肾毒性生物标志物的研究进展.docx

《肾毒性生物标志物的研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肾毒性生物标志物的研究进展.docx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、肾毒性生物标志物的研究进展摘要：药物肾毒性已成为医药界广泛关注的问题，而生物标志物在早期诊断及干涉经过中尤为重要。本文主要阐述肾小球损伤标志物2-MG、CysC、肾小管损伤标志物clusterin、KIM-1、TFF-3、albumin和其他生物标志物NGAL、L-FABP、IL-18、OPN、microRNA等对肾毒性早期诊断的意义及其优劣势，为药物肾毒性评价提供新思路。关键词：肾毒性；生物标志物；KIM-1；白蛋白；NGAL；OPN肾脏由于其功能和解剖学特点，是药物毒性的重要靶器官之一，药物导致的急性肾损伤约占所有肾损伤病例的33%。目前，临床用于肾毒性的诊断方法是以急性肾损伤acutek

2、idneyinjury，AKI诊断标准为根据，即肾功能急剧下降，48h内血清肌酐serumcreatinine，SCr升高到损伤前的1.5倍或增加26.4mol/L，和或尿量0.5mL/kgh持续6h以上1。但依靠SCr诊断AKI存在下面局限性：SCr是肾小球滤过率glomerularfiltrationrate，GFR依靠指标，不能反映肾小管的损伤情况，其在血液中蓄积只与GFR降低相关，且只要当GFR下降超过50%时SCr才开场升高，此时AKI已发生，因而依靠SCr诊断AKI明显滞后；SCr水平变化易受年龄、性别、种族、肌肉代谢和蛋白质摄入等因素的影响。尿量则更易受循环血量、脱水剂、利尿剂应

3、用以及尿路梗阻等因素的影响2。因而需要特异性更高灵敏度更强的生物标志物用于早期肾毒性诊断。美国食品药品监督管理局FDA和欧洲药物管理局EMA已批准了几种用于药物临床前安全性评价的肾毒性生物标志物，其中2-微球蛋白2-MG、血清半胱氨酸蛋白酶抑制剂CCysC作为药物肾小球损伤或肾小管重吸收障碍生物标志物；丛生蛋白clusterin、肾损伤分子-1KIM-1、三叶因子-3TFF-3和白蛋白albumin作为药物肾小管损伤生物标志物3。部分尿酶如N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶NAG、-谷氨酰转肽酶GGT、碱性磷酸酶AP、谷胱甘肽-S-转移酶GST可以以及早且快速诊断肾损伤。除此之外，中性粒细胞明胶酶相关脂

4、质运载蛋白NGAL、肝脏脂肪酸结合蛋白L-FABP、白细胞介素18IL-18、周期阻滞生物标志物TIMP-2和IGFBP-7、骨桥蛋白OPN、视黄醇结合蛋白RBP、神经生长因子Netrin-1、microRNA等在预测肾损伤方面也存在潜在优势。1肾小球损伤生物标志物1.12-微球蛋白2microglobulin2-微球蛋白2-M相对分子质量为1.18104，是有核细胞外表表达的主要组织相容性类I类分子的轻链。正常情况下，2-M在细胞内经过合成、脱落、脱离重链的经过进入循环，经肾小球滤过，被近曲小管重吸收代谢4。在嘌呤霉素和阿霉素引起的肾毒性研究中，尿2-M诊断肾小球损伤的ROC曲线下面积为0.

5、89，优于血清肌酐0.55和尿素氮0.805。临床上血清2-M预测心脏手术术后AKI有较高的潜能6。然而2-M作为生物标志物的缺点是在尿液不稳定，在室温和pH值6的尿中迅速降解。1.2胱抑素CcystatinCCysC是有核细胞以恒定速率产生的非糖基化半胱氨酸蛋白酶抑制剂，不与血浆蛋白结合，由肾小球自由过滤，被近端小管重吸收并降解4。血浆CysC水平与性别、种族、肌肉质量无关，但可能受甲状腺功能紊乱、吸烟、炎症、癌症和糖皮质激素等因素的影响7-8。CysC到达稳态比血清肌酐快3倍9，一些研究已经证实，急性肾损伤中CysC水平增加可能比SCr提早12d10-12。然而，Togahsi等13利用顺

6、铂致大鼠肾小管损伤，发现血清CysC水平升高不明显，尿液CysC却能够预测由顺铂导致的大鼠早期肾小管损伤。因而，血清CysC可能主要预测肾小球毒性而非肾小管毒性。此外，CysC和白蛋白均被近端小管巨蛋白内吞而重吸收，因此当蛋白尿存在时可能竞争性抑制CysC的重吸收，增加其尿排泄14。因此对于持续尿蛋白增加患者，尿CysC诊断并不可靠。2肾小管损伤标志物2.1丛生蛋白clusterinclusterin是一种糖基化蛋白，由多种器官的上皮细胞产生。肾损伤后肾小管上皮细胞产生clusterin，发挥其抗凋亡、脂质再循环、细胞聚集和黏附的作用。研究显示，比格犬顺铂给药8d后尿clusterin水平显著

7、升高，灵敏度远高于血清肌酐和尿素氮15。此外，在庆大霉素诱导的大鼠肾损伤研究中，尿clusterin水平的升高持续到肾损伤恢复前期16，因而以为clusterin可能介入肾损伤的恢复经过。2.2肾损伤分子1KIM-1KIM-1是一种1型跨膜蛋白，肾脏局部缺血或毒性损伤后，其在去分化近端小管细胞中表达上调17-18。KIM-1被以为在上皮损伤修复的去分化经过中起作用，可以特异性识别凋亡肾小管上皮细胞上的磷脂酰丝氨酸抗原，与其结合后可吞噬小管腔中的凋亡和坏死物质19。KIM-1脱落能够通过p38丝裂原活化蛋白激酶信号通路促进生长因子产生，介入细胞的增殖和修复。在大鼠草甘膦类除草剂肾毒性研究中，只要

8、KIM-1在损伤8h能较好地预测组织病理学变化20。在顺铂诱导的肾毒性中，24h尿KIM-1水平显著高于在3d时到达高峰的SCr21。此外，尿KIM-1还可用于AKI不良后果预测，其预测儿童AKI患者30d和3个月死亡率的AUC分别为0.55和0.6022。KIM-1在尿液中极其稳定，且尿KIM-1水平与病理损伤程度一致，这些特性表明尿KIM对肾损伤的早期诊断有较高的价值。然而，KIM-1水平上升缓慢，常滞后于肾损伤，并且可受持续性蛋白尿的影响23，进而降低其诊断肾损伤的特异性。2.3三叶因子-3TFF3TFF3是由多种组织的上皮细胞和黏液生成细胞产生的一种肽类激素，相对分子质量为7103。T

9、FF3通过抑制细胞凋亡和促进细胞迁移介入上皮外表修复。一项研究对给予顺铂治疗的大鼠肾组织进行免疫组化评估发现TFF3表达水平显著降低24。另有研究显示，从57例接受顺铂治疗的实体瘤患者中收集的尿液中发现TFF3水平在第10天升高2倍25。由于在顺铂暴露条件下TFF3在大鼠肾脏和人类尿液中的表达存在差异，需要更多的研究来揭示肾毒性经过中TFF3表达的机制。2.4白蛋白albumin白蛋白是一种高分子量蛋白质6.65104，肾小球和或肾小管损伤患者可被检测到。顺铂输注4h后尿白蛋白浓度升高，410d到达峰值，约2周开场下降26。Vlasakova27研究表明，KIM-1、clusterin和白蛋白

10、对药物诱导的大鼠肾小管损伤的敏感性和特异性最高，而白蛋白在检测药物性肾小球损伤中表现最好。然而，尿白蛋白作为人类心血管和肾脏风险标志物已经得到证明，在收缩期心力衰竭、炎症、剧烈运动或发烧等情况下，尿白蛋白水平也会升高28。3尿酶类生物标志物3.1N-乙酰基-葡糖胺酶NAGNAG是存在于近端和远端肾小管细胞的溶酶体酶，相对分子质量大于1.30105。因其相对分子量较高因此不被肾小球滤过，尿NAG酶的活性增加提示可能存在肾小管细胞损伤，或无细胞损伤的酶活性增加29。研究表明，亚临床和临床患者在顺铂治疗后35d内尿NAG浓度增加，但尿NAG浓度不反映损伤程度，与接受顺铂的累积剂量也无相关性26。Mi

11、shra30研究发现，NAG预测AKI儿童患者死亡率的AUC为0.724，其对死亡率有中度的诊断能力。然而，生物标志物的联合应用可提高其诊断能力，在心脏外科手术AKI患者中将具有较高特异性的尿NAGAUC=0.75与具有较高敏感性的尿L-FABPAUC=0.72联合应用可使AUC值增加至0.8131。3.2-谷氨酰转肽酶GGT与碱性磷酸酶APGGT和AP都是肾小管刷状缘酶，当微绒毛构造丧失，刷状缘膜有显著损伤时，释放到尿液中32。GT和AP的排泄增加意味着近端小管上皮细胞的损伤。这两种肾脏标志物的研究数据相对较少，一项对一般ICU患者的前瞻性观测研究表明，在AKI12h后，当eGFR60mL/

12、min，GGT预测AKI的AUC0.7333。而另一项横断面研究显示，肝脏移植术前升高的GGT和AP都可作为术后AKI发生的风险因子34。GGT和AP能否作为肾损伤诊断及预后的生物标志物还需要更多的前瞻性队列研究来进行验证。3.3谷胱甘肽-S-转移酶GSTGST蛋白家族分为、和三个主要亚类，主要介入自由基解毒，其中肾脏主要以和形式存在，-GST位于近端小管而-GST位于远端小管，在肾小管上皮细胞受损的情况下，细胞质酶在尿中积累并可被检测35。有研究表明，尿-GST预测体外循环术病人术后2h发生AKI的AUC为0.620，优于尿-GSTAUC=0.56，将二者结合可提高-GST的预测能力36。在

13、已确诊的AKI患者中，尿-GST预测透析需求或死亡的能力较-GST好AUC：0.59vs0.5637。大多数文献表明，-GST较-GST而言对肾损伤有着较好的预测能力。4其他肾毒性生物标志物4.1中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白NGALNGAL属于脂蛋白家族，亦是一种铁血黄素。NGAL与铁载体复合物螯合，限制细菌对铁的吸收。揣测受损的肾小管释放不稳定铁螯合物，能够阻止羟基自由基和超氧物的构成14。除了抑菌作用外，NGAL还具有抗凋亡，促进肾小管上皮细胞增殖的能力，是肾脏保护的潜在途径38。NAGL是一个被大量研究的生物标志物，且其诊断及预后能力在不同条件下被评估。有研究显示肾损伤3h后尿液中N

14、AGL浓度开场升高，损伤6hNAGL浓度达峰值，肾损伤5d后尿NAGL仍持续处于高水平39。尿NGAL能够识别铂类似物治疗后AKI，对顺铂、卡铂和奥沙利铂的化疗反响，尿NGAL浓度增加分别为基线2.3倍、2.7倍和1.5倍40。NGAL也被用于预测肾移植后肾功能延迟及儿童和成人造影剂肾病41。NGAL被以为是辅助诊断肾毒性的强有力标志物，但血清NGAL和尿NGAL水平在炎症和感染情况下也升高42。因而，需更多的研究揭示肾毒性引起NGAL上调的机制。4.2肝脏脂肪酸结合蛋白L-FABP肝脏脂肪酸结合蛋白liverfattyacidbindingprotein，L-FABP来自脂质结合蛋白家族，相

15、对分子质量为1.4104。L-FABP可能是氧化应激经过中重要的细胞抗氧化剂，通过促进细胞内代谢和尿排出来维持肾小管细胞质低水平的游离脂肪酸10。位于近端小管的L-FABP还通过减轻H2O2诱导的氧化应激发挥细胞保护作用，可将结合的毒性过氧化物酶产物排泄到管腔中43。在缺血条件下，肾小管L-FABP基因被诱导表达，近端肾小管重吸收L-FABP减少。Nakamura44研究表明，人类L-FABP转基因TG小鼠在给予头孢氯啶、顺铂后中，L-FABP的尿排泄量增加。另有研究显示，肾前损伤ICU病人的尿L-FABP水平较无AKI病人明显升高45，尿L-FABP对发生AKI的心脏外科手术小儿患者也有着较

16、高的辨识能力46。由于L-FABP在肝脏中表达，当共存肝病时，尿L-FABP可能对肾脏疾病失去特异性。对于尿白细胞增加、血尿及全身炎症反响对尿L-FABP诊断肾损伤几乎没有影响42。在此种情况下，尿L-FABP比尿NGAL有着更优的预测能力。4.3白细胞介素18IL-18白细胞介素18interleukin-18，IL-18是由肾小管上皮细胞和巨噬细胞产生的促炎性细胞因子，相对分子质量为2.2104。在缺血再灌注损伤导致的AKI中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1介导Pro-IL-18向活性IL-18的转化，活性IL-18由肾小管细胞释放，介导肾本质中性粒细胞浸润10。因而，能够看出IL-18在AK

17、I进展期发挥促使AKI进一步恶化的作用。动物实验表明，IL-18基因缺陷小鼠能够免受缺血-再灌注诱导的AKI47。血清IL-18对AKI具有中度的诊断价值，预测AKI发生的AUC为0.69648，但血清IL-18对脓毒症致AKI具有优良的诊断价值，ROC曲线下面积AUC为0.719优于SCrAUC=0.67749。此外，尿IL-18在急性肾小管坏死和肾移植后肾功能延迟患者中也明显升高50。Faubel51研究显示，顺铂诱导的AKI小鼠肾脏IL-18水平升高，提示IL-18可以以应用于药物诱导的肾损伤。然而，IL-18作为肾毒性AKI潜在标志物还需要更多实验验证。IL-18水平在脓毒血症、关节炎

18、、炎性肠病、系统性红斑狼疮、银屑病、肝炎和多发性硬化等情况下增加。这个属性降低其特异性，显著限制了其运用52。不难看出，IL-18作为肾毒性生物标志物的限制性主要来源于其作为炎性因子的特性。4.4骨桥蛋白OPNOPN是一种糖蛋白，除了在骨骼和上皮中高表达外，还广泛表达于内皮细胞、血管平滑肌、巨噬细胞和活化的T细胞，介入生物矿化、组织重塑、细胞黏附、迁徙等53。在大鼠毒理学研究中，OPN鉴定药物诱导的肾小管上皮变性坏死的能力均优于肌酐和尿素氮54，可作为顺铂治疗大鼠肾毒性研究的良好生物标志物55。然而，尿液OPN增加并不特异于肾损伤，在对乙酰氨基酚诱导的肝损伤小鼠中尿OPN也明显增加56。4.5

19、周期阻滞生物标志物胰岛素样生长因子结合蛋白7insulin-likegrowthfactorbindingprotein7，IGFBP7和金属蛋白酶组织抑制剂-2tissueinhibitorofmetalloproteinase2，TIMP-2都是G1细胞周期阻滞生物标志物，这些细胞周期阻滞蛋白在受损的肾小管细胞中合成和分泌，通过结合内皮细胞外表的31整联蛋白，阻断内皮细胞增殖及血管生成57，并影响介入肿瘤抑制和细胞衰老的胰岛素生长因子的生物利用度58。研究报道，IGFBP7可以用于预测肾功能恢复、AKI严重程度、肾脏替代治疗，且比NGAL愈加准确59。有研究评估了340种候选生物标志物对危

20、重病人发生AKI风险的预测能力，结果表明，尿TIMP-2和IGFBP7比其他生物标志物十分是NGAL、IL-18、L-FABP和KIM-1更具优势60。TIMP-2IGFBP7即TIMP-2浓度与IGFBP7浓度的乘积，是极具有应用前景的指标。尿TIMP-2IGFBP7对儿童心脏手术后、脓毒症患者和高危手术患者发生AKI具有良好预测能力，并且研究表明TIMP-2IGFBP7的截断值在0.32时12h内有中度至高度的AKI风险，TIMP-2IGFBP7截断值大于2有着极高的AKI风险61-62。对于药物诱导的肾损伤，研究发现，顺铂给药24h后发生AKI的病人，IGFBP7浓度没有变化，而TIMP

21、2水平则增加了1.1倍63。另一项研究表明，在顺铂治疗后第3天和第10天，TIMP2或IGFBP7以及TIMP-2IGFBP7与基线相比无明显变化64。TIMP2和IGFBP7对药物诱导AKI的早期诊断能力需要更多的研究来进行验证。4.6视黄醇结合蛋白RBPRBP由肝脏合成，相对分子量为2.1104，在维生素A从肝脏运输到组织的经过中发挥重要作用。RBP经肾小球自由滤过后，由近端肾小管重吸收代谢。其灵敏度比2M低，但比NAG高，在GFR未下降或稍微下降时，增加的RBP是肾小管损伤的一个重要的特殊指标，因而尿RBP可作为近端小管损伤早期检测的理想标志物4。RBP水平升高可作为顺铂、铅、汞、镉和环

22、孢霉素诱导的肾毒性的早期诊断指标。与其他低分子量蛋白相比，RBP产生速率恒定且在尿液pH值下稳定65。然而，RBP作为维生素A转运体，RBP检测值在维生素A缺乏症患者中有所降低，并且作为肾损伤生物标志物对重度肾小球蛋白尿患者的特异性不高。4.7神经生长因子Netrin-1Netrin-1是一种多功能层黏连蛋白相关的神经元导向蛋白，广泛表达于各种组织中，在正常肾脏的肾小管上皮细胞中几乎不表达。与健康志愿者相比，AKI患者尿Netrin-1排泄量增加，提示尿Netrin-1可能是一种很有前途的早期检测肾损伤的生物标志物10。缺血、造影剂、脓毒症和药物诱导的急性肾损伤患者，与健康对照组相比尿Netr

23、in-1含量均升高66。Netrin-1水平在脓毒血症AKI患者ICU入院1h内显著升高，在36h到达高峰，并在48h内持续升高，入院3h对AKI的预测能力到达最高AUC=0.85867。固然Netrin-1具有较高的诊断能力但其特异性较低，能否具有实践意义有待更深层次地研究考察。4.8microRNAmicroRNAs是2125个核苷酸的非编码RNA分子，它们能够诱导mRNA降解，亦可通过与靶mRNA的3-非翻译区UTR结合来抑制蛋白质的翻译，越来越多的证据表明大多数基因遭到miRNA的调控68-69。有证据表明，miR-687、miR-489、miR-494、miR-24、miR-21、m

24、iR-126这几种microRNA介入缺血再灌注诱导的AKI的发病机制68。一项初步研究挑选了10种microRNA即miR-101-3p、miR-127-3p、miR-210-3p、miR-126-3p、miR-26b-5p、miR-29a-3p、miR-146a-5p、miR-27a-3p、miR-93-3p和miR-10a-5p，证实它们对ICU患者发生AKI有极高的诊断价值AUC：0.935-1.0070。体外肾毒性研究表明71，miR-21、miR-29a、miR-34a和miR-192可作为药物顺铂、替诺福韦、环孢素A和妥布霉素诱导近端小管上皮细胞损伤的敏感性生物标志物。5蛋白质组

25、学与代谢组学技术在肾毒性生物标志物发现经过中的应用当前最为先进的蛋白质组学与代谢组学也被用于寻找更敏感更准确更可靠的肾毒性早期生物标志物。一项关于肾损伤的蛋白质组学研究表明，CYR61、HGF、TNF-、FGF23、PTGDS、AAP、LDH、SOD1、信号素-3A、TGF-1、IL-6、CX3CL1、P/E选择蛋白、TLRs、Caspase-1、CAF、CXCL5等蛋白在肾损伤进展中占据关键位置，可作为AKI的候选生物标志物72。顺铂诱导的AKI大鼠尿代谢产物3-吲哚硫酸酯水平显著下降，提示3-吲哚硫酸酯可作为检测药物诱导AKI的生物标志物73。Li74等利用超高效液相色谱-飞行时间质谱联用

26、技术趋势分析挑选出5种肾毒性生物标志物：胸苷、溶血磷脂161、溶血磷脂184、溶血磷脂205和溶血磷脂225。由于肾毒性标志物的毒性机制方面的报道较少，还需讨论药物毒性相关的代谢通路及与蛋白多肽类标志物之间的相关性，以验证这些候选生物标志物能否可靠。在肾毒性研究中，KIM-1、clusterin和白蛋白对肾小管损伤的敏感性高，白蛋白在检测肾小球损伤方面优于所有其他标志物。其他标志物，如OPN、NGAL，是很有前途的肾小管毒性生物标志物，但其特异性问题并未得到解决。尿酶类生物标志物由于其稳定性差的原因，临床应用较为困难。迄今为止，以上肾毒性生物标志物仍然没有取代尿素氮和血清肌酐，而是作为传统指标

27、的补充。为了加快这些生物标志物的应用，需要更深化了解生物标志物在药物造成肾毒性经过中的产生机制和动态变化。不同药物导致肾损伤的病理机制不同使得单个分子的预测相当困难，因而能够将多种候选生物标志物联合运用以提高肾毒性的早期诊断能力。近年来新兴崛起的蛋白质组学技术及代谢组学技术成为肾毒性生物标志物寻找的新工具，蛋白质组学技术可获得蛋白质组的全局图像用来描绘发病机制中具有重要作用的途径和蛋白，而代谢组学技术则是活体系统对病理生理刺激或遗传修饰的动态代谢反响的定量测量。组学技术带来了大量的肾毒性生物标志物，然而这些生物标志物并非都具有高敏感性和特异性，能否取代传统生物标志物还需要大量的动物实验和临床数据加以验证。尽管这些被发现肾毒性生物标志物并未取代传统生物标志物，但这些生物标志物的使用，给临床医生带来识别出患者危险的时机。在新药研究方面，新的肾毒性标志物给药物的肾毒性预测提供更多的途径，使药物临床安全性评价的数据愈加安全可靠。