糖尿病肾病的早期尿液标志物进展
糖尿病肾病的早期尿液标志物进展
糖尿病是一种慢性疾病，影响世界范围内的3亿6 600万人(6.4%的成年人口)，预计到2030年人数将上升到5亿5 200万。随着病程的发展，糖尿病可并发包括微血管疾病在内的一系列疾病。
1 糖尿病肾病的发病机制及临床特点
糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病患者的微血管并发症之一，是慢性肾脏疾病(chronic kidney disease，CKD)和终末期肾病(end-stage renal disease，ESRD)的主要全球性病因，并且与增加死亡率、心血管疾病等风险相关。DN的发生发展受到诸多因素的影响，其潜在病理生理机制包括氧化应激、山梨醇醛糖还原酶的激活、晚期糖基化终产物的产生、细胞内蛋白激酶C的活性增加和细胞周期蛋白表达的改变。DN的进展与促炎症细胞因子有关，如IL-6、IL-1、TNF-α和IL-18。其他因素如肥胖、高血压和高脂血症在肾功能紊乱的发生中也起着重要作用。在病理上，肾小球系膜扩张、肾小球基底膜增厚、肾小球硬化等结构和功能异常为DN的特征。
DN的自然史特征是在长时间的临床静默期间进展，微量白蛋白尿(microalbuminuria，MA)和估计肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)是目前临床上诊断早期DN的较为认可的指标。MA是由肾小球毛细血管损伤引起的，是一般性血管功能障碍和白蛋白渗漏的标志物。然而，MA易受外界因素如运动、尿路感染、急性疾病和心力衰竭等的影响。基于血清肌酐浓度的eGFR还受到年龄、性别、种族和身体成分的基础上肌酐生成的变化的限制。除特异度不佳之外，其在预测早期DN中的灵敏度也受到了质疑。据文献报道，DN的组织病变在MA发展之前可能相当先进。只有约35%～45%的MA中的T2D患者在随后的6～10年将进展到显性肾病，而约1/3将自发恢复到正常白蛋白尿。DN的早期识别和治疗可使肾脏损害风险降低50%。因此，有必要提高无症状时肾功能受损的检测水平，寻找额外的生物标志物来提供更早期和更精确的反映临床静默期的DN病变，并更好地预测DN进展的风险。
2 糖尿病肾病标志物的研究现状
目前，有许多针对DN临床标志物的研究，包括蛋白质组学，代谢组学及基因组学。蛋白质组学是对整个蛋白质组或至少一个生物样品中表达的大量蛋白质的研究，尿液、血液均可被系统地应用于识别、量化所有可观察到的蛋白质功能。尿液已被公认为DN中蛋白质组学标志物最合适的样品，不仅仅因为尿液在肾脏中产生，且其还具有许多优点：⑴采集简单，无创；⑵尿标本稳定性好，可在Fi20C中保存多年；⑶尿蛋白组相当稳定；⑷尿样制备前的分析方法简单。
尿蛋白组学能够早期评估DN的危险性，以及能够预测其发展，因此需要更多的研究来证明尿蛋白组学在DN中的作用。研究常用的蛋白质组学技术包括二维凝胶电泳(two-dimensional gel electrophoresis，2-DE)、液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS)、表面增强激光解吸离子化飞行时间质谱(surface enhanced laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry，SELDI-TOF MS)、毛细管电泳用质谱法(capillary electrophoresis mass spectrometry，CE-MS)、蛋白质微阵列和芯片上的微流体技术。
3 主要的糖尿病肾病早期尿液标志物
目前，文献报道的DN尿液早期标志物有以下几种：
3.1 Nefin
Nefin是一种跨膜黏附蛋白，是存在于跨膜中黏附蛋白家族的免疫球蛋白，是肾小球滤过屏障的重要结构组分，定位在肾小球相邻足细胞之间的缝隙隔膜上。Nefin负责维持滤过屏障的完整性，以及通过滤过狭缝过滤小分子如葡萄糖和离子盐，而对大分子如大蛋白是相对不可渗透的。作为慢性高血糖的结果，足细胞过滤狭缝的损伤可导致蛋白尿，其特征表现为尿中排泄大量的蛋白质。研究证明，即使在白蛋白尿存在之前，也可以在尿中检测到Nefin。因此，尿Nefin可能是早期肾小球损伤的一个强有力的生物标志物。
3.2 中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL)
NGAL是脂蛋白钙超家族中的一种小蛋白质(25 KD)，主要在中性粒细胞中表达，易在尿液中排出和检测。它已被证明是一种可靠的急性肾损伤标志物，通常在损伤2～4 h内迅速上升，可作为早期AKI的可靠预测指标。研究认为，蛋白尿正常或轻微增加的糖尿病患者表现出NGAL的表达增加，提示肾小管和肾小球损伤可能发生在DN的早期阶段。因此，尿NGAL可作为检测DN的生物标志物。
3.3 肾损伤分子1(kidney injury molecule 1，KIM-1)
KIM-1是肾损伤后肾小球和肾小管上皮细胞中表达的1型跨膜糖蛋白。KIM-1在正常肾脏中是不可追踪的，但在受损肾脏中显著增加。据文献报道，KIM-1在急性肾小管坏死患者中的表达增加，并且尿中KIM-1水平与肾损伤的严重程度呈高度正相关。Aslan等关于2型糖尿病患者的研究显示尿KIM-1水平与尿微量白蛋白、血肌酐、尿素和血尿素氮呈正相关，从而提示KIM-1作为DN的非侵入性标志物的作用。还有研究也已表明eGFR降低与DN进展中KIM-1的增加呈负相关。因此，KIM-1有望作为肾损伤的敏感指标和预后标志物。
3.4 血清胱抑素C(cystatinC)
cystatinC是胱氨酸蛋白酶抑制剂家族的一种非糖基化的蛋白，分子量为133 KD。正常情况下，尿中不会有大量cystatinC。许多研究报道cystatinC是早期检测肾小管损伤和预测急性肾损伤进展的生物标志物。Kim等研究认为尿cystatinC是肾小管损伤的标志物，与2型糖尿病肾病患者eGFR的下降存在相关性。在最近的一项研究中，Vijay等观察cystatin C与白蛋白与肌酐比值(urinary albumin/creatinine ratio，UACR)的关系，随着DN从Ⅰ期至Ⅲ期的进展，cystatinC水平不断升高。因此，cystatinC可以作为白蛋白尿出现之前肾损害的早期标志物。
3.5 单核细胞趋化蛋白(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)
MCP-1是CC族趋化因子，和其他促炎性细胞因子一起在尿液中释放。MCP-1可通过肾小球系膜细胞在疾病或炎症反应下产生，由于炎症在肾脏疾病的发生发展中起着至关重要的作用，MCP-1可能是肾功能不全的早期生物标志物。据文献报道，MCP-1表达与DN的发生和发展之间有相关性，大量蛋白尿患者的MCP-1/肌酐显著高于正常白蛋白尿和微量白蛋白尿患者，且尿MCP-1与eGFR下降率相关。因此，可以认为MCP-1可以作为DN的早期标志物。
3.6 巢蛋白
巢蛋白是一种细胞骨架中间丝蛋白，被限制在成人肾脏的足细胞中，在肾脏发育过程中由肾小球内皮细胞祖细胞和近端肾小管上皮细胞表达。Su等研究了蛋白尿患者的各种肾病活组织中的巢蛋白表达与足细胞功能障碍的可能意义。这项研究的结果表明，由于各种肾病导致肾脏足细胞的损伤可导致巢蛋白表达的显著降低。有研究表明蛋白尿程度与巢蛋白呈负相关，提示中间丝蛋白巢蛋白与DN的发生有关。因此，巢蛋白可能是早期DN的标志物之一。
3.7 尿免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G4(IgG4)和SMAD1
IgM是浆细胞分泌的抗体，是人类最大的抗体，由于其分子半径大，尿中IgM的出现表明肾小球毛细血管壁中存在一个大的、非选择性的孔径。有研究发现2型糖尿病患者的肾脏存活与尿IgM排泄呈负相关，这表明对于有白蛋白尿的2型糖尿病患者，高尿IgM排泄能更好地预测肾功能下降。IgG是由浆细胞合成和分泌的蛋白质，它的分子量为150 KD，大于白蛋白。据文献报道，糖尿病患者尿IgG排泄量与健康对照组相比更高，其在正常白蛋白尿的糖尿病患者中的排泄预示了微量白蛋白尿的发生。尿IgG4水平与外周肾小球基底膜表面密度[SV(PGBM/GLOM)]显著相关，SMAD1则与肾小球系膜扩张程度相关，均为DN经典病理学表现。基线eGFR在各组之间无差异，但基线尿IgG4和SMAD1水平的升高预测了没有大量蛋白尿患者eGFR下降的后期发展。因此，尿IgM，IgG和SMAD1有望成为早期DN的有效标志物。
3.8 Ⅳ型胶原
Ⅳ型胶原是肾小球基底膜和管状基底膜的主要成分，也是肾小球系膜基质的主要成分。Tomino等的研究注意到随着DN的进展，Ⅳ型胶原的尿排泄逐渐增加。Iijima等在T1D和T2D患者的随访研究中，发现非白蛋白尿患者的尿Ⅳ型胶原排泄量显著减少，而发生MA的患者Ⅳ型胶原排泄增加更多，提示尿Ⅳ型胶原是检测DN进展的标志物。
3.9 尿Podocalyxin(PCX)
PCX是一种与CD34和内糖蛋白最密切相关的涎黏蛋白，在足细胞表面表达，它有助于足细胞形状的维持和缝隙膜片的变形。足细胞覆盖于肾小球GBM的外表面，起到滤过屏障的作用。在DN早期，GBM的足细胞脱离，因此，足细胞损伤的生物标志物有望用于检测早期DN。在多种肾脏损伤过程中，足细胞嘌呤从足细胞蜕入尿液中，尿PCX可反映足细胞损伤的程度。据文献报道，与正常对照组相比，2型糖尿病患者的尿PCX水平显著升高。因此，尿PCX有望用于早期DN的检测。
3.10 尿管状生物标志物(liver-type fatty acid-binding protein，L-FABP)
L-FABP是在病理生理条件下产生的氧化应激过程中的有效内源性抗氧化剂，在肾近端小管中表达。研究认为尿中L-FABP水平随着DN的进展逐步升高，即使在正常白蛋白尿患者中水平也很高，尿L-FABP准确地反映了DN的严重程度，并且可能是其早期检测合适的生物标志物。
3.11 尿水通道蛋白(aquaporins，AQP5)
水通道蛋白是一组参与水分转运的跨膜蛋白，其中AQP5位于多种器官细胞膜表面，其主要功能是参与水转运，参与腺体分泌。在正常人的肾脏中并不能检测到AQP5。据文献报道，尿AQP5在DN中显著高于对照组，在DN Ⅴ期显著高于Ⅲ期。因此，AQP5可作为DN的生物标志物，对DN的诊断和预后有参考价值。
3.12 尿血红素氧合酶-1(heme oxygenase-1，UHO-1)
UHO-1是血红素分解代谢的必需酶，是催化血红素转化为胆绿素、一氧化碳和铁的限速步骤，作为抗氧化剂和强有力的抗炎性蛋白在氧化损伤过程中发挥作用，而氧化应激的激活是DN的重要介质。在氧化应激条件下，UHO-1在维持肾功能和保护肾脏结构方面起着关键作用。据文献报道，在显著白蛋白尿出现之前，2型糖尿病患者中的UHO-1水平升高，并且与DN患者的肾脏病变有关。更重要的是，正常白蛋白尿的糖尿病患者中UHO-1/肌酐水平显著升高。因此，UHO-1可作为DN的早期生物标志物。
DN的发病机制尚不完全清楚，但普遍认为涉及多种机制，因此，蛋白质组学等多标记技术可能是探索DN的理想途径。尽管已经鉴定出许多潜在的蛋白质组生物标志物对DN具有预测或诊断作用，但因缺乏大量前瞻性队列中的验证以及用于风险分层的临床应用的证据，这些生物标志物很少应用于临床。因此，这些生物标志物还需进行彻底评估，以成为临床实践的一部分。这也将为早期治疗干预提供机会，以预防或延迟不可逆转的长期并发症的发生。
总之，尿液蛋白质组学为DN的发病机制探索开辟了一些令人兴奋的途径，并且我们可以期待其在早期DN的诊断中得到临床应用。
引用: 张杭, 郑文文, 周心禾, 等. 糖尿病肾病的早期尿液标志物进展 [J] . 中国医师杂志,2020,22 (06): 949-952.
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