尽管目前为止的研究已经对急性肾损伤（acute kidney injure，AKI）的发病机制及治疗策略有了一定的探索，但 AKI 的死亡率仍居高不下，仍然是重症医疗单元中重要的死亡因素之一。早期甄别 AKI 患者，有助于展开更积极的治疗，改善患者的预后。血清肌酐水平作为诊断肾脏损伤的金标准，在早期 AKI 的诊断中敏感性和特异性都不能满足目前临床工作的需要。因此，在过去的几十年中，科研工作者们致力于发现和验证新的 AKI 标志物，包括中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白、白细胞介素-18、肾脏损伤分子-1、半胱氨酸蛋白酶抑制物 C 等，研究表明这些生物标志物可能是 AKI 发展和预后的可靠预测因子，对 AKI 的早期诊断和临床监测也具有重要的意义。该文将针对近年来这些新生 AKI 预后预测因子的主要研究及成果进行综述总结，评价其在早期诊断和临床预后预测中的作用和局限性，以期对临床及进一步的科研工作有所帮助。
引用本文： 陈懿, 夏子敬, 冯延欢, 付平. 重症医疗单元中急性肾损伤患者新生预后预测因子的研究进展. 华西医学, 2018, 33(7): 900-904. doi: 10.7507/1002-0179.201806123 复制
急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是重症医疗单元（Intensive Care Unit，ICU）中较为常见的并发症，其在患者住院期间的发生率为 10%～30%[1-3]，同时，AKI 是 ICU 中造成患者死亡的主要原因之一，相较于未发生 AKI 的患者，发生 AKI 的患者病死率为前者的 2～5 倍[4]。此外，一系列的临床研究也指出，AKI 在部分患者可能转化为慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD），并最终发展成为终末期肾脏疾病（end stage renal disease，ESRD）[5-9]。AKI 目前的治疗方式主要包括：一般治疗、药物治疗及肾脏替代治疗（renal replacement therapy，RRT）等，其中连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT）因其在理论上能够更加有利于维持患者的血流动力学稳定及内环境稳态，提高患者的生存率[10-12]，在临床上获得了广泛的应用。尽管 AKI 的起源、疾病进程和预后等方面，目前的研究已经有了较大的进展，但每年仍有大约 200 万人死于 AKI 或其相关的并发症[2-4]。这一不良预后的主要原因之一，是临床工作中对 AKI 的诊断太晚，而早期诊断，从而早期介入，对于改善这一情况无疑是有效的。血清肌酐（serum creatinine，SCr）水平作为诊断肾脏损伤的金标准，在早期 AKI 的病程中并不会发生异常，只有在发生一半以上肾功能损失后才开始上升，其在 AKI 的诊断中敏感性和特异性都不能满足目前临床工作的需要。除此之外，它的血清浓度并不能区分结构肾损伤和功能血流动力学触发引起的 AKI，且可以受多种因素的影响[13-14]因此，在过去的几十年中，科研工作者们致力于发现和验证新的 AKI 标志物，以期能找到评估 AKI 患者生理过程、病理过程以及治疗后药物反应等的特征性生物分子[15-16]。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL）、白细胞介素（interleukin，IL）-18、肾脏损伤分子 1（kidney injury molecule-1，KIM-1）和半胱氨酸蛋白酶抑制物 C（cystatin-C，Cys-C），是一些在临床前试验及临床试验中发现的针对肾脏损伤较为可信的新的标志物，是目前各临床前及临床研究的热点。因此本文综述了目前关于这些 AKI 新生标志物研究的文献资料，评价它们在早期诊断和临床预后预测中的作用和局限性，以期对临床及进一步的科研工作有所帮助。
1 NGAL
NGAL 或称为脂质运载蛋白 2，或噬铁蛋白，属于人类脂质运载蛋白家族，是一种普遍存在的免疫蛋白，参与多种生物过程，是迄今为止发现的较为可信的 AKI 预后预测因子之一[17]。NGAL 最初在正常人的中性粒细胞中被分离发现，在后续的研究中也被报道广泛参与炎症、脓毒血症、缺血相关损伤、肾脏损伤、癌症等多种病理过程，主要生物功能包括抑菌作用、抗凋亡作用和增强肾小管增殖作用，可能在 AKI 中参与肾脏保护[18]。在人体内，NGAL 主要以单个分子形式存在，在子宫、前列腺、唾液腺、肺、气管、胃、结肠、肾[19]等多种组织中均有表达，但尽管如此，NGAL 被发现是在早期肾脏损伤后上调最为显著的分子之一，提示可其作为肾小管结构损伤的早期标志物[20-21]。在正常的血清和尿液样本中，NGAL 的含量很低，但在 AKI 发生后的远端小管部分，其浓度迅速升高[22]。一系列的临床前研究证实了 NGAL 在 AKI 发生后能够迅速地在血液和尿液中升高，并且达到可测定的浓度，与 SCr 水平相比，其似乎更能有效地反映 AKI 的发生及进展情况[23-27]。这些动物研究引起了科学家的兴趣，并提示 NGAL 作为 AKI 早期标志物的应用前景[28]。随后，大量致力于评估 NGAL 作为 AKI 的非侵入性生物标志物的临床研究被相继报道。
Adiyanti 等[29]在一项横断面研究中证实，AKI 患者的尿液和血清中 NGAL 含量显著增加，预示 SCr 水平升高。此外，Cruz 等[30]进行了 Meta 分析发现，无论临床环境如何，尿液和血浆 NGAL 值都能较好地预测 AKI 的发生和严重程度。一些作者认为，尿液中 NGAL 水平是 AKI 在各种临床条件下更为可靠、快速的预测指标，多中心队列研究证实，在腹泻相关溶血性尿毒症患儿中，早期尿 NGAL 水平具有预测 AKI 的严重程度和透析需要的高敏感性，此外尿 NGAL 水平在肝胆手术术后 AKI 的早期诊断以及术后 6 个月的肾脏结果方面也很有用[31]。而在 Sanjeevani 等[32]发表的一项广泛的多中心研究中发现，使用尿 NGAL 水平及其他肾脏生物标志物可以提高 AKI 的早期检出率。而对于危重症患者，一些临床研究则证明了 NGAL 是相较于 SCr 更好的生物标志物，因为它能够比后者提前 2 d 揭示 AKI 的发生及并发症的情况[33-34]。需要指出的是，NGAL 在重症脓毒症患者中对 AKI 的诊断特异度稍低，在无 AKI 的脓毒症患者中，血清及尿液 NGAL 的水平也会有所增加，针对这一现象的一种解释是，在脓毒症中，NGAL 不仅可以来自受损的肾脏，也可以从增多的白细胞及肝脏细胞中代谢而来。这一事实可能限制 NGAL 在脓毒症患者中的诊断价值。Yilmaz 等[35]就发现在没有 AKI 的尿路感染患儿中，NGAL 的水平也有升高。但总的来说 NGAL 对早期的 AKI 诊断和预后评估具有较高的临床价值。
2 IL-18
IL-18 是一种促炎细胞因子，来自于 IL-1 家族，能够调节先天性和适应性免疫反应[36]。该生物标志物的水平在许多内源性过程（如脓毒症）中增加，其作用在许多肾脏病理情况中均有被研究，包括缺血-再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）、同种异体移植排斥、自身免疫调节情况和恶性肿瘤等[37]。除此之外，最近的研究也表明 IL-18 在 IRI 引起的 AKI 中可作为生物标志物。其水平在 IRI 后大约 6 h 增加，12 h 后达到峰值，约为正常水平的 25 倍[38]。在临床前研究中已经发现，小鼠的 IRI AKI 模型中已经体现出 IL-18 作为早期 AKI 标记的可能性，在实验中，IL-18 在近曲小管中产生，并在后续的尿液检查可以较为容易地测出[39]。近期的临床研究热点集中于 IL-18 水平对 AKI 预测的诊断准确性上[40-42]，研究表明 IL-18 的浓度在 RIFLE 标准诊断的 AKI 前 24～48 h 就有所升高。例如，在重症患儿群体中，一般认为尿 IL-18 水平可以预测 AKI 的发展，并与疾病严重程度相关。此外，在一项针对急性呼吸窘迫综合征患者的横断面研究中，血清 IL-18 水平在 AKI 发生前被报道有显著增高，而 CKD、尿路感染、肾病综合征或肾前偶氮血症患者的血清 IL-18 水平则正常[43]。Liu 等[44]发现，血清中 IL-18 水平的升高提示血液透析患者预后不良。而另一项研究则证明 IL-18 作为早期生物标志物在危重患者中预测 AKI、透析依赖或 90 d 病死率的能力较差[45]。这可能是因为目前 IL-18 作为 AKI 预后预测的阈值标准尚未确立。
3 KIM-1
KIM-1 是人类甲型肝炎病毒的膜受体。它有一个跨膜域和一个包含酪氨酸磷酸化的信号蛋白（KIM-1b）的胞内域，目前被认为参与了肾脏损伤及修复两个过程[46]。Ichimura 等[47]发现在正常的成年大鼠肾脏中，KIM-1 的表达水平低到无法检测，但在 IRI 或中毒性的 AKI 模型中，KIM-1 在上皮近端管状细胞中表达显著。他们检测了顺铂介导的 AKI 模型中大鼠肾组织和尿 KIM-1 的表达，发现 KIM-1 是比 SCr 更有效的 AKI 标志物。近期的一些试验已经证实 KIM-1 可以作为急性肾小管坏死重要的生物学标志物，其血、尿浓度与肾脏损伤程度或直接相关[48]。目前，已有快速、简单、安全、准确的方法测量组织样本、尿液或血液中的 KIM-1 浓度，而 KIM-1 本身也已经被美国食品药物监督管理局批准作为 AKI 生物标志物用于临床前药物开发[49]。后续的一些临床研究也表明，尿 KIM-1 可以区分不同类型急性肾小管坏死的患者和无 AKI 的患者，并预测不良的临床结果，如透析依赖和死亡[50-51]，但其他研究也有显示，在糖尿病肾病、局灶性肾小球硬化、膜增生性肾小球肾炎、IgA 肾病，甚至肾癌等多种肾脏疾病中，均有 KIM-1 表达增加的情况[52]。这可能提示 KIM-1 作为 AKI 的早期诊断及预后因子的特异度不够。
4 Cys-C
Cys-C 是一种含有 120 个氨基酸残基、相对分子质量为 13 ×103 的多肽链。它是由所有有核的细胞以恒定的速率产生的。同时，它被认为是半胱氨酸蛋白酶最重要的细胞外抑制剂之一[53]。Cys-C 可以在血清、血浆、毛细血管血液和尿液等样本中进行测定，一般认为 Cys-C 作为肾小球滤过率的标志物相较于 SCr 更为优越，因其浓度不受患者肌肉质量、饮食、性生活及小管分泌情况等因素的影响[54]。临床研究发现血清 Cys-C 是比 SCr 更为特异的预后预测因子，特别是在对高龄人群的预后情况预测中，更具特异性[55]。此外，在肾小管功能障碍患者中，尿 Cys-C 水平被发现升高[56]。而另一些研究则提供了 Cys-C 水平作为败血症和失血性休克患者 AKI 的早期标志物的相关证据[57-58]。而另一方面，一些作者的研究结果则不支持用 Cys-C 代替 SCr 水平来定义 AKI。他们认为，SCr 及 Cys-C 水平来定义 AKI 可能成为未来研究中对 AKI 的预测的最佳解决方案[59-60]。
5 总结
本文系统阐述了 AKI 新生生物标志物 NGAL、IL-18、KIM-1、Cys-C 等作为 AKI 标志物的研究进展。大量的动物和临床研究都证实这些新生标志物对 AKI 诊断和预后评估可能具有较高的临床价值，为早期诊断及进一步改善患者预后提供了可能。但需要指出的是，这些新生生物标志物大多仍处于临床前评估阶段，在临床研究中对这些生物标志物的有效性进行进一步精确的评估、系统性测量以及评价标准的建立仍是非常必要的。为了获得更强有力的证据支持，并使得这些 AKI 新生生物标志物在临床上得到更为广泛的应用，大量的实践及更大样本量的前瞻性研究仍需得到实施。我们也相信，未来的研究将会发掘更多有效新生生物标志物并付诸于临床实践中。
急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是重症医疗单元（Intensive Care Unit，ICU）中较为常见的并发症，其在患者住院期间的发生率为 10%～30%[1-3]，同时，AKI 是 ICU 中造成患者死亡的主要原因之一，相较于未发生 AKI 的患者，发生 AKI 的患者病死率为前者的 2～5 倍[4]。此外，一系列的临床研究也指出，AKI 在部分患者可能转化为慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD），并最终发展成为终末期肾脏疾病（end stage renal disease，ESRD）[5-9]。AKI 目前的治疗方式主要包括：一般治疗、药物治疗及肾脏替代治疗（renal replacement therapy，RRT）等，其中连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT）因其在理论上能够更加有利于维持患者的血流动力学稳定及内环境稳态，提高患者的生存率[10-12]，在临床上获得了广泛的应用。尽管 AKI 的起源、疾病进程和预后等方面，目前的研究已经有了较大的进展，但每年仍有大约 200 万人死于 AKI 或其相关的并发症[2-4]。这一不良预后的主要原因之一，是临床工作中对 AKI 的诊断太晚，而早期诊断，从而早期介入，对于改善这一情况无疑是有效的。血清肌酐（serum creatinine，SCr）水平作为诊断肾脏损伤的金标准，在早期 AKI 的病程中并不会发生异常，只有在发生一半以上肾功能损失后才开始上升，其在 AKI 的诊断中敏感性和特异性都不能满足目前临床工作的需要。除此之外，它的血清浓度并不能区分结构肾损伤和功能血流动力学触发引起的 AKI，且可以受多种因素的影响[13-14]因此，在过去的几十年中，科研工作者们致力于发现和验证新的 AKI 标志物，以期能找到评估 AKI 患者生理过程、病理过程以及治疗后药物反应等的特征性生物分子[15-16]。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL）、白细胞介素（interleukin，IL）-18、肾脏损伤分子 1（kidney injury molecule-1，KIM-1）和半胱氨酸蛋白酶抑制物 C（cystatin-C，Cys-C），是一些在临床前试验及临床试验中发现的针对肾脏损伤较为可信的新的标志物，是目前各临床前及临床研究的热点。因此本文综述了目前关于这些 AKI 新生标志物研究的文献资料，评价它们在早期诊断和临床预后预测中的作用和局限性，以期对临床及进一步的科研工作有所帮助。
1 NGAL
NGAL 或称为脂质运载蛋白 2，或噬铁蛋白，属于人类脂质运载蛋白家族，是一种普遍存在的免疫蛋白，参与多种生物过程，是迄今为止发现的较为可信的 AKI 预后预测因子之一[17]。NGAL 最初在正常人的中性粒细胞中被分离发现，在后续的研究中也被报道广泛参与炎症、脓毒血症、缺血相关损伤、肾脏损伤、癌症等多种病理过程，主要生物功能包括抑菌作用、抗凋亡作用和增强肾小管增殖作用，可能在 AKI 中参与肾脏保护[18]。在人体内，NGAL 主要以单个分子形式存在，在子宫、前列腺、唾液腺、肺、气管、胃、结肠、肾[19]等多种组织中均有表达，但尽管如此，NGAL 被发现是在早期肾脏损伤后上调最为显著的分子之一，提示可其作为肾小管结构损伤的早期标志物[20-21]。在正常的血清和尿液样本中，NGAL 的含量很低，但在 AKI 发生后的远端小管部分，其浓度迅速升高[22]。一系列的临床前研究证实了 NGAL 在 AKI 发生后能够迅速地在血液和尿液中升高，并且达到可测定的浓度，与 SCr 水平相比，其似乎更能有效地反映 AKI 的发生及进展情况[23-27]。这些动物研究引起了科学家的兴趣，并提示 NGAL 作为 AKI 早期标志物的应用前景[28]。随后，大量致力于评估 NGAL 作为 AKI 的非侵入性生物标志物的临床研究被相继报道。
Adiyanti 等[29]在一项横断面研究中证实，AKI 患者的尿液和血清中 NGAL 含量显著增加，预示 SCr 水平升高。此外，Cruz 等[30]进行了 Meta 分析发现，无论临床环境如何，尿液和血浆 NGAL 值都能较好地预测 AKI 的发生和严重程度。一些作者认为，尿液中 NGAL 水平是 AKI 在各种临床条件下更为可靠、快速的预测指标，多中心队列研究证实，在腹泻相关溶血性尿毒症患儿中，早期尿 NGAL 水平具有预测 AKI 的严重程度和透析需要的高敏感性，此外尿 NGAL 水平在肝胆手术术后 AKI 的早期诊断以及术后 6 个月的肾脏结果方面也很有用[31]。而在 Sanjeevani 等[32]发表的一项广泛的多中心研究中发现，使用尿 NGAL 水平及其他肾脏生物标志物可以提高 AKI 的早期检出率。而对于危重症患者，一些临床研究则证明了 NGAL 是相较于 SCr 更好的生物标志物，因为它能够比后者提前 2 d 揭示 AKI 的发生及并发症的情况[33-34]。需要指出的是，NGAL 在重症脓毒症患者中对 AKI 的诊断特异度稍低，在无 AKI 的脓毒症患者中，血清及尿液 NGAL 的水平也会有所增加，针对这一现象的一种解释是，在脓毒症中，NGAL 不仅可以来自受损的肾脏，也可以从增多的白细胞及肝脏细胞中代谢而来。这一事实可能限制 NGAL 在脓毒症患者中的诊断价值。Yilmaz 等[35]就发现在没有 AKI 的尿路感染患儿中，NGAL 的水平也有升高。但总的来说 NGAL 对早期的 AKI 诊断和预后评估具有较高的临床价值。
2 IL-18
IL-18 是一种促炎细胞因子，来自于 IL-1 家族，能够调节先天性和适应性免疫反应[36]。该生物标志物的水平在许多内源性过程（如脓毒症）中增加，其作用在许多肾脏病理情况中均有被研究，包括缺血-再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）、同种异体移植排斥、自身免疫调节情况和恶性肿瘤等[37]。除此之外，最近的研究也表明 IL-18 在 IRI 引起的 AKI 中可作为生物标志物。其水平在 IRI 后大约 6 h 增加，12 h 后达到峰值，约为正常水平的 25 倍[38]。在临床前研究中已经发现，小鼠的 IRI AKI 模型中已经体现出 IL-18 作为早期 AKI 标记的可能性，在实验中，IL-18 在近曲小管中产生，并在后续的尿液检查可以较为容易地测出[39]。近期的临床研究热点集中于 IL-18 水平对 AKI 预测的诊断准确性上[40-42]，研究表明 IL-18 的浓度在 RIFLE 标准诊断的 AKI 前 24～48 h 就有所升高。例如，在重症患儿群体中，一般认为尿 IL-18 水平可以预测 AKI 的发展，并与疾病严重程度相关。此外，在一项针对急性呼吸窘迫综合征患者的横断面研究中，血清 IL-18 水平在 AKI 发生前被报道有显著增高，而 CKD、尿路感染、肾病综合征或肾前偶氮血症患者的血清 IL-18 水平则正常[43]。Liu 等[44]发现，血清中 IL-18 水平的升高提示血液透析患者预后不良。而另一项研究则证明 IL-18 作为早期生物标志物在危重患者中预测 AKI、透析依赖或 90 d 病死率的能力较差[45]。这可能是因为目前 IL-18 作为 AKI 预后预测的阈值标准尚未确立。
3 KIM-1
KIM-1 是人类甲型肝炎病毒的膜受体。它有一个跨膜域和一个包含酪氨酸磷酸化的信号蛋白（KIM-1b）的胞内域，目前被认为参与了肾脏损伤及修复两个过程[46]。Ichimura 等[47]发现在正常的成年大鼠肾脏中，KIM-1 的表达水平低到无法检测，但在 IRI 或中毒性的 AKI 模型中，KIM-1 在上皮近端管状细胞中表达显著。他们检测了顺铂介导的 AKI 模型中大鼠肾组织和尿 KIM-1 的表达，发现 KIM-1 是比 SCr 更有效的 AKI 标志物。近期的一些试验已经证实 KIM-1 可以作为急性肾小管坏死重要的生物学标志物，其血、尿浓度与肾脏损伤程度或直接相关[48]。目前，已有快速、简单、安全、准确的方法测量组织样本、尿液或血液中的 KIM-1 浓度，而 KIM-1 本身也已经被美国食品药物监督管理局批准作为 AKI 生物标志物用于临床前药物开发[49]。后续的一些临床研究也表明，尿 KIM-1 可以区分不同类型急性肾小管坏死的患者和无 AKI 的患者，并预测不良的临床结果，如透析依赖和死亡[50-51]，但其他研究也有显示，在糖尿病肾病、局灶性肾小球硬化、膜增生性肾小球肾炎、IgA 肾病，甚至肾癌等多种肾脏疾病中，均有 KIM-1 表达增加的情况[52]。这可能提示 KIM-1 作为 AKI 的早期诊断及预后因子的特异度不够。
4 Cys-C
Cys-C 是一种含有 120 个氨基酸残基、相对分子质量为 13 ×103 的多肽链。它是由所有有核的细胞以恒定的速率产生的。同时，它被认为是半胱氨酸蛋白酶最重要的细胞外抑制剂之一[53]。Cys-C 可以在血清、血浆、毛细血管血液和尿液等样本中进行测定，一般认为 Cys-C 作为肾小球滤过率的标志物相较于 SCr 更为优越，因其浓度不受患者肌肉质量、饮食、性生活及小管分泌情况等因素的影响[54]。临床研究发现血清 Cys-C 是比 SCr 更为特异的预后预测因子，特别是在对高龄人群的预后情况预测中，更具特异性[55]。此外，在肾小管功能障碍患者中，尿 Cys-C 水平被发现升高[56]。而另一些研究则提供了 Cys-C 水平作为败血症和失血性休克患者 AKI 的早期标志物的相关证据[57-58]。而另一方面，一些作者的研究结果则不支持用 Cys-C 代替 SCr 水平来定义 AKI。他们认为，SCr 及 Cys-C 水平来定义 AKI 可能成为未来研究中对 AKI 的预测的最佳解决方案[59-60]。
5 总结
本文系统阐述了 AKI 新生生物标志物 NGAL、IL-18、KIM-1、Cys-C 等作为 AKI 标志物的研究进展。大量的动物和临床研究都证实这些新生标志物对 AKI 诊断和预后评估可能具有较高的临床价值，为早期诊断及进一步改善患者预后提供了可能。但需要指出的是，这些新生生物标志物大多仍处于临床前评估阶段，在临床研究中对这些生物标志物的有效性进行进一步精确的评估、系统性测量以及评价标准的建立仍是非常必要的。为了获得更强有力的证据支持，并使得这些 AKI 新生生物标志物在临床上得到更为广泛的应用，大量的实践及更大样本量的前瞻性研究仍需得到实施。我们也相信，未来的研究将会发掘更多有效新生生物标志物并付诸于临床实践中。