肾模型,肾脏模型

简介

急性肾损伤（AKI）是一个对危重症患者发病率和死亡率有着重要影响的严重且普遍的并发症。早期发现并及时干预或许可以改善患者预后。在过去的几年里，肾脏的生物标志物被开发和评估以早期发现AKI。对生物标志物肾脏损伤分子-1（KIM-1）、肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）、白介素-18（IL-18）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）、组织金属蛋白酶抑制剂-2（TIMP-2 ）、胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP7）的分析为这种复杂且异质的疾病带来了分子机制的新见解。基于AKI模型的生物标志物为危重症患者增加AKI诊断方法和优化AKI管理提供可能。

急性肾损伤

AKI的特点是肾功能在数小时或者数天内急性且快速的丧失，这常发生在重症疾病患者其他急性状况的基础上。肾功能恶化导致废物积聚、水电解质紊乱和免疫功能受损，这些均影响患者预后。危重症患者AKI的发病率多达50%，发生与否取决于患者基本的基线特征和主要病因。五分之一的AKI患者需要肾脏替代治疗（RRT）。AKI与慢性肾脏疾病（CKD）的发展独立相关，大概增加其8倍发病风险，且死亡率更高（高达60%）。

AKI的发展是由多个前提条件共同作用的结果，而不是归因于单一的病因。预后取决于共病因素（例如，慢性阻塞性肺疾病【COPD】，糖尿病，慢性肾脏疾病）、各自的临床背景（例如，脓毒症，心胸手术）、合并用药（例如，血管紧张素转换酶拮抗剂）、肾毒性药物的使用（氨基糖苷类，造影剂）和AKI的严重程度（需要透析）。过去的二十年中有几个风险预测模型被评估，他们均与AKI的发展密切相关。

诊断

过去，对AKI的认识不足且缺乏统一的定义导致AKI诊断不足。2004年，急性透析质量倡议（ADQI）提出了第一个基于血清肌酐和尿量的统一定义：RIFLE分类（风险、损失、衰竭、丧失和终末期肾病）。之后认识到即使血清肌酐轻度升高也与不良预后相关，这促成2007年RIFLE标准转为急性肾损伤网络（AKIN）标准。在2012年，肾脏疾病：改善全球结局（KDIGO）工作组整合RIFLE标准和AKIN标准形成了KDIGO标准。根据KDIGO指南，至少符合下面情况的一条时可被诊断为AKI：血清肌酐48小时内升高0.3 mg/dl，或者7天内高于基础值的1.5倍，或者尿量少于< 0.5 ml/kg/h超过6小时（表2）。近期一个包括32000重症患者的试验证实了这两个标准的重要性。结果显示符合KDIGO两个标准的患者RRT和死亡的风险最高，特别是当这些症状持续时间大于3天时。

但是，传统的标志物，血清肌酐和尿量都有重要且不容忽视的局限性。血清肌酐是肌酸作为能量储存体的代谢产物，通过肾脏排泄。其浓度受年龄、肌肉量和肉类摄取量等多种因素影响。血清肌酐水平不能准确的反应肾功能，因为肾小球滤过率（GFR）损失50%时才会引起血清肌酐升高。值得一提的是，危重症患者血清肌酐的产生相对于正常人减少。

尿量跟血清肌酐一样，是临床上重要但非特异性的肾功能指标。尿量常在肾功能完全丧失时才没有，且常受很多临床状况影响，如血容量不足、扩大根治手术、创伤或使用利尿剂。简单地说，经典的生物标志物在AKI发展晚期才改变的事实大大限制了其作为诊断工具的应用。新的肾脏标志物的出现及时解决了这个问题，并对AKI早期及时诊断做出了重要贡献。

肾脏生物标志物

在过去几年里，新的标志物在早期发现和预防AKI领域取得了显著的进展（图1）。ADQI将研究的重点放在了对新的标志物评估上。对不同生物标志物进行了大量的试验，其中大多数都是用血清肌酐定义AKI的。已经确定了几种有希望的生物标志物，可使AKI的诊断较基于血清肌酐发生重大变化提早48小时成为可能。提前预测AKI将为严格执行血流动力学优化模型提供一个机会，以尽力阻止肾功能损失。此外，有证据表明，某些生物标志物可能预测是否需要肾脏替代治疗，这有助于决定何时启动肾脏替代治疗。

肾脏损伤分子-1

KIM-1是一种跨膜蛋白，在健康的肾脏中几乎检测不到。缺血性和肾毒性损伤后，由近端肾小管的去分化上皮细胞表达。细胞外段被基质—金属蛋白（MMP）分解，并通过尿液清除。原发性损伤48小时后，可在尿液中检测到肾脏损伤分子-1水平升高。

心胸外科术后，KIM -1在术后AKI和已经确诊的AKI患者中显著升高。KIM -1对AKI进展和败血症患者的损伤严重程度的预测价值比其他的标志物低。此外，还没有KIM-1的床边测试可用。

因此，KIM -1可能并不是常规临床预测AKI的恰当标志物。

肝型脂肪酸结合蛋白

L-FABP是在近端肾小管上皮细胞中表达的一个14千道尔顿（kDa）蛋白。其表达和排泄升高首先发现于心肺旁路术（CBP）后AKI的患儿。L-FABP具有高敏感性和特异性，特别是对已经确诊AKI的患者。此外，L-FABP值越高的患者预后越差（指需要RRT和死亡率）。这一发现也在感染性休克和AKI病人身上得到了证实。但是，和CKD患者一样AKI患者的L-FABP的排泄增加，从而导致二者临床上难以鉴别。此外，由于缺乏L-FABP的床边测试，必须在实验室测量。因此，它还没有在临床实践中应用。

白介素-18

IL-18是IL-1超级家族中的一种促炎细胞因子。缺血刺激后，它在近端肾小管上皮细胞中产生，经半胱天冬酶-1激活后被分泌到尿液中。

AKI患者，血清肌酐升高前24小时可以检测到IL-18的显著升高。与慢性肾脏疾病和肾中毒综合征患者相比，进展中AKI患者的IL-18值更高。而且，不同的临床环境中IL-18的排泄有很大不同。不管是否伴有AKI，败血症患者的IL-18水平都很高。尽管IL-18是缺血性AKI的特异指标，但他的临床价值目前仍不明确。

中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白

NGAL是脂质运载蛋白家族的一个25千道尔顿的蛋白，与特定白细胞颗粒中中性粒细胞明胶酶相关。也在呼吸和肠道组织不同的上皮细胞内表达。该分子被过滤到原尿后通过肾小管上皮细胞megalin受体重吸收。正常肾功能的患者尿液中几乎检测不到。缺血和肾毒性导致NGAL-mRNA表达增加。肾小球滤过率降低引起NGAL清除减少，从而导致其在血浆和尿液中累积。根据损伤程度的不同，相对于血浆，尿液中可以检测到的NGAL更高。一些在不同的临床情况下（严重疾病、创伤、心胸外科手术、造影剂暴露）进行的研究显示，AKI极早期（2-3小时）NGAL会迅速被表达。此外，越来越多的证据表明，尿液中的NGAL与是否需要RRT直接相关。

NGAL被认为是肾脏的肌钙蛋白，但与心肌梗塞不同的是AKI的病因不局限于缺血。NGAL是一个高度敏感的标志物，但特异性仍然模糊不清。伴有AKI的脓毒症患者NGAL值较没有AKI患者水平高。然而，几项研究表明，NGAL在系统性炎症反应综合征（SIRS）、脓毒症、感染性休克患者中的升高与AKI独立存在。这可以由系统性炎症时肾小管上皮细胞的重吸收能力减低从而导致NGAL升高解释。此外，存在共病的老年患者，如高血压或糖尿病，及慢性肾脏疾病，与没有这些情况的年轻患者比，NGAL值也不同。

尽管有许多未解问题，但目前的研究结果表明NGAL是一个早期预测AKI和临床决定启动RRT时机的重要生物标志物。最近，de Geus等人提出了一个NGAL—评分来发现心脏手术病人早期的急性肾小管损伤。可以将这种方法应用到ICU的危重病人身上。

组织金属蛋白酶抑制剂-2和胰岛素样生长因子结合蛋白7

TIMP-2和IGFBP7都是G1细胞周期阻滞的标志物。在缺血性和炎性刺激后，肾小管上皮细胞进入G1细胞周期阻滞，以避免带有受损脱氧核糖核酸（DNA）的细胞分裂。这些细胞维持这种状态直到DNA完全修复。TIMP-2和IGFBP7都在AKI早期表达，标志着肾小管上皮细胞损伤。

这两种标志物都已在验证试验中进行了评估，这些试验为了分析危重病人中早期发现AKI的不同生物标志物。TIMP-2和IGFBP7的组合为预测中度和重度AKI提供了最佳的性能。TIMP-2·IGFBP7＞0.3对AKI的发展具有高灵敏度和特异性。这在其他的临床环境（心脏和腹部手术）中进行的进一步研究中得到了证实。此外，越来越多的证据表明，TIMP-2和IGFBP7也可以预测是否需要RRT，但是需要进一步的验证分析来证实这些发现。有商业化的床边TIMP-2和IGFBP7测量可用，可在20分钟内得到结果。

日常临床实践的生物标志物

尽管现有的数据强烈支持在常规临床实践中使用新的生物标志物，但许多临床医生仍然表示怀疑。生物标志物可以在AKI非常早期的阶段做出准确的诊断，并对其严重程度和预后提供新的见解。因此，第十届ADQI共识会议提议利用功能（经典）和损伤（新的）这两种生物标志物来定义和描述AKI，并将它们整合到预防和治疗策略中。

AKI预防策略

在过去的几年中，我们努力寻找预防AKI的治疗措施、药物和策略，不幸的是收效甚微。KDIGO指南提出的集束化预防策略方案，包括中止和避免肾脏毒性药物，保证容量状态和灌注压，考虑使用功能性的血液动力学监测，密切监测功能标志物，血清肌酐和尿量，避免高血糖。这些建议的真正临床效益尚未经科学证实。除了KDIGO的集束化方案外，现有数据表明在高危人群中缺血预处理可能对预防AKI有效。

不过，使用新的生物标志物来确定高危人群是预防AKI的基本方面。新的生物标志物有助于在肾脏出现功能丧失之前识别出AKI高危患者。新的生物标志物的应用使KDIGO指南倡导的集束化预防策略更早、更及时地执行，这将是向前迈出的一大步。Vijayan等人建议在至少有一个AKI危险因素的患者中床边检测TIMP-2·IGFBP7，尤其是在心脏和高风险手术之后及在有败血症的病人中，以尽早发现急性肾小管损伤。

目前，正在进行一项大规模的随机对照试验，来解决这一特殊问题（德国临床试验登记:DRKS00006139）。希望这个试验能够提供关于遵守KDIGO指南的指导方针是否有效及在多大程度上真正有效的更明确的答案，以及仅把这些策略应用于生物标志物水平较高和AKI高风险的患者中是否足够。

启动RRT策略

缺乏广泛认可的统一定义导致了在AKI发展过程中启动RRT的时机变化多端。启动RRT的决定受到多种因素的影响，包括血清肌酐、尿量、病人状况、及最重要的管理病人的重症医师的偏好情况。RRT的启动时间一直是许多研究的重点。来自观察性研究的数据表明，早期启动RRT是一种趋势。但是，这一结论是基于不同研究对“早”和“晚”的不同定义得出的。最近，两项随机对照试验分析了早期启动RRT对患者预后的影响（肾损伤中启动人工肾治疗【AKIKI】和伴急性肾损伤的危重病人早期和晚期启动肾脏替代治疗【ELAIN】研究）。这些试验得出了不同的结论。Gaudry等人（AKIKI试验）试验发现早期启动RRT对60天内生存没有好处，而Zarbock等人（ELAIN试验）试验显示早期启动RRT可以显著减少90天的死亡率。这种差异可能是由RRT开始时AKI的严重程度不同造成的。在AKIKI试验中，患者一旦达到KDIGO 3级也就是AKI发展链条的一个高级阶段，就会被纳入。在ELAIN试验中，病人在KDIGO 2级就被纳入，此外，为了避免包含从AKI中自愈的患者，应用了一种基于生物标志物的筛选模型，纳入了NGAL水平超过150ng/ml患者。如前所述，NGAL升高与是否需要RRT密切相关。使用功能性和损伤性生物标志物的组合选择使用RRT患者，早期启动RRT治疗有效地减少了KDIGO 2级患者90天的全因死亡率。

这个有趣的方法是将生物标志物测量纳入临床决策的一个例子。理想情况下，未来的研究应该解决两个问题：哪些患者不需要RRT治疗，因为他们很可能从AKI中自愈；哪些严重的肾功能损伤患者可以从早期的RRT中获益。

结论

在危重病人中，AKI是一种对患者的预后有很大影响的常见且严重的并发症。人们一直致力于寻找新的生物标志物并将它们整合到早期诊断和优化预防和治疗方案的新策略中。这两个生物标志物，NGAL和TIMP-2·IGFBP7可以几分钟内在床边测量。他们已经在早期发现和预测AKI发展方面显示了有希望的结果。因此，在有AKI风险的患者中，应严格执行肾脏保护治疗策略（维持血液动力学稳定性，优化血管内容量状态，避免肾脏毒性药物），以避免肾功能丧失。对已经确诊AKI和生物标志物升高的危重症患者应该考虑早期启动RRT。