他肾病患者IL-18升高程度则低得多。因此, 尿IL-18水平对于急性肾脏功能不全的鉴别诊断, 尤其是肾移植术后, 可能是一个很有价值的项目。最近的研究表明NGAL和IL-18可以作为儿童术后发生AKI早期的、预见性的连续性的标志物。在术后2~3 d天发生的AKI中, 尿NGAL在术后2 h升高, 到6 h达到峰值, 而尿IL-18在术后6 h左右开始升高, 到12 h达到高峰(可以升高25倍以上), 而且尿NGAL和IL-18水平与AKI的持续时间密切相关^[16]。

尿IL-18的优点是对缺血性AKI比较特异, 肾毒素、慢性肾病和尿路感染对其影响不大, 但受血IL-18的影响。血IL-18在多种组织炎性疾病中均可检测到, 如关节炎、多发性硬化症、炎症性肠病、系统性红斑狼疮、慢性肝炎和银屑病等^[17]。另外, 也有研究发现在成人心脏术后的AKI患者的尿IL-18与没有发生AKI的患者相比无差异^[18]。因此尿IL-18对于AKI的早期诊断仍需大量的临床研究来进一步验证。

L-FABP是一种主要分布于肝脏、小肠、肾脏与胰腺中的脂肪酸结合转运蛋白。其在脂类物质的转运、代谢方面发挥着重要的作用, 相对分子质量仅为14 400, 具有良好的细胞膜通透性, 可作为肾脏疾病早期诊断和预测的敏感指标。

Noiri等^[19]研究了用L-FABP1的转基因小鼠后的AKI和CKB动物模型, 发现尿L-FABP1可以作为一种优于肌酐的新的肾功能标志物。在顺铂诱导的AKI动物模型中, 尿L-FABP1在24 h就可以检测到, 而血肌酐在72 h后才可以检测到升高^[20]。Yamamoto等^[21]首次报道了肾移植后尿L-FABP1的变化, 在对12例肾移植后的患者研究发现尿L-FABP1的升高与肾小管毛细血管流量和移植的肾脏的缺血时间直接相关。Portilla等^[22]和Ferguson等^[23]等通过研究儿童心脏手术引起和成人的AKI患者, 发现尿L-FABP1在AKI的早期(4 h)就明显升高, L-FABP1在诊断AKI时其ROC曲线下面积为0.93。

L-FABP1也受到其他因素的影响, 如在非糖尿病慢性肾病、早期的糖尿病肾病、原发性局灶性肾小球硬化症、多囊性肾病。另外必须考虑的是L-FABP1在肝脏中大量表达, 因此尿中的含量受到血L-FABP1的影响, 在肝移植合并肾损伤或者伴有肝、肾疾病时, L-FABP的检测特异性和敏感度受到限制。

近年来发现的这些血清和尿液生物学标志物在AKI中的变化都早于血清肌酐的升高, 而且具有较高的灵敏性和特异性, 这使临床上早期诊断AKI成为可能。这些标志物的研究都基本上完成了前3个阶段的研究, 正在进行预测性筛选阶段的研究。验证这些标志物需要大量的临床试验, 观察他们与AKI的时相变化关系, 与不同发病机理的AKI的特异性(毒素、缺血和移植后的排斥反应)关系, 不同人群(年龄、性别、儿童等)中的差异以及其他并发病(糖尿病、心脏病和败血症等)对这些标志物的影响, 并发展和验证高通量的技术来进行快速检测。由于每个标志物都有优缺点, 如NGAL和L-FABP1可作为AKI早期最敏感的标志物, 而KIM-1和IL-18可作为AKI发生较NGAL更特异的标志物, 只有联合检测对于临床上AKI的诊断、治疗和预后才更有指导价值。