糖尿病肾病肾小管间质生物标志物的研究进展

储 辉，陆卫平

(南京医科大学附属淮安第一医院内分泌科,江苏 淮安 223000)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)的重要原因之一，常进展至终末期肾病。DN是临床最常见的糖尿病微血管并发症，通常涉及肾小球和肾小管，最终导致糖尿病患者死亡[1]。在西方国家，糖尿病是CKD的主要原因之一，常导致由终末期肾病引起的慢性肾脏替代治疗[2]。目前，DN的发病机制较复杂，在遗传因素的影响下，体内葡萄糖代谢紊乱导致蛋白质的非酶促糖基化，从而导致氧化应激，多元醇途径和蛋白激酶C的活化，以及血液黏度增加、血流动力学改变、炎症反应等，各因素之间又相互影响，导致肾排泄功能降低。DN时，除肾小球基膜增厚外，肾小管间质炎症引起的肾损伤在DN的进展中也产生重要影响[3],肾小管间质改变的生物标志物可能最终被证明是预测DN进展和预后的更好指标[4]。捕捉肾损伤不同致病过程的肾小管间质生物标志物，可以更真实地反映患者的结局。研究表明，肾小管间质损害程度与CKD病程进展密切相关[5]。人类尿生物标志物数据支持这一观点，即肾小管损伤对早期DN的发展起主要作用，而不是次要作用[6]。与糖尿病肾损害相关的新型肾小管生物标志物可提高DN的危险分层和预测DN。现就DN肾小管间质生物标志物的研究进展予以综述。

1 DN的标准标志物

DN是一种多因素疾病，涉及不同的致病分子过程和组织病理学结构。肾间质纤维化伴有肾小管萎缩是肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)从中度到重度下降的一个强有力因素。DN早期临床表现缺少特异性，病程多进展至不可逆阶段才被发现。因此，早期肾损伤的诊断和预防是控制和降低其危害的一个重要途径。目前临床上常用血尿素氮、血清肌酐、GFR和尿白蛋白排泄率评估DN的存在及进展[7]。

尿白蛋白通过肾小球过滤，随后通过巨噬细胞途径被肾小管细胞重新吸收。尿微量白蛋白尿是预测DN进展的重要指标,2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者中持续的大量白蛋白尿与DN及心血管疾病的快速进展相关[8]。肾脏疾病结局质量倡议组织根据DN的临床实践指南指出：1型糖尿病白蛋白尿筛查应在5年的糖尿病持续时间内进行，并且在诊断时应对患有T2DM的患者进行白蛋白尿筛查[9]。首选筛选试验是晨尿白蛋白/肌酐比值。出现不典型特征时，可能需要肾活检来确认临床诊断。此外，有研究表明，在微量白蛋白尿升高的糖尿病患者10年随访中，30%～45%的患者发展为大量白蛋白尿，30%恢复正常白蛋白尿，30%～40%维持在微量白蛋白尿水平[10]。基于这些原因，建议研究新的危险标志物预测DN的进展。

临床常用GFR来衡量肾功能情况，在DN早期阶段GFR可能会增加，随着疾病的进展GFR逐渐减少，尿白蛋白排泄率逐渐增加。血清肌酐是用作估算GFR常用的指标，但其受体内代谢水平、蛋白质含量等因素的影响[11]。Covington等[12]研究发现，血脂升高和大量饮食可使GFR升高。徐昕等[13]研究发现，GFR与糖尿病患者年龄、病程、尿微量白蛋白以及血糖、糖化血红蛋白有明显相关性，GFR的计算方法相对复杂。

2 肾小管间质损伤标志物

许多DN的生物标志物是通过对损伤后肾组织的转录和蛋白质组学分析被确定的。研究表明，DN患者中肾小管损伤标志物明显增高，早于微量白蛋白尿，具有更好的特异性和敏感性，与DN的进展相关[14]。因此，人们倾向于从肾小管间质中识别标志物。与DN肾损害相关的新型肾小管生物标志物可预测DN并提高DN的危险分层。胱抑素C、肾损伤分子1(kidney injury molecule-1,Kim-1)、中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipotroponin,NGAL)、血管紧张素原、骨膜蛋白和单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、肝型脂肪酸结合蛋白(liver fatty acid binding proteins，L-FABP)、锌-α2-糖蛋白(zinc-α2-glycoprotein，ZAG)等生物标志物可反映肾小管损伤。

2.1胱抑素C 胱抑素C是由体内有核细胞以恒定速率产生，半衰期为2 h，分子量为13 000，在各组织中均有表达，包括肾、肝、胰、胃、肺及胎盘。胱抑素C容易被肾小球过滤，并被近端小管重吸收和分解。当肾近端肾小管受损时可导致尿液胱抑素C重吸收减少，尿液中胱抑素C升高[15]。胱抑素C在体内可以通过肾小球滤过，因此尿液中胱抑素C水平可以反映肾小球的滤过情况，与肾功能的变化密切相关。临床上胱抑素C常用于评估肾功能和预测DN，其血中水平不受年龄、性别的限制，含量在体内比较稳定，是一项反映肾小球滤过功能的理想指标。相对于血肌酐，胱抑素C能更早发现肾损伤。有研究认为胱抑素C是临床常用的较内生肌酐清除率能更敏感、更早地反映肾小球滤过的新指标[16]。伴有肾脏快速进展的T2DM患者尿液胱抑素C水平显著高于非快速肾进展组[17]。另一项研究表明，早期DN患者的尿液胱抑素C水平较非肾病患者增加，与尿白蛋白/肌酐比值呈正相关[18]。尿液和血清中胱抑素C的测定是一种有用、实用、无创地评估糖尿病肾脏受累程度的工具。

2.2NGAL NGAL属于载脂蛋白家族的小糖蛋白，分子量为24 000。NGAL在肾小管上皮中表达。尿液中NGAL水平可以作为肾损伤的一个指标，在血清肌酐升高前就可以检测到[19]。急性肾损伤向CKD转变的模型暗示了NGAL作为慢性肾损伤的潜在生物标志物的作用。在CKD患者中，NGAL高表达发生在肾小管细胞，而在非CKD患者中NGAL的表达较非CKD患者高[20]。尿液NGAL在DN各阶段呈上升趋势[21-22]。血清和尿液NGAL是一种新的预测指标，与肾脏疾病严重程度及进展相关[23]。近年来研究发现，NGAL不但在急性肾损伤中表达，在CKD伴肾小管间质损伤疾病中也有一定的临床意义[24-25]。同样，在观察随访和队列研究中，T2DM患者基线尿液NGAL水平与GFR估计值快速下降及血清肌酐升高相关[17,26]。据此推测，在DN的发病过程中，NGAL水平升高反映了肾小管损伤和炎症反应。

2.3Kim-1 Kim-1是一种1型膜蛋白，表达于近端小管细胞根尖膜。它的外显子被分裂并释放在小管的腔内，最后出现在尿液中，较稳定[27]。肾脏功能正常时，Kim-1不能被检测到，但肾损伤后尿液中Kim-1水平升高[28]。肾小管损伤后，上皮细胞表达Kim-1增加，Kim-1与吞噬受体结合发挥吞噬作用，清除肾小管内凋亡的细胞碎屑，并且能够重新修复肾小管的功能。Kim-1可作用于受损肾小管的近端，参与肾脏损伤的修复过程。因此，Kim-1是一种对肾损伤敏感性较高的生物标志物。在超负荷蛋白尿致肾小管间质损伤的实验动物模型中，肾小管炎症、纤维化和损伤时Kim-1高表达[29]。一项研究证实，肾小管间质炎症时Kim-1表达增加，包括DN在内的蛋白尿肾病患者的肾小管中Kim-1过表达[30]。一项横断面描述性研究显示，尿液Kim-1在正常白蛋白尿和轻度白蛋白尿的T2DM患者中升高[31]。血清和尿液Kim-1水平升高能够预测肾功能下降[17]。尿液Kim-1水平在大量白蛋白尿和晚期CKD的患者中显著升高，但并不能预测终末期肾病的进展[32]。尿液Kim-1排泄可成为糖尿病肾小管间质损伤的无创生物标志物。孟德尔随机分析表明，Kim-1水平与GFR水平呈负相关,这可能代表一种因果关系[33]。

2.4血管紧张素原 血管紧张素原是肾素的唯一已知底物。血管紧张素原的变化可影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统的活性。肾内肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性增加与纤维化肾损害的严重程度平行，并在慢性进行性肾病中得到证实[34-35]。肾血管紧张素原主要由近端肾小管细胞分泌，并存在于肾小管液。近年来激活的肾素-血管紧张素-醛固酮系统被提出参与多种高血压模型肾损伤的进展，同时也参与肾脏疾病的进展，如DN、免疫球蛋白A肾病等[36]。血管紧张素原水平与T2DM患者蛋白尿呈正相关，与GFR呈负相关[4]。在DN的各个阶段，尿血管紧张素原水平均高于健康人[37]。Satirapoj[4]认为血管紧张素原可以作为诊断DN的潜在尿液生物标志物。

2.5骨膜蛋白 骨膜蛋白是成骨细胞特异性因子2，一种细胞外基质蛋白，最初在骨中表达，包括肾脏在内的其他主要器官中未检测到骨膜蛋白[38]。骨膜蛋白参与纤维化过程和组织重塑，有研究首次描述了CKD大鼠和糖尿病小鼠肾脏中肾组织和尿液中膜蛋白的表达和排泄情况，发现糖尿病小鼠肾脏的肾小球和肾小管上皮中骨膜蛋白表达增加[39]。骨膜蛋白可作为肾小管损伤的标志物，并与各种慢性进行性肾损害的肾功能(包括血肌酐、血尿素氮和GFR)恶化相关[40-41]。正常白蛋白尿、微量白蛋白尿和大量白蛋白尿患者尿液中骨膜蛋白水平明显高于正常对照组[42]。尿液骨膜蛋白水平与患者年龄、高白蛋白尿、GFR下降显著相关[41]。研究表明，T2DM患者尿液中的骨膜蛋白水平在DN患者出现大量白蛋白尿并导致相关肾功能紊乱前明显升高[4]。

2.6MCP-1 MCP-1也称单核细胞趋化活化因子，是单核细胞趋化因子家族中的一种多肽，由白细胞、肾小管上皮细胞和上皮细胞分泌。炎症细胞如单核细胞和巨噬细胞浸润是DN进展的标志之一。MCP-1是单核细胞趋化因子家族的成员，是影响肾损害动物模型和人类模型巨噬细胞蓄积的主要因素[43]。有研究显示在肾损伤时MCP-1表达增加[44]。MCP-1能激活单核-巨噬细胞系统，介导肾组织炎症，尿液MCP-1水平升高与间质炎性浸润程度有关[45]。表皮生长因子是肽生长因子，在进行性肾损伤中发挥保护作用。表皮生长因子在肾损伤愈合过程中发挥恢复屏障功能的作用，也是发育成熟肾的重要体内肾细胞存活因子[46]。尿液表皮生长因子、表皮生长因子/MCP-1比值与肾小球肾炎肾小管间质损害程度及肾预后呈负相关[47]。显性肾病患者尿液MCP-1水平较尿蛋白正常者显著增加[48]。Shoukry等[49]研究表明，DN患者尿液MCP-1水平显著升高，与尿液尿白蛋白/肌酐比值呈正相关。

2.7L-FABP L-FABP是一种脂质蛋白，分子量为14 000，在人近端小管细胞质中表达，参与脂肪酸代谢。体内实验研究表明，肾脏L-FABP基因的表达受各种应激上调，导致肾小管间质损伤，尿液L-FABP 的排泄量增加，且与肾小管损害严重程度相关[50]。糖尿病患者由于长期高血糖和血流动力学的刺激引起肾微血管结构改变，氧化应激反应使体内蛋白质发生糖基化，产生大量稳定的糖基化终产物，肾小管间质缺血、缺氧加重，参与DN的发生和发展[51]。L-FABP可参与机体的氧化还原反应，清除体内活性氧类，发挥重要的抗氧化剂作用。在肾小管损伤时，体内L-FABP水平上调，尿液L-FABP排泄增加，是一个早期肾损伤的标志物[52]。研究表明，尿液L-FABP排泄量与肾间质损伤的严重程度相关[53]。尿液L-FABP在微量白蛋白正常阶段也能反映肾损伤，可作为早期识别DN的指标之一[54]。

2.8ZAG ZAG是一种新发现的脂肪细胞因子，分子量为43 000，在人体中发挥多种重要功能。ZAG与β3肾上腺素受体结合后刺激鸟苷三磷酸依赖的腺苷酸环化酶,从而刺激脂肪分解。ZAG在糖和脂代谢、精子的活动及胰岛素抵抗方面发挥重要作用[55]。长期高血糖引起的各种代谢和血流动力学紊乱使近端肾小管受到损伤，导致体内ZAG分泌增加。免疫组织化学分析表明，ZAG主要在人肾脏的肾小管中表达[56]。Schmitt等[57]对大鼠缺血再灌注损伤模型研究发现，血液中ZAG能促进肾脏细胞外基质分泌,增多的细胞外基质导致肾小球硬化和肾脏间质纤维化。有研究显示，尿液中ZAG与尿白蛋白/肌酐比值呈正相关，并早于尿微量白蛋白尿出现[58-59]。ZAG是早期DN潜在的生物标志物之一。

3 结 语

DN是糖尿病的一种慢性并发症，虽然与肾小球损害密切相关，但可能有单独的病理生理学机制。不同的代谢和非代谢因素损害了DN患者的肾小管功能，使肾小管出现一些特殊的组织学改变。微量白蛋白尿作为DN早期预测生物标志物有其局限性，仍需通过新的功能性或结构型肾小管生物因子的发现和临床评价来克服。导致肾小管间质改变的新的生物标志物可能是目前预测DN进展和预后较好的指标。在T2DM患者中，高水平肾小管生物标志物，如尿胱抑素C、骨膜蛋白、血管紧张素原、Kim-1、NGAL、L-FABP、MCP-1、ZAG反映了肾功能的下降。这表明，所有新的肾小管生物标志物将不再是评估GFR基线指标的简单代用指标，而是独立的预测肾病进展的标志物，并超过了由血清肌酐和其他常规危险因素提供的信息。但近年来关于这些生物标志物的相关研究仍存在一定的局限性，且很多机制尚不明确，需要大量的临床研究验证。针对糖尿病相关的肾损伤的特异性生物标志物相对有限，其缺点不可忽视，发现并验证早期诊断和预测DN的生物标志物对临床具有更重要的价值。