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【摘要】 急性肾损伤是临床常见疾病，其病因众多，常见于各种原因的液体丢失和出血，肾内血流动力学改变（如肾前小动脉收缩或肾后小动脉扩张）所致的肾血流灌注减少，以及肾缺血和肾毒性药物或毒素导致的肾小管坏死等等。而轻度的肾功能减退即可导致并发症发病率及总体死亡率升高。所以急性肾损伤早期诊断显得尤为重要。因此需要寻找灵敏度高、特异性高的AKI生物学标志物。
急性肾损伤（AKI）是对以往急性肾衰竭概念的扩展和向疾病早期的延伸，是指由多种病因引起的短时间内（几个小时或几天）肾功能突然下降而出现的临床综合征。其病因众多，由于病因及病变的严重程度不同，病理改变可有明显差异。常见于各种原因的液体丢失和出血，肾内血流动力学改变（如肾前小动脉收缩或肾后小动脉扩张）所致的肾血流灌注减少，以及肾缺血和肾毒性药物或毒素导致的肾小管坏死等。其中急性肾小管损伤是急性肾损伤的基本病理基础，是由于肾脏有效灌注不足或肾脏毒性物质对肾小管上皮细胞造成的损伤以及由此继发的肾间质损伤。临床患者发生急性肾损伤，即使肾功能轻度下降，都会造成电解质紊乱、酸碱失衡、水钠潴留等一系列症状，加重病情，使病情复杂，死亡率增高，不仅加重患者痛苦，也加重社会经济负担。
1 急性肾损伤
近年来，急性透析质量指导组（ASQI）和急性肾损伤网络（AKIN）两个国际组织分别制定了AKI的RIFLE分层诊断标准，但仍有一定的局限性。AKI的诊断标准为：肾功能在48 h内迅速减退，Scr升高绝对值≥26.4 μmol/L，或较基础值升高≥50%；或尿量<0.5 ml/（kg·h）超过6 h（排除梗阻性肾病或脱水状态）。该分级标准强调了48 h内肌酐的变化，降低了对肌酐基础值的要求。而尿量作为判断标准之一，敏感而有利于预测，但仍需与临床实际情况相结合，要考虑到影响尿量的因素，如梗阻、脱水以及利尿剂的应用等。根据Scr升高的水平，以及GRF下降的程度，包括单位时间内尿量的变化等，AKI按RIFLE诊断标准分为以下5级：风险期（risk of renal dysfunction R）、损伤期（injury to the kidney I）、衰竭期（failure of kidney function F）、失功能期（loss of kidney function L）、终末期肾病期（end-stage kidney disease ESKD）。
从上述两种诊断标准可以看出，目前AKI的诊断和分级仍主要依靠尿量的变化以及血肌酐升高的程度。而尿量的变化如上文所述，可以被多种临床因素所影响。而肾小球滤过率下降时，血肌酐的升高水平也受到许多非肾性因素影响，如肌肉含量、营养摄入量等。患者血肌酐虽上升可伴或不伴有少尿情况，而且血肌酐变化也可以与肾小球滤过率的变化不同步，因此如仅靠血肌酐的变化来判断肾功能的恶化程度，往往会延误患者的诊治。寻找可靠且便于临床检验的生物标志物来反应AKI是非常必要的，它不仅有助于疾病的早期评估，还有助于反应治疗效果，而且可以指导新型的治疗药物的开发[1]。最近一些研究指出，根据血清肌酐，尿素氮和尿量来评估肾功能是不可靠的，因为这些指标并不能反映早期的肾功能衰竭以及肾单位结构的损伤[2]。近几十年来，被认为AKI生物学标记物的指标已被纷纷报导，如小管酶、生长因子、黏附因子和一些细胞因子，但由于缺乏敏感性及特异性而无法应用于临床[3]。本文通过回顾近年的一些新发现，来探讨可以用于预测及评估早期AKI的生物标记物。
2 AKI生物标记物
AKI的生物学标志物是可以从血液或者尿液中检测的到的物质。而尿液中的生物标志物则更有临床应用前景，它们可以用于AKI的早期诊断，检测肾单位结构的损伤、功能障碍等。生物标志物被定义为可以对正常生物学过程，病理进程或药理学反应进行测量或评估。此外，美国食品药品监管局（FDA）将生物标志物定义为任何可以用于评估风险及疾病的诊断指示剂。理想的AKI生物标志物是快速、简便、廉价、精确，并能够确定肾功能及肾脏结构损伤严重程度，预测AKI早期阶段，具有很高的灵敏度和特异性的检测指标。
AKI的诱发因素（缺血、肾毒性药物、细菌内毒素）导致炎性介质（如细胞因子和趋化因子）从肾小管上皮细胞和内皮细胞中释放。嗜中性粒细胞和其他白细胞迁移到炎症部位和肾小管毛细血管壁时间早于肾功能下降[4]。在迁移过程中，中性粒细胞释放促炎性细胞因子，进一步加剧肾小管损伤[5]。最终，AKI小管上皮细胞骨架完整性缺失，导致细胞脱落、细胞凋亡或坏死[6]。在这一基本病理过程往往发生在肾小球滤过率降低之前。且已经发生脱落的细胞可致肾小管阻塞，血管活性物质释放可致血管收缩进而影响肾小球滤功能。
在AKI的发展过程中，多种因素所产生的生物标志物积累在血浆中和尿液中，代表了在不同病理生理过程中所导致的肾功能损伤和修复的过程。尿液中所积累的生物标志物可由不同部位的上皮细胞产生，迁移到肾小管内激活的免疫细胞所分泌的生物标志物也可能来源于一个地方（NGAL，IL-18）。针对动物AKI模型的研究发现，一些肾外组织所产生的生物标志物（NGAL，IL-18）分泌增加[7]。肾外组织所分泌的这些产物会使血液中生物标志物水平提高，而且肾小球滤过率的下降会进一步放大这种现象。然而就算没有发生AKI，全身的炎症反应，例如在大型外科手术、败血症及外伤，会增加免疫细胞及肾外组织分泌生物标志。因此，上述患者如出现AKI，其生物标志物水平则需要考虑到其他因素。
3 Netutrophil gelatinase-associated lipoclin（NAGL）
NAGL，中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白最先在人中性粒细胞中发现的分子量为25 kDa的蛋白质[2，8]。在细菌感染时，NGAL被释放入血。血液中的NAGL浓度升高可以用来鉴别细菌感染和病毒感染[9]。在之后的研究中，NAGL在许多组织均被检测到，包括气管、肺、胃、结肠以及肾脏，在病理条件下，NAGL由上皮细胞分泌[10]。在寻找新型AKI标记物的研究中发现，从小鼠的缺血和肾毒性模型中可以迅速检测到NGAL浓度升高[11]。在给予刺激后，NGAL浓度在数小时内可上升数倍。这一偶然发现，NGAL也将人们将的目光从以往鉴别细菌感染转向了对AKI的早期评估上。 最近一些研究证明，NGAL在诸多病理及生理过程中都起着重要作用。通过结合由真核细胞分泌的铁载体（小铁结合分子），NGAL参与了铁在细胞的转运过程，如肾小管上皮细胞中铁的转运。在AKI中，NGAL很可能在肾小管的损伤修复过程中发挥重要作用。在肾祖细胞诱导分化为肾小管上皮细胞的过程中NGAL也发挥一定作用[12]。另外，一些细菌可以产生铁载体，从而使细菌可以从周围组织获取其生长所需要的铁。通过结合这些铁载体，NGAL可以阻断细菌对铁的获取，从而有可能起到内源性抑菌剂的作用[13]。因此，NGAL常常表达在一些频繁接触微生物的组织中，起到支撑宿主防御功能的作用。
在早期的研究中，在已确诊AKI的成人患者尿液以及血液中发现NGAL水平明显升高[12]。在AKI患者的肾组织病理切片中也发现，NGAL聚集于肾小管中。临床研究证实，NGAL可以被视为评价幼儿患者行体外循环后发生AKI风险的指标。在儿童行体外循环（24～48 h）后并发AKI，2 h内尿中的NGAL上升约100倍，血中NGAL上升20倍[14]。因此，NGAL目前被认为是一种早期的、灵敏的、非损伤性的反应AKI的标记物。
4 Kidney injury molecule-1（KIM-1）
KIM-1是一种1型跨膜糖蛋白。KIM-1有一个解离功能域，定位在急性和慢性损伤的肾小管上皮细胞膜上[15]。KIM-1和它在尿中的可溶性功能域（90 kDa）被认为参与了肾小管上皮损伤修复过程。
在近期大鼠肾毒性试验研究中，KIM-1被作为是肾小管组织病理改变的预测指标，并与传统的AKI生物学标志物作了比较，发现在反应多肾损伤时，尿KIM-1都优于血肌酐和血尿素氮。KIM-1的AuROC在0.91～0.99之间，而血肌酐为0.73，～0.85，尿素氮为0.79～0.9。[16]但这一结果还有待于在人体试验中证实。在预测是否需要肾替代治疗以及预测死亡率方面K与血肌酐和尿素氮相比IM-1并没有优势：AuROC为0.61（95% CI，0.53～0.61）[17]。KIM-1虽然不能预测是否需要肾替代治疗，但在预测死亡率方面有一定价值。
5 Interleukin-18
IL-18是分子量18 kDa的促炎性细胞分子。它由肾小管细胞和巨噬细胞分泌。在很多肾脏疾病进程（如细胞凋亡、缺血再灌注、移植排斥反应、感染、自身免疫性疾病、恶性肿瘤）中起到重要的作用。
很多新的生物学标志被应用于检测易感人群、判断是否需要透析、7 d内死亡率、GFR下降程度以及ICU住院时间[18]。CysC、IL-1以及NGAL是预测患者是否需要透析的最强指标（AuROC>0.70）。除了KIM-1以外其他的生物学标志物都能在一定程度上预测7 d内死亡率（AuROC 0.60），特别是IL-18（AuROC 1/4 0.68）。目前没有生物学标志物能在48 h内预测AKI的发生。而IL-18是唯一能预测重症AKI的生物学指标（AuROC 0.7）。
在三项关于接受冠状动脉心脏搭桥手术的研究中，共涉及到258例患者，结果证明IL-18有能预测冠状动脉搭桥手术后发生AKI的能力（AuROCs 0.53～0.66）[19-21]。在冠状动脉搭桥手术患者中，结合尿IL-18和尿NAGL的浓度在预测AKI的能力方面要优于血肌酐[21]。尿液IL-18水平在诊断AKI的特异性和敏感性都大于90%。IL-18检测快速、可靠、廉价，是有发展前景的优秀生物学标志物。IL-18可以用ELISA法测定，与其他生物学标志物相比，IL-18具有很大的优势[3]。
6 Cystatin C
胱抑素C（Cystatin C）是低分子量半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族的成员，分子量13.3 kDa。由所有有核细胞按恒定速率合成的半胱氨酸蛋白酶抑制剂。胱抑素C几乎能全部被肾小球滤过，但又在肾小管中被全部重吸收和代谢。虽然在以往的研究中宣称它不受性别、年龄、肌肉含量的影响，但最近的研究中显示在较高身高、较高体重和高龄，以及肌肉含量高的人群中的胱抑素C浓度更高[22]。在一项超过20年覆盖4492患者的荟萃分析中显示，胱抑素C在预测GFR变化方面优于肌酐，AUC大于肌酐（0.926 vs 0.837）[23]。胱抑素C的测定在诊断AKI的时间上要早于血肌酐。最近的研究中显示，在12 h内，行体外循环并发AKI的患者血液中，胱抑素C显著升高[24]。在发生AKI后，相比NGAL，胱抑素C升高较晚，在许多研究中显示，NGAL在4 h尿液中及2 h血清中显著升高，而胱抑素则8～24 h后升高[25]。胱抑素C由于缺乏标注化检测，从而限制其在研究中普遍应用。
7 结论
随着新的AKI生物标记物的发现以及研究，如NAGL、KIM-1、IL-18、CysC，在诊断AKI方面将不在局限于血肌酐以及尿量的变化。这些新生物学标记物将会给AKI的早期诊断带来巨大的帮助，而AKI的早期诊断将显著降低AKI的发病率及死亡率。目前，已发现的AKI生物学标志物在临床应用方面，仍存在不少障碍，如敏感程度、特异程度、经济条件、可操作性以及自身的局限性。仍需对现有AKI生物学标志物进一步研究，或积极寻找更加理想的生物学标志物。未来临床的AKI诊断也将不会仅仅局限于单一标志物的检测，而是将联合多种生物学标志物共同诊断，评价病情进展及预后。
参考文献
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（收稿日期：2013-04-12） （本文编辑：欧丽）
急性肾损伤（AKI）是对以往急性肾衰竭概念的扩展和向疾病早期的延伸，是指由多种病因引起的短时间内（几个小时或几天）肾功能突然下降而出现的临床综合征。其病因众多，由于病因及病变的严重程度不同，病理改变可有明显差异。常见于各种原因的液体丢失和出血，肾内血流动力学改变（如肾前小动脉收缩或肾后小动脉扩张）所致的肾血流灌注减少，以及肾缺血和肾毒性药物或毒素导致的肾小管坏死等。其中急性肾小管损伤是急性肾损伤的基本病理基础，是由于肾脏有效灌注不足或肾脏毒性物质对肾小管上皮细胞造成的损伤以及由此继发的肾间质损伤。临床患者发生急性肾损伤，即使肾功能轻度下降，都会造成电解质紊乱、酸碱失衡、水钠潴留等一系列症状，加重病情，使病情复杂，死亡率增高，不仅加重患者痛苦，也加重社会经济负担。
1 急性肾损伤
近年来，急性透析质量指导组（ASQI）和急性肾损伤网络（AKIN）两个国际组织分别制定了AKI的RIFLE分层诊断标准，但仍有一定的局限性。AKI的诊断标准为：肾功能在48 h内迅速减退，Scr升高绝对值≥26.4 μmol/L，或较基础值升高≥50%；或尿量<0.5 ml/（kg·h）超过6 h（排除梗阻性肾病或脱水状态）。该分级标准强调了48 h内肌酐的变化，降低了对肌酐基础值的要求。而尿量作为判断标准之一，敏感而有利于预测，但仍需与临床实际情况相结合，要考虑到影响尿量的因素，如梗阻、脱水以及利尿剂的应用等。根据Scr升高的水平，以及GRF下降的程度，包括单位时间内尿量的变化等，AKI按RIFLE诊断标准分为以下5级：风险期（risk of renal dysfunction R）、损伤期（injury to the kidney I）、衰竭期（failure of kidney function F）、失功能期（loss of kidney function L）、终末期肾病期（end-stage kidney disease ESKD）。
从上述两种诊断标准可以看出，目前AKI的诊断和分级仍主要依靠尿量的变化以及血肌酐升高的程度。而尿量的变化如上文所述，可以被多种临床因素所影响。而肾小球滤过率下降时，血肌酐的升高水平也受到许多非肾性因素影响，如肌肉含量、营养摄入量等。患者血肌酐虽上升可伴或不伴有少尿情况，而且血肌酐变化也可以与肾小球滤过率的变化不同步，因此如仅靠血肌酐的变化来判断肾功能的恶化程度，往往会延误患者的诊治。寻找可靠且便于临床检验的生物标志物来反应AKI是非常必要的，它不仅有助于疾病的早期评估，还有助于反应治疗效果，而且可以指导新型的治疗药物的开发[1]。最近一些研究指出，根据血清肌酐，尿素氮和尿量来评估肾功能是不可靠的，因为这些指标并不能反映早期的肾功能衰竭以及肾单位结构的损伤[2]。近几十年来，被认为AKI生物学标记物的指标已被纷纷报导，如小管酶、生长因子、黏附因子和一些细胞因子，但由于缺乏敏感性及特异性而无法应用于临床[3]。本文通过回顾近年的一些新发现，来探讨可以用于预测及评估早期AKI的生物标记物。
2 AKI生物标记物
AKI的生物学标志物是可以从血液或者尿液中检测的到的物质。而尿液中的生物标志物则更有临床应用前景，它们可以用于AKI的早期诊断，检测肾单位结构的损伤、功能障碍等。生物标志物被定义为可以对正常生物学过程，病理进程或药理学反应进行测量或评估。此外，美国食品药品监管局（FDA）将生物标志物定义为任何可以用于评估风险及疾病的诊断指示剂。理想的AKI生物标志物是快速、简便、廉价、精确，并能够确定肾功能及肾脏结构损伤严重程度，预测AKI早期阶段，具有很高的灵敏度和特异性的检测指标。
AKI的诱发因素（缺血、肾毒性药物、细菌内毒素）导致炎性介质（如细胞因子和趋化因子）从肾小管上皮细胞和内皮细胞中释放。嗜中性粒细胞和其他白细胞迁移到炎症部位和肾小管毛细血管壁时间早于肾功能下降[4]。在迁移过程中，中性粒细胞释放促炎性细胞因子，进一步加剧肾小管损伤[5]。最终，AKI小管上皮细胞骨架完整性缺失，导致细胞脱落、细胞凋亡或坏死[6]。在这一基本病理过程往往发生在肾小球滤过率降低之前。且已经发生脱落的细胞可致肾小管阻塞，血管活性物质释放可致血管收缩进而影响肾小球滤功能。
在AKI的发展过程中，多种因素所产生的生物标志物积累在血浆中和尿液中，代表了在不同病理生理过程中所导致的肾功能损伤和修复的过程。尿液中所积累的生物标志物可由不同部位的上皮细胞产生，迁移到肾小管内激活的免疫细胞所分泌的生物标志物也可能来源于一个地方（NGAL，IL-18）。针对动物AKI模型的研究发现，一些肾外组织所产生的生物标志物（NGAL，IL-18）分泌增加[7]。肾外组织所分泌的这些产物会使血液中生物标志物水平提高，而且肾小球滤过率的下降会进一步放大这种现象。然而就算没有发生AKI，全身的炎症反应，例如在大型外科手术、败血症及外伤，会增加免疫细胞及肾外组织分泌生物标志。因此，上述患者如出现AKI，其生物标志物水平则需要考虑到其他因素。
3 Netutrophil gelatinase-associated lipoclin（NAGL）
NAGL，中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白最先在人中性粒细胞中发现的分子量为25 kDa的蛋白质[2，8]。在细菌感染时，NGAL被释放入血。血液中的NAGL浓度升高可以用来鉴别细菌感染和病毒感染[9]。在之后的研究中，NAGL在许多组织均被检测到，包括气管、肺、胃、结肠以及肾脏，在病理条件下，NAGL由上皮细胞分泌[10]。在寻找新型AKI标记物的研究中发现，从小鼠的缺血和肾毒性模型中可以迅速检测到NGAL浓度升高[11]。在给予刺激后，NGAL浓度在数小时内可上升数倍。这一偶然发现，NGAL也将人们将的目光从以往鉴别细菌感染转向了对AKI的早期评估上。 最近一些研究证明，NGAL在诸多病理及生理过程中都起着重要作用。通过结合由真核细胞分泌的铁载体（小铁结合分子），NGAL参与了铁在细胞的转运过程，如肾小管上皮细胞中铁的转运。在AKI中，NGAL很可能在肾小管的损伤修复过程中发挥重要作用。在肾祖细胞诱导分化为肾小管上皮细胞的过程中NGAL也发挥一定作用[12]。另外，一些细菌可以产生铁载体，从而使细菌可以从周围组织获取其生长所需要的铁。通过结合这些铁载体，NGAL可以阻断细菌对铁的获取，从而有可能起到内源性抑菌剂的作用[13]。因此，NGAL常常表达在一些频繁接触微生物的组织中，起到支撑宿主防御功能的作用。
在早期的研究中，在已确诊AKI的成人患者尿液以及血液中发现NGAL水平明显升高[12]。在AKI患者的肾组织病理切片中也发现，NGAL聚集于肾小管中。临床研究证实，NGAL可以被视为评价幼儿患者行体外循环后发生AKI风险的指标。在儿童行体外循环（24～48 h）后并发AKI，2 h内尿中的NGAL上升约100倍，血中NGAL上升20倍[14]。因此，NGAL目前被认为是一种早期的、灵敏的、非损伤性的反应AKI的标记物。
4 Kidney injury molecule-1（KIM-1）
KIM-1是一种1型跨膜糖蛋白。KIM-1有一个解离功能域，定位在急性和慢性损伤的肾小管上皮细胞膜上[15]。KIM-1和它在尿中的可溶性功能域（90 kDa）被认为参与了肾小管上皮损伤修复过程。
在近期大鼠肾毒性试验研究中，KIM-1被作为是肾小管组织病理改变的预测指标，并与传统的AKI生物学标志物作了比较，发现在反应多肾损伤时，尿KIM-1都优于血肌酐和血尿素氮。KIM-1的AuROC在0.91～0.99之间，而血肌酐为0.73，～0.85，尿素氮为0.79～0.9。[16]但这一结果还有待于在人体试验中证实。在预测是否需要肾替代治疗以及预测死亡率方面K与血肌酐和尿素氮相比IM-1并没有优势：AuROC为0.61（95% CI，0.53～0.61）[17]。KIM-1虽然不能预测是否需要肾替代治疗，但在预测死亡率方面有一定价值。
5 Interleukin-18
IL-18是分子量18 kDa的促炎性细胞分子。它由肾小管细胞和巨噬细胞分泌。在很多肾脏疾病进程（如细胞凋亡、缺血再灌注、移植排斥反应、感染、自身免疫性疾病、恶性肿瘤）中起到重要的作用。
很多新的生物学标志被应用于检测易感人群、判断是否需要透析、7 d内死亡率、GFR下降程度以及ICU住院时间[18]。CysC、IL-1以及NGAL是预测患者是否需要透析的最强指标（AuROC>0.70）。除了KIM-1以外其他的生物学标志物都能在一定程度上预测7 d内死亡率（AuROC 0.60），特别是IL-18（AuROC 1/4 0.68）。目前没有生物学标志物能在48 h内预测AKI的发生。而IL-18是唯一能预测重症AKI的生物学指标（AuROC 0.7）。
在三项关于接受冠状动脉心脏搭桥手术的研究中，共涉及到258例患者，结果证明IL-18有能预测冠状动脉搭桥手术后发生AKI的能力（AuROCs 0.53～0.66）[19-21]。在冠状动脉搭桥手术患者中，结合尿IL-18和尿NAGL的浓度在预测AKI的能力方面要优于血肌酐[21]。尿液IL-18水平在诊断AKI的特异性和敏感性都大于90%。IL-18检测快速、可靠、廉价，是有发展前景的优秀生物学标志物。IL-18可以用ELISA法测定，与其他生物学标志物相比，IL-18具有很大的优势[3]。
6 Cystatin C
胱抑素C（Cystatin C）是低分子量半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族的成员，分子量13.3 kDa。由所有有核细胞按恒定速率合成的半胱氨酸蛋白酶抑制剂。胱抑素C几乎能全部被肾小球滤过，但又在肾小管中被全部重吸收和代谢。虽然在以往的研究中宣称它不受性别、年龄、肌肉含量的影响，但最近的研究中显示在较高身高、较高体重和高龄，以及肌肉含量高的人群中的胱抑素C浓度更高[22]。在一项超过20年覆盖4492患者的荟萃分析中显示，胱抑素C在预测GFR变化方面优于肌酐，AUC大于肌酐（0.926 vs 0.837）[23]。胱抑素C的测定在诊断AKI的时间上要早于血肌酐。最近的研究中显示，在12 h内，行体外循环并发AKI的患者血液中，胱抑素C显著升高[24]。在发生AKI后，相比NGAL，胱抑素C升高较晚，在许多研究中显示，NGAL在4 h尿液中及2 h血清中显著升高，而胱抑素则8～24 h后升高[25]。胱抑素C由于缺乏标注化检测，从而限制其在研究中普遍应用。
7 结论
随着新的AKI生物标记物的发现以及研究，如NAGL、KIM-1、IL-18、CysC，在诊断AKI方面将不在局限于血肌酐以及尿量的变化。这些新生物学标记物将会给AKI的早期诊断带来巨大的帮助，而AKI的早期诊断将显著降低AKI的发病率及死亡率。目前，已发现的AKI生物学标志物在临床应用方面，仍存在不少障碍，如敏感程度、特异程度、经济条件、可操作性以及自身的局限性。仍需对现有AKI生物学标志物进一步研究，或积极寻找更加理想的生物学标志物。未来临床的AKI诊断也将不会仅仅局限于单一标志物的检测，而是将联合多种生物学标志物共同诊断，评价病情进展及预后。
参考文献
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（收稿日期：2013-04-12） （本文编辑：欧丽）