急性肾损伤的新型肾脏特异生物标志物

灌无节制

急性肾损伤（AKI）是日益公认的与长期或短期发病率和死亡率相关的综合征。最近研究显示即使是轻微的AKI仍能预示较高的罹患慢性肾病风险。因此，开发新型AKI治疗方法势在必行。当前，I/II期临床试验对一些治疗药物进行了测试。除了这些正在进行的努力之外，在临床环境中尚未出现有效的治疗药物。缺乏针对AKI的有效疗法的一些原因包括对该疾病的发病机理理解得不彻底以及缺乏可靠的AKI早期标志物。如果能够克服上述困难，则可以在不可逆转的伤害发生之前进行治疗。美国肾脏医学会的公告证明，开发新型生物标志物是极其重要的。因此该研究具有最高的优先级。
        在过去的十年中，AKI生物标志物代表了一个活跃的研究领域。这些生物标志物应当能够及时识别并诊断有风险的AKI（即：在传统生物标志物发生变化之前）、在基于预后条件下区分患者类型并加深对受影响肾元部分的理解。当前使用的用于识别和诊断肾功能不全的标志物缺乏特异性和敏感性。血清肌酐是使用范围最广的AKI标志物。但是，血清肌酐是后期标志物，在诊断损伤点和损伤类型时，具有高度的非特异性。血清肌酐只能预测稳定状态的肾小球过滤率（GFR），而且预测的结果会随着患者肌肉量和饮食结构的变化而变化。其他用于诊断AKI的生物标志物是尿排出量。除了用于重症监护环境之外，尿排出量是不可靠的。而且，尿排出量会随着液体管理和利尿剂的使用而发生变化。除了这些缺陷以外，血清肌酐和尿排出量是包括在RIFLE（风险，损伤，衰竭，功能丧失和晚期肾病）、AKIN（急性肾脏损伤网络）和KDIGO（肾病/改善全球预后）标准中的AKI诊断生物标志物。这些传统的生物标志物是功能性的，因为它们会随GFR的下降而改变。
        新型AKI功能性生物标志物已经出现。胱抑素C就是其中之一。所有的有核细胞都可以产生胱抑素C，而且可以被自由过滤并被肾小管上皮细胞（PTEC）内的megalin受体吸收并随后分解。如其在尿液中出现，则意味着PTEC的摄取和分解功能不足或退化，因此其可以作为AKI的潜在生物标志物，尤其在PTEC隔室损伤的情况下。血浆胱抑素C已经经过确认可以作为慢性肾病GFR降低的敏感标志物。尿微量白蛋白是另一个肾小球和/或肾小管损伤的功能性标志物，其在检测儿科患者的AKI方面具有显著信息价值。但是尿微量白蛋白是非特异性的，而且不能区分急性和慢性损伤，不能区分生理损伤或病理生理损伤。其他的功能性标志物包括：β2微球蛋白、视黄醇结合蛋白和α1微球蛋白。
        在大多数的AKI形式中，结构变化发生在功能性障碍之前。因此，结构损伤标志物比预测功能性损伤的标志物更为敏感。很多结构性生物标志物已经出现，而且这些生物标志物的第一组由于肾小管或浸润性免疫细胞损伤而上调。结构性生物标志物的第二组包括结构性地表达在肾小管内并从受损伤的细胞中释放到尿液中的蛋白质/酶。前一组的生物标志物对损伤的反应显示出较高的表达，而且可以由释放到尿液或血浆中的蛋白质检出。最显著的范例包括中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL），它是经过最充分研究的AKI生物标志物之一。NGAL由肾小管细胞、中性粒细胞和其他细胞类型合成。它标志性地存在于循环内，接着被自由过滤，穿过肾小球并被PTEC截获。AKI发生期间，它在肾小管内的表达显著升高。动物研究显示NGAL的肾小管内表达与其在AKI尿液分泌中的表达类似。而且，这种蛋白质能传导保护作用。在临床研究中，NGAL似乎是AKI预后的强大预测工具。同样地，白细胞介素-18（IL-18），一种与先天和适应性免疫相关的细胞因子，已经作为AKI危重患者死亡率预测有价值的生物标志物出现。IL-18由免疫细胞和肾小管上皮细胞产生。活体研究显示在AKI发生的过程中，肾小管分泌这种细胞因子到尿液中，因此IL-18在识别和诊断缺血性损伤方面可以发挥功能性的作用。肾损伤分子-1（KIM-1）是另一个AKI的潜在生物标志物，该分子由免疫细胞和肾小管细胞表达。在啮齿类AKI动物模型中，KIM-1是PTEC内上调最多的基因。不仅如此，发生损伤后，它的胞外域会脱落在尿液内。它的作用是清除受损伤的上皮细胞。在人类AKI中，KIM-1似乎是损伤的早期标志物，它的含量会在血清肌酐上升之前增加。和AKI预后一样，其他两个有价值的早期AKI和AKI预后生物标志物包括类胰岛素生长因子结合蛋白7和金属蛋白酶2组织抑制剂。这些蛋白质参与细胞周期阻滞，很有可能在某些方面干扰AKI。第二组的结构性生物标志物包括结构性表达的蛋白质，如碱性磷酸酶、γ谷氨酰转肽酶、α谷胱甘肽-S-转移酶和N乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶。这些酶储存在细胞内的胞器内并在受损伤时释放到尿液内。
        将任意这些结构性生物标志物用于临床实践时，伴随的问题是多样的。首先，在不同的患者群体中执行的方式不同。此外，其在伴有不同合并症和潜在肾功能不全的患者间使用也是有问题的（如：由于其表现不是肾脏特异性）而且其分析性能随着损伤类型的不同而变化。最后，在缺乏有效的治疗策略的情况下，其目前不影响临床护理。
        肌醇加氧酶（MIOX）是AKI潜在新型结构性生物标志物，研究者们使用创新方法发现该肾脏特异性蛋白质，其在AKI发生期间能够从PTEC中释放出来。类似于研究组织特异性分子表达的癌症生物标志物方法，研究人员检查小鼠体内携带高肾脏特异性内源表达的基因。该基因编码的MIOX是仅有的肾脏特异性基因。假设MIOX蛋白质可以代表人类或鼠类机体内有价值的肾脏损伤生物标志物。受到该假设的驱使而开发一种可用于人类和鼠类的MIOX定量法免疫分析试验，确认抗体在使用蛋白质印迹法检测人类MIOX时的特异性并进行表位定位。该分析试验显示出良好的试验内和试验间CV，分别为<10%和<20%，检测限为115pg/mL，这是合理的。该试验显示MIOX蛋白质仅在人类肾脏中表达，其肾脏表达很有可能位于PTEC内。在缺血性肾脏损伤的小鼠动物模型内，血清MIOX在损伤后24小时内增加，正是在组织损伤加深时增加。在危重患者中，血浆MIOX的增加比肌酐开始增加早54个小时，尽管损伤计时并不明确。不仅如此，似乎血浆MIOX能够区分少尿AKI患者（传统来讲更严重）与非少尿AKI患者。因此，MIOX可能更符合新型生物标志物的开发要求，这些要求包括：在AKI早期含量增加、对肾脏组织和肾元部分具有特异性。
        大多数结构性生物标志物在AKI期间会在肾脏组织内被上调，MIOX仅会在PTEC内被结构性表达并在之后在肾脏损伤时释放到循环内。就这一点而言，MIO类似于结构性酶标志物如：N乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶、γ谷氨酰转肽酶以及α谷胱甘肽-S-转移酶。但是，MIOX似乎仅在肾脏内表达，不像其他任何酶。因此，它释放到循环内，有可能为尿液内，这能表现出特异性并能对早期损伤进行测量。有一点需要警告的是：在基准条件下，这种有趣的酶的表达是严格的肾脏表达；在多器官衰竭的情况下，该蛋白质的表达会更加广泛，将来的研究会提及这个问题。
        先前的研究在动物模型中得出了确实的数据，证明MIOX的表达具有肾脏特异性。MIOX使肌醇-在糖尿病中耗竭的一种代谢物，发生分解代谢。体外和体内的氧化应激和高血糖症期间，MIOX会被上调。这种上调会加重肾小管间质的损伤。令人好奇的是，一项先前的研究证明鼠类肾脏内减少的MIOX mRNA表达与AKI有关。所以很有可能在该研究中肾小管损伤会很严重而且受损伤的PTEC不能合成保护蛋白。缺血性肾脏损伤的动物模型提供了一项进一步研究未解问题的机会，这些问题包括：损伤后肾脏MIOX基因和蛋白质是如何被调节的？损伤后尿液和血浆内MIOX的浓度发生什么样的动态变化？这些研究能够建立该酶的释放和损伤以及其他AKI生物标志物如血清肌酐相关的计时机制。
        尽管目前的研究数据引人注目，但是很多与人类AKI相关的问题仍未解答。例如：当前研究是否是可追溯的，而且相关的患者数据遗失了。血浆MIOX和AKI发生的关系、是否血浆MIOX较低的非少尿患者损伤程度较低、是否MIOX浓度仅对一种肾脏损伤具有特异性、MIOX尿液分泌物的测量是否具有同等（或更大）信息性均尚未明确。最终，应当将MIOX与其他传统和新型AKI标志物进行对比以确定对其测量是否具有额外价值。
        总之，MIOX是一种有价值的、具备肾脏特异性的蛋白质，它极有可能就是寻求已久的AKI标志物。这种有趣的酶能否满足临床应用的严格标准，进一步研究其生物学机理能否对治疗目的产生新的潜在的深刻意义？一切仍需拭目以待。