脓毒症急性肾损伤生物标记物进展

Progression of Biomarkers of Acute Kidney Injury in Sepsis

摘要: 脓毒症是一种复杂的临床综合征，其特征是对感染性损伤的全身炎症反应。这一过程往往导致广泛的组织损伤和多器官功能障碍。特别是急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)的发生是最常见的并发症之一，它增加了治疗的复杂性和费用，是死亡的一个独立危险因素。脓毒症引起的AKI的高死亡率令人无法接受，部分原因是对其诊断延误。这篇综述的目的是关注脓毒症引起的AKI的相关的潜在诊断和预后标志物。

Abstract: Sepsis is a complex clinical syndrome characterized by a systemic inflammatory response to infec-tious injury. This process often leads to extensive tissue damage and multi-organ dysfunction. In particular, the occurrence of acute kidney injury (AKI) is one of the most common complications, which increases the complexity and cost of treatment and is an independent risk factor for death. The high mortality rate of AKI due to sepsis is unacceptable, in part due to delays in its diagnosis. The aim of this review was to focus on potential diagnostic and prognostic markers related to AKI due to sepsis.

1. 引言

脓毒症(sepsis)是急性肾损伤(Acute Kidney Injury, AKI)最常见的致病因素，在重症监护病房(ICU)的AKI病例中，脓毒症占近50%，根据最新的基于血清肌酐(Serum Creatinine, SCr)和尿量的临床肾病改善全球结局(KDIGO)标准。先前的一项为期10年的队列研究包括来自20多个ICU的90,000多名患者，表明AKI发病率每年增加2.8% [1] 。在脓毒症条件下肌酐的产生会减少，而脓毒症患者的液体过载进一步延迟了SCr的增加 [2] 。此外，尿量的测量受到尿液收集的限制，以及在急性复杂环境中尿出入量可变性较大 [3] 。因此对新的生物标志物的寻找，可以帮助比估计SCr、尿量和肾小球滤过率(Estimated Glomerular Filtration Rate, eGFR)更早、更敏感地诊断脓毒症急性肾损伤(Sepsis Acute Kidney Injury, S-AKI)。

2. α-1微球蛋白(α-1 Microglobulin, α-1m)

α-1m是一种低分子量蛋白，在肝脏中合成，由肾小球自由过滤，并被肾近端小管细胞重新吸收、分解代谢。发表于国外的一篇关于新生儿，结果提示AKI组和非AKI组的尿α-1m有明显差异，肾损伤的程度与尿α-1m成正相关 [4] 。在我国报道中尿α-1m对预测脓毒症发生急性肾损伤存在早期预测价值，比血肌酐特异性及敏感性更好 [5] 。有报道评估了尿液中α-1m浓度作为S-AKI早期诊断的生物标志物在ICU危重患者中的应用。他们发现，在所有脓毒症患者中，α-1m水平升高，在最终发展为S-AKI的患者中，α-1m水平进行性增加 [6] 。

3. 降钙素原(Procalcitonin, PCT)

PCT是一种13 kDa的蛋白，1993年首次被认为是细菌感染中升高的标志物。在感染情况下，PCT从肺、肝、肾、胰、脾、结肠和脂肪组织等许多组织中释放出来。目前，PCT被认为是诊断脓毒症或严重脓毒症的合适标志物之一。此外，有报道称，肾功能是PCT水平的主要决定因素，因此应根据肾功能受损情况采用不同的阈值 [7] 。关于PCT与AKI关系的研究较少。Nakamura等人的这项研究旨在阐明根据AKI严重程度使用PCT水平诊断脓毒症的准确性，研究结论提示AKI患者的PCT水平的诊断准确性明显低于非AKI患者，PCT与SCr呈显著正相关，PCT与eGFR呈负相关 [6] 。Kayeong Chun研究诊断本研究提示AKI患者的PCT值高于非AKI患者，因此，这些结果提示肾脏是从血液中清除PCT的负责器官之一 [8] 。

4. 乳酸(lactate, Lac)

Lac作为糖代谢需氧代谢的之间产物，在氧合障碍而无法进行三羧酸循环时可明显增高，脓毒症时组织低灌注可造成Lac大量堆积，并发AKI后，由于肾脏组织的灌注不良导致细胞缺氧进一步加强，血乳酸水平也进一步上升，一项ICU病房中，共纳入655例脓毒症患者，其中330例(50.4%)发生AKI，325例(49.6%)未发生。随着Lac水平的升高，S-AKI的发病率逐渐升高。与非AKI组相比，AKI组的Lac水平显著升高。在调整性别(男性)、感染部位(腹腔)、血管活性药物、基础机械通气、平均动脉压、基础肾功能不全、尿酸、PCT、血小板计数、基础SCr和基础eGFR等因素后，多因素Logistic回归分析显示，Lac升高是脓毒症相关AKI的独立危险因素[比值比] (OR = 1.096，95%置信区间(95%CI)为1.022~1.175，P = 0.010)。ROC曲线分析显示，Lac预测脓毒症相关AKI发病率的ROC曲线下面积(AUC)为0.653 (95%CI为0.611~0.694)，临界值为2.75 mmol/L (敏感性为57.8%，特异性为69.2%)。当Lac ≥ 2.75 mmol/L时，脓毒症相关AKI的风险比<2.772 mmol/L的风险高2.75倍(OR = 2.772，95%CI为1.754~4.380，P < 0.001)。结论Lac水平升高是S-AKI发病率的独立危险因素 [9] 。Lac在S-AKI发展是良好的预测指标但仍需要更多的临床研究。

5. 红细胞分布宽度(Red Blood Cell Distribution Width, RDW)

RDW代表所有循环红细胞的大小和形式的变异性。其计算方法是红细胞体积的标准差除以平均红细胞体积。RDW是诊断不同原因性贫血的常用实验室参数。RDW升高被认为与炎症过程和氧化应激增加有关，导致红细胞成熟受到抑制和大量早产红细胞的释放最近的研究调查了RDW在脓毒症合并脓毒性休克患者预后分层中的临床应用，并证明高RDW与脓毒症患者的死亡风险增加有关 [10] 。目前关于RDW对S-AKI的预测及预后的预测价值尚无明确的结论。Marina Larissa研究证明：作为选择性危险因素，RDW与S-AKI独立相关。因此，红细胞分布宽度是脓毒症诱发的急性肾损伤入院的预测因素 [11] 。我国的一些实验证明：入院后7个24 h ΔRDW ≥ 1.30%组患者的AKI发生率较ΔRDW < 1.30%组升高，差别有统计学意义(P < 0.05)。ΔRDW > 1.45%对于预测S-AKI有较好的临床价值 [12] 。由于没有统一结论，还需更多的临床实验来证明。

6. 中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白(Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalcin, NGAL)

NGAL属于脂蛋白类，它构成了一类参与小分子运输的可溶性因子。它是S-AKI中最常用的生物标志物，在研究其他蛋白时常被用作对照分子。在人类中发现了不同形式的NGAL：其一是25 kDa的单体，其二是45 kDa的二聚体，其三是135 kDa的异源二聚体，它们与明胶酶共价偶联。在AKI的发展过程中，血清和尿液中的NGAL水平均明显升高。血清NGAL是由促炎细胞因子介导肝细胞的主要来源。相比之下，部分尿NGAL来源于经肾小球过滤的血清NGAL，部分尿NGAL在损伤后被肾小管上皮细胞释放 [13] [14] 。ICU入院12小时内高血浆NGAL水平可在标准诊断前48小时诊断AKI [15] 。通常，NGAL在包括肾脏在内的不同人体组织中表现低表达，并存在于中性粒细胞的次级颗粒中。在细菌感染后，中性粒细胞被激活并释放NGAL，这种释放是由上皮损伤强烈诱导的。一项研究表明，尿NGAL浓度与肾脏感染的严重程度相对应，可用于早期预测与S-AKI [16] 。

7. 髓系细胞上表达的可溶性触发受体1 (Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells-1, TREM-1)

TREM-1是一种30 kDa的糖蛋白，属于中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞上髓细胞成熟后期表达的免疫球蛋白超家族 [17] 。有文章提出TREM-1通过介导脂多糖(Lipopolysaccharides, LPS)干预增加肾小管细胞的凋亡并减少自噬。细胞凋亡与自噬失衡是脓毒症急性肾损伤的核心机制之一，阻断TREM-1导致细胞凋亡减少和自噬增加，这可能是由于NF-κB通路调节引起的炎症损伤增加所致。TREM-1受体可能通过与配体的相互作用间接影响线粒体，从而增强炎症，或通过信号转导途径直接影响线粒体 [18] 。在临床上如脓毒症、脓毒症关节炎、腹膜炎、肺炎、脑膜炎、宫腔感染等情况下大量释放。血清和尿sTREM-1可作为脓毒症AKI严重程度的指标 [19] 。sTREM与AKI和全身炎症相关，在非AKI脓毒症患者中，观察到血浆和尿液浓度的轻微变化，而脓毒症AKI患者显示了的显著改变 [20] 。TREM-1可能是干预肾功能损伤的关键靶点，但未来还需要进一步的工作。

8. 白介素-18 (Interleukin-18, IL-18)

促炎细胞因子IL-18在近端肾小管上皮细胞中产生，以促进干扰素的合成，来应对肾损伤。尿IL-18是AKI的潜在早期标志物，特别是急性肾小管坏死(acute tubular mecrosis, ATN)，在肾功能显著下降之前分泌。一项招募多种类型肾脏疾病患者的研究表明，这些个体的IL-18水平显著升高，IL-18是ATN的敏感和特异性标志物，表明它可能是ATN受试者近端肾小管损伤的标志物。作者还描述了IL-18和AKI之间的关联，因为在发生AKI的急性呼吸衰竭/急性呼吸窘迫综合征患者中，IL-18水平在SCr增加之前显着升高，并且IL-18是与机械通气相关的死亡的良好预测指标 [21] 。

9. 肝型脂肪酸结合蛋白(Liver Fatty Acid Binding Protein, L-FABP)

L-FABP是一种属于脂蛋白蛋白家族的14 kDa蛋白，促进游离脂肪酸在细胞质上的结合，并将其运输到线粒体和过氧化物酶体进行代谢 [22] 。它是一种很有前途的肾小管间质损伤的生物标志物，因为缺氧引起的肾小管损伤可以增强其合成。它在肾脏近端小管的上皮细胞中表达。一项病例对照研究纳入了27名接受体外循环手术的儿科患者，实验证明：在AKI组中，SCr水平在48小时达到峰值，而uL-FABP在CPB后6小时显着增加；CPB后6小时L-FABP水平与AKI的发病显著相关 [21] 。基于化学发光免疫的L-FABP测定具有出色的分析灵敏度对预测和诊断性能的评估表明，较高浓度的L-FABP表明AKI发生和疾病进展的风险较高 [23] 。这些发现表明，L-FABP是早期检测AKI的有用生物标志物，因为它比SCr增加数小时早，尽管它在SCr增加前的许多小时的早期阶段检测到AKI，但有关其作为脓毒性AKI的生物标志物的报道是有限的。

10. 骨桥蛋白(Osteopomtin, OPN)

OPN是一种与炎症反应有关的细胞外基质蛋白。OPN循环水平不仅被证明在脓毒症中有增强，而且在全身炎症反应综合征和脓毒症休克中也有增强。它们还与脓毒症患者和动物模型中更高的死亡率有关。它有可能作为S-AKI的生物标志物 [24] 。在一些儿童数据中观察到无AKI的儿童与AKI儿童相比，只有uOPN和uNGAL的最大浓度较高，这些标记物的联合使用将AKI预测中的AUROC提高了90%，与生存组的儿童相比，死亡组的儿童中只有hKIM-1和uOPN的最大浓度较高。uNGAL和uOPN的联合使用将预测死亡率的AUROC提高至83% [25] 。在一些实验中发现OPN是需要肾脏替代治疗的AKI患者损伤严重程度的宝贵标志物，其与脓毒症和肾脏恢复有关联 [26] 。

11. 抗凝血酶III (Antithrombin III, AT-3)

AT-3是人体内天然抗凝蛋白，隶属于丝氨酸蛋白酶抑制物家族成员，多项研究表明，炎症因子与肾脏氧合，代谢，炎症和功能之间存在关联，这些因子促进白细胞聚集，可能导致肾脏炎症，ATIII丝氨酸蛋白酶抑制剂不仅代表体内主要的凝血因子抑制剂，而且还表现出许多临床抗炎特性，包括弥散性血管内凝血和脓毒症，有研究表明ATIII对AKI的预测因子[曲线下面积(AUC) − 接受操纵者特征(ROC) = 0.729；灵敏度0.700；特异性为0.714]。ATIII (AUC-ROC = 0.681；灵敏度，0.802；特异性，0.542)在预测生存率方面的准确性处于中等水平。然而，ATIII血清水平能够准确预测入院ICU的老年脓毒症患者的AKI的发生 [27] 。Yun Xie等人发表了基于抗凝血酶III的脓毒症急性肾损伤预测模型提示ATIII的降低与败血症患者的预后密切相关。降低ATIII是S-AKI的独立危险因素，也是脓毒症患者死亡率的独立危险因素。降低ATIII可以预测S-AKI。低ATIII可预测不良预后 [28] 。

12. 结论及未来展望

尽管在医疗设施方面取得了重大进展，但仍然以肌酐为标准，这项研究强调了关于可用于诊断脓毒症介导的AKI的生物标志物的发现，早期诊断脓毒症急性肾损伤，以避免多器官衰竭和其他不良后果。因此，引入新的血清和尿路生物标记物可以在理论上更早诊断和更好地预后，以期在未来十年增加我们对脓毒症急性肾损伤的提前认知。

NOTES

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^*通讯作者。