盡管目前為止的研究已經對急性腎損傷（acute kidney injure，AKI）的發病機制及治療策略有了一定的探索，但 AKI 的死亡率仍居高不下，仍然是重癥醫療單元中重要的死亡因素之一。早期甄別 AKI 患者，有助于展開更積極的治療，改善患者的預后。血清肌酐水平作為診斷腎臟損傷的金標準，在早期 AKI 的診斷中敏感性和特異性都不能滿足目前臨床工作的需要。因此，在過去的幾十年中，科研工作者們致力于發現和驗證新的 AKI 標志物，包括中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白、白細胞介素-18、腎臟損傷分子-1、半胱氨酸蛋白酶抑制物 C 等，研究表明這些生物標志物可能是 AKI 發展和預后的可靠預測因子，對 AKI 的早期診斷和臨床監測也具有重要的意義。該文將針對近年來這些新生 AKI 預后預測因子的主要研究及成果進行綜述總結，評價其在早期診斷和臨床預后預測中的作用和局限性，以期對臨床及進一步的科研工作有所幫助。
引用本文： 陳懿, 夏子敬, 馮延歡, 付平. 重癥醫療單元中急性腎損傷患者新生預后預測因子的研究進展. 華西醫學, 2018, 33(7): 900-904. doi: 10.7507/1002-0179.201806123 復制
急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）是重癥醫療單元（Intensive Care Unit，ICU）中較為常見的并發癥，其在患者住院期間的發生率為 10%～30%[1-3]，同時，AKI 是 ICU 中造成患者死亡的主要原因之一，相較于未發生 AKI 的患者，發生 AKI 的患者病死率為前者的 2～5 倍[4]。此外，一系列的臨床研究也指出，AKI 在部分患者可能轉化為慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD），并最終發展成為終末期腎臟疾病（end stage renal disease，ESRD）[5-9]。AKI 目前的治療方式主要包括：一般治療、藥物治療及腎臟替代治療（renal replacement therapy，RRT）等，其中連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT）因其在理論上能夠更加有利于維持患者的血流動力學穩定及內環境穩態，提高患者的生存率[10-12]，在臨床上獲得了廣泛的應用。盡管 AKI 的起源、疾病進程和預后等方面，目前的研究已經有了較大的進展，但每年仍有大約 200 萬人死于 AKI 或其相關的并發癥[2-4]。這一不良預后的主要原因之一，是臨床工作中對 AKI 的診斷太晚，而早期診斷，從而早期介入，對于改善這一情況無疑是有效的。血清肌酐（serum creatinine，SCr）水平作為診斷腎臟損傷的金標準，在早期 AKI 的病程中并不會發生異常，只有在發生一半以上腎功能損失后才開始上升，其在 AKI 的診斷中敏感性和特異性都不能滿足目前臨床工作的需要。除此之外，它的血清濃度并不能區分結構腎損傷和功能血流動力學觸發引起的 AKI，且可以受多種因素的影響[13-14]因此，在過去的幾十年中，科研工作者們致力于發現和驗證新的 AKI 標志物，以期能找到評估 AKI 患者生理過程、病理過程以及治療后藥物反應等的特征性生物分子[15-16]。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL）、白細胞介素（interleukin，IL）-18、腎臟損傷分子 1（kidney injury molecule-1，KIM-1）和半胱氨酸蛋白酶抑制物 C（cystatin-C，Cys-C），是一些在臨床前試驗及臨床試驗中發現的針對腎臟損傷較為可信的新的標志物，是目前各臨床前及臨床研究的熱點。因此本文綜述了目前關于這些 AKI 新生標志物研究的文獻資料，評價它們在早期診斷和臨床預后預測中的作用和局限性，以期對臨床及進一步的科研工作有所幫助。
1 NGAL
NGAL 或稱為脂質運載蛋白 2，或噬鐵蛋白，屬于人類脂質運載蛋白家族，是一種普遍存在的免疫蛋白，參與多種生物過程，是迄今為止發現的較為可信的 AKI 預后預測因子之一[17]。NGAL 最初在正常人的中性粒細胞中被分離發現，在后續的研究中也被報道廣泛參與炎癥、膿毒血癥、缺血相關損傷、腎臟損傷、癌癥等多種病理過程，主要生物功能包括抑菌作用、抗凋亡作用和增強腎小管增殖作用，可能在 AKI 中參與腎臟保護[18]。在人體內，NGAL 主要以單個分子形式存在，在子宮、前列腺、唾液腺、肺、氣管、胃、結腸、腎[19]等多種組織中均有表達，但盡管如此，NGAL 被發現是在早期腎臟損傷后上調最為顯著的分子之一，提示可其作為腎小管結構損傷的早期標志物[20-21]。在正常的血清和尿液樣本中，NGAL 的含量很低，但在 AKI 發生后的遠端小管部分，其濃度迅速升高[22]。一系列的臨床前研究證實了 NGAL 在 AKI 發生后能夠迅速地在血液和尿液中升高，并且達到可測定的濃度，與 SCr 水平相比，其似乎更能有效地反映 AKI 的發生及進展情況[23-27]。這些動物研究引起了科學家的興趣，并提示 NGAL 作為 AKI 早期標志物的應用前景[28]。隨后，大量致力于評估 NGAL 作為 AKI 的非侵入性生物標志物的臨床研究被相繼報道。
Adiyanti 等[29]在一項橫斷面研究中證實，AKI 患者的尿液和血清中 NGAL 含量顯著增加，預示 SCr 水平升高。此外，Cruz 等[30]進行了 Meta 分析發現，無論臨床環境如何，尿液和血漿 NGAL 值都能較好地預測 AKI 的發生和嚴重程度。一些作者認為，尿液中 NGAL 水平是 AKI 在各種臨床條件下更為可靠、快速的預測指標，多中心隊列研究證實，在腹瀉相關溶血性尿毒癥患兒中，早期尿 NGAL 水平具有預測 AKI 的嚴重程度和透析需要的高敏感性，此外尿 NGAL 水平在肝膽手術術后 AKI 的早期診斷以及術后 6 個月的腎臟結果方面也很有用[31]。而在 Sanjeevani 等[32]發表的一項廣泛的多中心研究中發現，使用尿 NGAL 水平及其他腎臟生物標志物可以提高 AKI 的早期檢出率。而對于危重癥患者，一些臨床研究則證明了 NGAL 是相較于 SCr 更好的生物標志物，因為它能夠比后者提前 2 d 揭示 AKI 的發生及并發癥的情況[33-34]。需要指出的是，NGAL 在重癥膿毒癥患者中對 AKI 的診斷特異度稍低，在無 AKI 的膿毒癥患者中，血清及尿液 NGAL 的水平也會有所增加，針對這一現象的一種解釋是，在膿毒癥中，NGAL 不僅可以來自受損的腎臟，也可以從增多的白細胞及肝臟細胞中代謝而來。這一事實可能限制 NGAL 在膿毒癥患者中的診斷價值。Yilmaz 等[35]就發現在沒有 AKI 的尿路感染患兒中，NGAL 的水平也有升高。但總的來說 NGAL 對早期的 AKI 診斷和預后評估具有較高的臨床價值。
2 IL-18
IL-18 是一種促炎細胞因子，來自于 IL-1 家族，能夠調節先天性和適應性免疫反應[36]。該生物標志物的水平在許多內源性過程（如膿毒癥）中增加，其作用在許多腎臟病理情況中均有被研究，包括缺血-再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）、同種異體移植排斥、自身免疫調節情況和惡性腫瘤等[37]。除此之外，最近的研究也表明 IL-18 在 IRI 引起的 AKI 中可作為生物標志物。其水平在 IRI 后大約 6 h 增加，12 h 后達到峰值，約為正常水平的 25 倍[38]。在臨床前研究中已經發現，小鼠的 IRI AKI 模型中已經體現出 IL-18 作為早期 AKI 標記的可能性，在實驗中，IL-18 在近曲小管中產生，并在后續的尿液檢查可以較為容易地測出[39]。近期的臨床研究熱點集中于 IL-18 水平對 AKI 預測的診斷準確性上[40-42]，研究表明 IL-18 的濃度在 RIFLE 標準診斷的 AKI 前 24～48 h 就有所升高。例如，在重癥患兒群體中，一般認為尿 IL-18 水平可以預測 AKI 的發展，并與疾病嚴重程度相關。此外，在一項針對急性呼吸窘迫綜合征患者的橫斷面研究中，血清 IL-18 水平在 AKI 發生前被報道有顯著增高，而 CKD、尿路感染、腎病綜合征或腎前偶氮血癥患者的血清 IL-18 水平則正常[43]。Liu 等[44]發現，血清中 IL-18 水平的升高提示血液透析患者預后不良。而另一項研究則證明 IL-18 作為早期生物標志物在危重患者中預測 AKI、透析依賴或 90 d 病死率的能力較差[45]。這可能是因為目前 IL-18 作為 AKI 預后預測的閾值標準尚未確立。
3 KIM-1
KIM-1 是人類甲型肝炎病毒的膜受體。它有一個跨膜域和一個包含酪氨酸磷酸化的信號蛋白（KIM-1b）的胞內域，目前被認為參與了腎臟損傷及修復兩個過程[46]。Ichimura 等[47]發現在正常的成年大鼠腎臟中，KIM-1 的表達水平低到無法檢測，但在 IRI 或中毒性的 AKI 模型中，KIM-1 在上皮近端管狀細胞中表達顯著。他們檢測了順鉑介導的 AKI 模型中大鼠腎組織和尿 KIM-1 的表達，發現 KIM-1 是比 SCr 更有效的 AKI 標志物。近期的一些試驗已經證實 KIM-1 可以作為急性腎小管壞死重要的生物學標志物，其血、尿濃度與腎臟損傷程度或直接相關[48]。目前，已有快速、簡單、安全、準確的方法測量組織樣本、尿液或血液中的 KIM-1 濃度，而 KIM-1 本身也已經被美國食品藥物監督管理局批準作為 AKI 生物標志物用于臨床前藥物開發[49]。后續的一些臨床研究也表明，尿 KIM-1 可以區分不同類型急性腎小管壞死的患者和無 AKI 的患者，并預測不良的臨床結果，如透析依賴和死亡[50-51]，但其他研究也有顯示，在糖尿病腎病、局灶性腎小球硬化、膜增生性腎小球腎炎、IgA 腎病，甚至腎癌等多種腎臟疾病中，均有 KIM-1 表達增加的情況[52]。這可能提示 KIM-1 作為 AKI 的早期診斷及預后因子的特異度不夠。
4 Cys-C
Cys-C 是一種含有 120 個氨基酸殘基、相對分子質量為 13 ×103 的多肽鏈。它是由所有有核的細胞以恒定的速率產生的。同時，它被認為是半胱氨酸蛋白酶最重要的細胞外抑制劑之一[53]。Cys-C 可以在血清、血漿、毛細血管血液和尿液等樣本中進行測定，一般認為 Cys-C 作為腎小球濾過率的標志物相較于 SCr 更為優越，因其濃度不受患者肌肉質量、飲食、性生活及小管分泌情況等因素的影響[54]。臨床研究發現血清 Cys-C 是比 SCr 更為特異的預后預測因子，特別是在對高齡人群的預后情況預測中，更具特異性[55]。此外，在腎小管功能障礙患者中，尿 Cys-C 水平被發現升高[56]。而另一些研究則提供了 Cys-C 水平作為敗血癥和失血性休克患者 AKI 的早期標志物的相關證據[57-58]。而另一方面，一些作者的研究結果則不支持用 Cys-C 代替 SCr 水平來定義 AKI。他們認為，SCr 及 Cys-C 水平來定義 AKI 可能成為未來研究中對 AKI 的預測的最佳解決方案[59-60]。
5 總結
本文系統闡述了 AKI 新生生物標志物 NGAL、IL-18、KIM-1、Cys-C 等作為 AKI 標志物的研究進展。大量的動物和臨床研究都證實這些新生標志物對 AKI 診斷和預后評估可能具有較高的臨床價值，為早期診斷及進一步改善患者預后提供了可能。但需要指出的是，這些新生生物標志物大多仍處于臨床前評估階段，在臨床研究中對這些生物標志物的有效性進行進一步精確的評估、系統性測量以及評價標準的建立仍是非常必要的。為了獲得更強有力的證據支持，并使得這些 AKI 新生生物標志物在臨床上得到更為廣泛的應用，大量的實踐及更大樣本量的前瞻性研究仍需得到實施。我們也相信，未來的研究將會發掘更多有效新生生物標志物并付諸于臨床實踐中。
急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）是重癥醫療單元（Intensive Care Unit，ICU）中較為常見的并發癥，其在患者住院期間的發生率為 10%～30%[1-3]，同時，AKI 是 ICU 中造成患者死亡的主要原因之一，相較于未發生 AKI 的患者，發生 AKI 的患者病死率為前者的 2～5 倍[4]。此外，一系列的臨床研究也指出，AKI 在部分患者可能轉化為慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD），并最終發展成為終末期腎臟疾病（end stage renal disease，ESRD）[5-9]。AKI 目前的治療方式主要包括：一般治療、藥物治療及腎臟替代治療（renal replacement therapy，RRT）等，其中連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT）因其在理論上能夠更加有利于維持患者的血流動力學穩定及內環境穩態，提高患者的生存率[10-12]，在臨床上獲得了廣泛的應用。盡管 AKI 的起源、疾病進程和預后等方面，目前的研究已經有了較大的進展，但每年仍有大約 200 萬人死于 AKI 或其相關的并發癥[2-4]。這一不良預后的主要原因之一，是臨床工作中對 AKI 的診斷太晚，而早期診斷，從而早期介入，對于改善這一情況無疑是有效的。血清肌酐（serum creatinine，SCr）水平作為診斷腎臟損傷的金標準，在早期 AKI 的病程中并不會發生異常，只有在發生一半以上腎功能損失后才開始上升，其在 AKI 的診斷中敏感性和特異性都不能滿足目前臨床工作的需要。除此之外，它的血清濃度并不能區分結構腎損傷和功能血流動力學觸發引起的 AKI，且可以受多種因素的影響[13-14]因此，在過去的幾十年中，科研工作者們致力于發現和驗證新的 AKI 標志物，以期能找到評估 AKI 患者生理過程、病理過程以及治療后藥物反應等的特征性生物分子[15-16]。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL）、白細胞介素（interleukin，IL）-18、腎臟損傷分子 1（kidney injury molecule-1，KIM-1）和半胱氨酸蛋白酶抑制物 C（cystatin-C，Cys-C），是一些在臨床前試驗及臨床試驗中發現的針對腎臟損傷較為可信的新的標志物，是目前各臨床前及臨床研究的熱點。因此本文綜述了目前關于這些 AKI 新生標志物研究的文獻資料，評價它們在早期診斷和臨床預后預測中的作用和局限性，以期對臨床及進一步的科研工作有所幫助。
1 NGAL
NGAL 或稱為脂質運載蛋白 2，或噬鐵蛋白，屬于人類脂質運載蛋白家族，是一種普遍存在的免疫蛋白，參與多種生物過程，是迄今為止發現的較為可信的 AKI 預后預測因子之一[17]。NGAL 最初在正常人的中性粒細胞中被分離發現，在后續的研究中也被報道廣泛參與炎癥、膿毒血癥、缺血相關損傷、腎臟損傷、癌癥等多種病理過程，主要生物功能包括抑菌作用、抗凋亡作用和增強腎小管增殖作用，可能在 AKI 中參與腎臟保護[18]。在人體內，NGAL 主要以單個分子形式存在，在子宮、前列腺、唾液腺、肺、氣管、胃、結腸、腎[19]等多種組織中均有表達，但盡管如此，NGAL 被發現是在早期腎臟損傷后上調最為顯著的分子之一，提示可其作為腎小管結構損傷的早期標志物[20-21]。在正常的血清和尿液樣本中，NGAL 的含量很低，但在 AKI 發生后的遠端小管部分，其濃度迅速升高[22]。一系列的臨床前研究證實了 NGAL 在 AKI 發生后能夠迅速地在血液和尿液中升高，并且達到可測定的濃度，與 SCr 水平相比，其似乎更能有效地反映 AKI 的發生及進展情況[23-27]。這些動物研究引起了科學家的興趣，并提示 NGAL 作為 AKI 早期標志物的應用前景[28]。隨后，大量致力于評估 NGAL 作為 AKI 的非侵入性生物標志物的臨床研究被相繼報道。
Adiyanti 等[29]在一項橫斷面研究中證實，AKI 患者的尿液和血清中 NGAL 含量顯著增加，預示 SCr 水平升高。此外，Cruz 等[30]進行了 Meta 分析發現，無論臨床環境如何，尿液和血漿 NGAL 值都能較好地預測 AKI 的發生和嚴重程度。一些作者認為，尿液中 NGAL 水平是 AKI 在各種臨床條件下更為可靠、快速的預測指標，多中心隊列研究證實，在腹瀉相關溶血性尿毒癥患兒中，早期尿 NGAL 水平具有預測 AKI 的嚴重程度和透析需要的高敏感性，此外尿 NGAL 水平在肝膽手術術后 AKI 的早期診斷以及術后 6 個月的腎臟結果方面也很有用[31]。而在 Sanjeevani 等[32]發表的一項廣泛的多中心研究中發現，使用尿 NGAL 水平及其他腎臟生物標志物可以提高 AKI 的早期檢出率。而對于危重癥患者，一些臨床研究則證明了 NGAL 是相較于 SCr 更好的生物標志物，因為它能夠比后者提前 2 d 揭示 AKI 的發生及并發癥的情況[33-34]。需要指出的是，NGAL 在重癥膿毒癥患者中對 AKI 的診斷特異度稍低，在無 AKI 的膿毒癥患者中，血清及尿液 NGAL 的水平也會有所增加，針對這一現象的一種解釋是，在膿毒癥中，NGAL 不僅可以來自受損的腎臟，也可以從增多的白細胞及肝臟細胞中代謝而來。這一事實可能限制 NGAL 在膿毒癥患者中的診斷價值。Yilmaz 等[35]就發現在沒有 AKI 的尿路感染患兒中，NGAL 的水平也有升高。但總的來說 NGAL 對早期的 AKI 診斷和預后評估具有較高的臨床價值。
2 IL-18
IL-18 是一種促炎細胞因子，來自于 IL-1 家族，能夠調節先天性和適應性免疫反應[36]。該生物標志物的水平在許多內源性過程（如膿毒癥）中增加，其作用在許多腎臟病理情況中均有被研究，包括缺血-再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）、同種異體移植排斥、自身免疫調節情況和惡性腫瘤等[37]。除此之外，最近的研究也表明 IL-18 在 IRI 引起的 AKI 中可作為生物標志物。其水平在 IRI 后大約 6 h 增加，12 h 后達到峰值，約為正常水平的 25 倍[38]。在臨床前研究中已經發現，小鼠的 IRI AKI 模型中已經體現出 IL-18 作為早期 AKI 標記的可能性，在實驗中，IL-18 在近曲小管中產生，并在后續的尿液檢查可以較為容易地測出[39]。近期的臨床研究熱點集中于 IL-18 水平對 AKI 預測的診斷準確性上[40-42]，研究表明 IL-18 的濃度在 RIFLE 標準診斷的 AKI 前 24～48 h 就有所升高。例如，在重癥患兒群體中，一般認為尿 IL-18 水平可以預測 AKI 的發展，并與疾病嚴重程度相關。此外，在一項針對急性呼吸窘迫綜合征患者的橫斷面研究中，血清 IL-18 水平在 AKI 發生前被報道有顯著增高，而 CKD、尿路感染、腎病綜合征或腎前偶氮血癥患者的血清 IL-18 水平則正常[43]。Liu 等[44]發現，血清中 IL-18 水平的升高提示血液透析患者預后不良。而另一項研究則證明 IL-18 作為早期生物標志物在危重患者中預測 AKI、透析依賴或 90 d 病死率的能力較差[45]。這可能是因為目前 IL-18 作為 AKI 預后預測的閾值標準尚未確立。
3 KIM-1
KIM-1 是人類甲型肝炎病毒的膜受體。它有一個跨膜域和一個包含酪氨酸磷酸化的信號蛋白（KIM-1b）的胞內域，目前被認為參與了腎臟損傷及修復兩個過程[46]。Ichimura 等[47]發現在正常的成年大鼠腎臟中，KIM-1 的表達水平低到無法檢測，但在 IRI 或中毒性的 AKI 模型中，KIM-1 在上皮近端管狀細胞中表達顯著。他們檢測了順鉑介導的 AKI 模型中大鼠腎組織和尿 KIM-1 的表達，發現 KIM-1 是比 SCr 更有效的 AKI 標志物。近期的一些試驗已經證實 KIM-1 可以作為急性腎小管壞死重要的生物學標志物，其血、尿濃度與腎臟損傷程度或直接相關[48]。目前，已有快速、簡單、安全、準確的方法測量組織樣本、尿液或血液中的 KIM-1 濃度，而 KIM-1 本身也已經被美國食品藥物監督管理局批準作為 AKI 生物標志物用于臨床前藥物開發[49]。后續的一些臨床研究也表明，尿 KIM-1 可以區分不同類型急性腎小管壞死的患者和無 AKI 的患者，并預測不良的臨床結果，如透析依賴和死亡[50-51]，但其他研究也有顯示，在糖尿病腎病、局灶性腎小球硬化、膜增生性腎小球腎炎、IgA 腎病，甚至腎癌等多種腎臟疾病中，均有 KIM-1 表達增加的情況[52]。這可能提示 KIM-1 作為 AKI 的早期診斷及預后因子的特異度不夠。
4 Cys-C
Cys-C 是一種含有 120 個氨基酸殘基、相對分子質量為 13 ×103 的多肽鏈。它是由所有有核的細胞以恒定的速率產生的。同時，它被認為是半胱氨酸蛋白酶最重要的細胞外抑制劑之一[53]。Cys-C 可以在血清、血漿、毛細血管血液和尿液等樣本中進行測定，一般認為 Cys-C 作為腎小球濾過率的標志物相較于 SCr 更為優越，因其濃度不受患者肌肉質量、飲食、性生活及小管分泌情況等因素的影響[54]。臨床研究發現血清 Cys-C 是比 SCr 更為特異的預后預測因子，特別是在對高齡人群的預后情況預測中，更具特異性[55]。此外，在腎小管功能障礙患者中，尿 Cys-C 水平被發現升高[56]。而另一些研究則提供了 Cys-C 水平作為敗血癥和失血性休克患者 AKI 的早期標志物的相關證據[57-58]。而另一方面，一些作者的研究結果則不支持用 Cys-C 代替 SCr 水平來定義 AKI。他們認為，SCr 及 Cys-C 水平來定義 AKI 可能成為未來研究中對 AKI 的預測的最佳解決方案[59-60]。
5 總結
本文系統闡述了 AKI 新生生物標志物 NGAL、IL-18、KIM-1、Cys-C 等作為 AKI 標志物的研究進展。大量的動物和臨床研究都證實這些新生標志物對 AKI 診斷和預后評估可能具有較高的臨床價值，為早期診斷及進一步改善患者預后提供了可能。但需要指出的是，這些新生生物標志物大多仍處于臨床前評估階段，在臨床研究中對這些生物標志物的有效性進行進一步精確的評估、系統性測量以及評價標準的建立仍是非常必要的。為了獲得更強有力的證據支持，并使得這些 AKI 新生生物標志物在臨床上得到更為廣泛的應用，大量的實踐及更大樣本量的前瞻性研究仍需得到實施。我們也相信，未來的研究將會發掘更多有效新生生物標志物并付諸于臨床實踐中。