体外循环术后急性肾损害早期诊断生物标志物的研究进展

摘要：急性肾损害（AKI）是体外循环（CPB）后的严重并发症之一，由于CPB术后AKI（CPB-AKI）诊断标准的不统一及确诊的延迟，其临床预后较差。因此，针对CPB术后AKI的防治工作便显得尤为重要，本文就CPB-AKI的生物标志物相关研究进展综述如下，旨在为体外循环术后肾损害早期诊断的相关研究提供参考。

关键词：体外循环术后肾损害；急性肾损害；早期诊断；生物标志物

急性肾损害（AKI）是体外循环（CPB）后的严重并发症之一，但既往缺乏统一的AKI诊断标准，不同研究报道的AKI发病率也相差甚远。虽然肾功能不全在CPB术后发生率不是很高，但患者一旦进入肾功能衰竭并需要血液透析治疗时，病死率就成倍上升至60%～80%；即使部分肾功能不全患者不需要血液透析治疗，这部分患者仍有高达30%的病死率[1]。近年来，研究发现心脏术后急性肾损害不仅可以引起短期死亡率的显著升高[2]，还会增加慢性肾脏病发病风险，显著影响患者的远期生存率[3]。由于AKI的早期诊断较为困难及诊断标准的不统一，使治疗效果与临床预后较差.因此本文对AKI的生物标志物进行综述，旨在为CPB术后AKI的早期诊断做参考。

1 体外循环术后急性肾损害（CPB-AKI）的诊断现状

体外循环术后急性肾损害（CPB-AKI）是一种CPB后突发的（48h内）、持续性的肾功能不全，具体表现为肾小球率过滤的降低。但介于既往缺乏统一的AKI诊断标准，文献报道的CPB-AKI的发病率介于0.3%～29.7%之间，而术后肾衰竭（ARF），需要行透析治疗的患者发病率为1.2～3.0%。2004年，急性透析质量倡议小组（ADQI）制订了ARF的RIFLE分级诊断标准[15]，依据血肌酐、肾小球滤过率（GFR）和尿量的变化对急性肾衰竭的诊断、监测、分期分级进行了细致的描述，被学界所广泛接受。随后在2005年，AKI网络（Acute Kidney Injury Network AKIN）在对于AKI的诊断，在RIFLE的基础上进行了进一步的修订，为目前最常用AKI诊断标准。AKIN将AKI定义为：48h内血清肌酐（Scr）上升≥26.4μmoL/L或较基础值（术前最低Scr值）增幅≥50%和（或）尿量

2 体外循环术后肾功能的监测

2.1中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL） NGAL是一种小分子量分泌性蛋白，属于lipocalin蛋白家族，在细胞内铁离子的转运、炎性反应、肿瘤的转移中发挥重要的作用。其最早被Mishra等发现在小鼠肾脏缺血模型中，NGAL基因早期即有存在表达；对CPB围手术期儿童尿液、血液标本进行检测，通过比较发现，NGAL在CPB 2h后，无论是血液、尿液中都有显著升高，并且通过多变量分析显示，CPB 2h后尿液中NGAL总量，是最有力的独立预测AKI因子。相较于传统的血清学指标血清肌酐，NGAL在对AKI的预测效能要强的多。近年来有研究指出，AKI时NGAL的增高比出现诊断性肌酐增高要早24～72h，同时该研究通过Meta分析进一步指出：血清、尿NGAL对CPB-AKI的早期诊断ROC曲线下面积为0.78。此外，术后12h血清NGAL水平跟平均住院时间、死亡率还有很强的关联[5]。尽管NGAL拥有以上种种优势，但在不同文献[6]报道的AKI诊断过程中的差异性表现尚缺乏充分解释，这使得NGAL在临床广泛应用，还有很长的路要走。

2.2肾损伤分子-1（Human kidney injury molecule-1，KIM-1） KIM-1是近年来研究发现的位于近端肾小管上皮细胞的跨膜蛋白质。在正常人的肾脏和尿液中，KIM-1的基因、蛋白表达不可被测得，而对急性肾小管坏死的患者进行尿液检测发现，尿KIM-1能在镜下发现任何管型之前被检出，且可持续到恢复阶段；糖尿病性肾病和系统性红斑狼疮肾病患者的尿KIM-1水平即使在出现明显尿蛋白之后也不增高；因此，尿KIM-1还可用于AFR的病因学诊断，使有效治疗能早期实施。已有动物试验证实，在缺血性和中毒性肾损伤时，近曲小管上皮细胞的KIM-1表达早期即急剧升高，其增高水平与肾小管损伤程度密切相关，是一种敏感性和特异性都较高的早期诊断肾损伤的标志物。目前已有报道国外学者将KIM-1应用于经皮冠状动脉介入治疗术后的肾前性肾损害的早期诊断[7]。相较于NGAL，KIM-1在健康人体不表达、定位准确以及分子结构稳定，不易受尿液中理化因素的影响等为其作为理想的肾损害生物标志物更添优势[8]。

2.3 尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶 （N-acetyl-b-D-glucosaminidase NAG） NAG是一种主要被发现在近端小管上皮细胞中高相对分子质量的溶酶体酶。尿NAG活性增高常提示肾小管细胞损伤，同时尿NAG也可被作为衡量肾小管上皮细胞功能的生物标志物。在正常情况下，NAG不能通过肾小球滤过膜，但在肾病活动期尿NAG可持续性增高；除此之外非细胞性损伤的溶酶体活性增高也能导致尿NAG增高。在AKI致尿NAG排泌增多的报道中，病因主要考虑以下三点：药物毒副作用、心血管术后以及肾移植术后，然而研究发现慢性肾小球疾病如糖尿病肾病也可导致尿NAG的增高，其特异性相对不佳，真正临床使用价值仍然有限。近年来，国内、外专家针对NAG的应用展开大量临床实验，1999年小范围临床研究发现CPB术后ARF组与未并发ARF组患者尿液中NAG含量虽有差异，但并不具有统计学意义，值得注意的是，Hama择的病例数只有22例，其样本量的欠缺是否导致错误结论尚值得探讨。国内孙龙报道利用NAG动态观察体外循环与非体外循环下患者搭桥术后肾功能的改变，发现术后第3d、第5d差异具有显著性，同时认为NAG可以作为CPB后观察肾功能的指标。2009年Liangos等[9]同时对CPB围手术期多个肾损伤指标进行比较，认为NAG在早期诊断AKI的敏感性上有欠缺。

2.4白细胞介素 18 （Interleukin-18，IL-18） IL-18是白细胞介素1家族的成员之一，是一种功能强大的前炎症细胞因子，其以前体形式表达于单核巨噬细胞、未成熟树突状细胞、T、B淋巴细胞等表面。在正常人类肾脏的肾小管上皮细胞是IL-18的重要来源，具体定位于远曲小管远端、连接小管、集合管。在动物模型中，已经证实IL-18与AKI的进展密切关联[10]，这预示着IL-18可能成为诊断AKI新的标志物，近年来已有多项研究验证其在临床方面的应用的可能：Endre等对入ICU的成年患者研究发现，经过尿肌酐浓度校正的IL-18对入ICU后48h内发生AKI患者的预测效能为AUC=0.55 （CI 0.47-0.62）[11]。Metzger等在针对早期AKI诊断的准确率方面研究，通过比较传统肾功标志物跟尿蛋白组学分析，发现IL-18的ROC曲线下面积仅为0.57，然而Siew等[12]的大样本（n =451）研究报道指出，IL-18对入ICU后24h内发生AKI患者的预测效能为AUC=0.62 （CI 0.54-0.69）。Liangos等通过多因素回归分析，显示IL-18在CPB术后2h上升2倍者，出现AKI的概率为对照组1.38倍（P=0.04），此时最佳的预测效能为AUC=0.66 （CI 0.49-0.83）。

2.5肝脏型脂肪酸结合蛋白 （Liver fatty acid binding protein，L-FABP） L-FABP属于脂肪酸结合蛋白家族，是一种分子量为14400 Mr 细胞质蛋白，正常生理条件下，各脂肪酸代谢旺盛的组织表达L-FABP，经肾小球过滤后在近曲小管被重吸收[13]。肾脏疾病状态下，小管间质性损害可减少近曲小管L-FABP的重吸收，导致尿中L-FABP升高[14]。Portilla等[15]对儿童心脏手术的前瞻性研究报道，AKI患者的尿L-FABP明显升高，并且尿L-FABP在心脏手术后的4h出现高峰，其中，需要注意L-FABP也在肝脏大量的表达，尿L-FABP可能会受到血 L-FABP的影响；但是在CPB术后的AKI的病例研究中发现，既有急性肝损伤又有AKI的一组患者，其血L-FABP水平是在术后12h出现高峰，而尿L-FABP在术后4h出现高峰，12h开始下降，由此可以推断尿L-FABP是由于近端肾小管分泌的，而不是来源于血清L-FABP的滤过。同时多项研究也提示[16-17]，尿L-FABP在多种病因导致的AKI早期即会短时间内显著增高，如急性肾小管坏死、脓毒血症、对比剂肾病、肾毒性物质接触、心脏大血管术后等。这些都证明尿L-FABP在多种类型的AKI早期评价中具有重要价值，尤其是作为近端小管损伤的敏感标记物。

3 结语

随着医学的发展，心脏病体外循环术日臻成熟，其并发症发生率明显降低，但急性肾损伤仍然是其术后较严重并发症之一，尚缺乏有效的治疗措施；因此，早期发现急性肾损害的意义重大，目前临床上诊断AKI主要依靠术后血清肌酐的变化，但是血清肌酐变化易受性别、年龄、进食、肌肉含量及药物等因素影响，特异度和敏感度均较低，通常在肾功能受损后数日才有明显升高，用作外循环术后AKI的早期诊断有一定局限性，会明显延误AKI的诊断。本文介绍的5种生物标志物灵敏度高、检测取材简便、快速，相较于肌酐在某些方面有着巨大优势，但是目前的研究尚处于初级阶段，这些新发现的AKI早期诊断生物学指标是否能够应用于临床，还需要进一步的大样本多中心的临床试验验证。

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