急性肾损伤早期的分子标志物NGAL

分子诊断与治疗杂志2009年7月第1卷第2期JMolDiagnTher,July2009,Vol.1No.2急性肾损伤（acutekidneyinjury，AKI）是由各种原因引起的肾功能在短时间（几小时至几天）内突然下降而出现的临床综合症。肾功能下降可发生在原来无肾功能不全的患者，也可发生在原已稳定的慢性肾病（chronickidneydisease，CKD）患者。据报道大概有5%~30%的疾病在不同时期都会出现，给临床的治疗工作带来巨大的破坏。其主要发病原因就是肾灌注量减少导致血流动力学介导的肾小球滤过率降低引起肾脏局部缺血和再灌注损伤，但不存在肾实质损伤。如果能及时纠正肾灌注量减少，则能逆转血流动力学损害，使肾功能迅速恢复。否则可发生细胞明显损伤而导致急性肾小管坏死（acutetubularnecrsis，ATN）［1］。随着科技的发展，临床的治疗及监护水平均有了很大提高，但AKI及其由此引发的合并症发病率仍居高不下，主要原因就是缺乏早期就能对其作出及时反应的特异性生物指标。大量研究表明中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophilgelatinase-assocliatedlipocalin，NGAL）可以较好地解决这一难题。1NGAL的结构特点NGAL是lipocalin家族的新成员，是1993年在人急性肾损伤早期的分子标志物——NGAL王彩纹（综述）王小中（审校）[摘要]急性肾损伤（AKI）是由各种原因引起的肾功能在短时间（几小时至几天）内突然下降而出现的临床综合症。由于早期缺乏特异性的生物指标，给该病的早期治疗带来障碍。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）是lipocalin家族的新成员，其结构与功能研究进展为人瞩目，众多研究表明NGAL基因可能是人类的一种重要的癌基因和一种重要的细菌抑制剂；NGAL还参与肾小管上皮细胞的发生及功能调控，对肾脏功能的诊断价值比传统的急性肾衰竭（ARF）实验室指标血肌酐更为快速和准确，是AKI最强有力的预测因子。［关键词］急性肾损伤；分子标志物；NGALNeutrophilgelatinase-assocliatedlipocalin(NGAL)asanearlybiomarkerforacutekidneyinjuryWANGCaiwen,WANGXiaozhong(Departmentoflaboratorymedicine,The2ndaffiliatedhospitalofNanchangUniversity,Jiangxi,Nanchang330006,China)[ABSTRACT]Acutekidneyinjury(AKI)isasyndromecharacterizedbylossoffunctioninashorttime(hourstodays).ThescarcityofearlybiomarkerforAKIhashinderedourabilitytolaunchtherapyforthisdisease.Neutrophilgelatinase-assocliatedlipocalin(NGAL)isanewmemberoflipocalinfamily.Ithasbeenimplicatedasacellsurvivalfactorinmanykindsoftumorsandanovelirontransporter.NGALintheurineisanearliermarkerthancreatinineinserumfromacuterenalfailurepatients.StudiesshowthatNGALasaearlybiomarkerforacuterenalfailurecanbedetectedintheurine.ThearticlereviewsthebiologicalfunctionofNGAL.[KEYWORDS]Acutekidneyinjury（AKI）;Biomarker;NGAL基金项目：江西省卫生厅课题（No.20061109）；江西省教育厅课题（赣教技字[2007]100号）作者单位：南昌大学第二附属医院检验科，江西，南昌330006·综述···125分子诊断与治疗杂志2009年7月第1卷第2期JMolDiagnTher,July2009,Vol.1No.2中性粒细胞中被发现的[2]，NGAL与明胶酶B，即MMP-9的功能密切相关。研究表明，机体在有害条件（如：X-ray或H2O2）的诱导下，NGAL的表达会大大提高，并且这种提高在HepG2细胞中也能检测到。有趣的是，在经过H2O2治疗后出现的NGAL高表达又会随着还原剂的增加而渐渐消除。这清楚地显示NGAL的表达是由活性氧化剂诱导的，因此，NGAL也被作为一种鉴别机体内氧化强度的一种生物指标［3，4］。NGAL基因的全长5869bp，其中包括l695bp的5’端非转录区，178bp的3’端非转录区及由七个外显子和六个内含子构成的3696bp的原初转录区（primerytranscribedregion）［2］，其cDNA全序列由63bp的5’端非翻译区和591bp的编码区组成，编码含197个氨基酸残基的肽链。NGAL蛋白的分子量为25kD。在中性粒细胞的一些特殊颗粒中NGAL蛋白与明胶酶（MMP-9）共价结合，形成1351kD的异二聚体，而在中性粒细胞另一些特殊颗粒中NGAL与明胶酶无关。以往的研究显示NGAL可能参与多样的生化过程，涉及胚胎发育、细胞分化、炎症免疫应答、细胞凋亡、脂质代谢、肿瘤的发生发展等等［5］。人们观察到它通过结合细菌分泌的一种铁离子配合物，扣留铁离子以干扰细菌能量代谢，从而抑制细菌生长。这种结合具有高度的亲和力，主要以氢键和范德华力维系，形成牢固的NGAL·Fe·Ent这一三元复合物［6］。因此，可以认为NGAL是免疫系统中参与干扰细菌代谢的一个抗菌蛋白。2NGAL在人体正常组织中的分布与功能研究显示，机体在生理状态下，NGAL除了在中性粒细胞表达外，还在其他一些组织细胞中也有表达，如小肠潘氏细胞、肝胆管细胞、肾近曲小管细胞、胃壁细胞等。而在脑及周围神经、心脏等组织细胞中的表达却呈阴性[7]。鉴于NGAL的功能尚不完全清楚，推测其可能具有以下两方面的作用：首先，NGAL存在于一些与防御微生物有关的细胞如小肠的潘氏细胞中，表明与先天性宿主防御功能有关。而潘氏细胞中NGAL的作用可能是通过与小肠中微生物竞争对铁的吸收而抑制微生物的生长[8]；其次，NGAL在胸腺由上皮细胞构成的Hassall’s小体亦高表达，鉴于T细胞的成熟需要胸腺上皮细胞的参与，并且还需要一些特异的细胞黏附分子和细胞因子，推测NGAL可能为其中之一[9]。3NGAL与急性肾损伤肾脏的发育因受输尿管芽分泌因子的控制，是由间质细胞向上皮细胞转化。研究发现NGAL就是诱导上皮细胞形成输尿管芽分泌因子之一。近期研究还显示NGAL具有类似于转铁蛋白的铁转运功能，主要被早期的原始肾上皮细胞摄取，通过介导铁的转运促进原始肾上皮细胞的成熟[10]。NGAL是一种小型且较隐秘的多肽（polypeptide），因此能直接从尿液中检测出来，且作为近似纯洁的免疫反应肽，其所需的标本量非常少。有研究表明，小鼠在被诱导肾脏受损后所排出的小便中，仅仅1μL的尿液就能检测到NGAL的变化，而且改变非常明显，即使是处于很轻微的“亚临床”型肾缺血［15，16］。在现有的医学模式中，对急性肾损伤的主要诊断依据是监测氮质废物血肌酐的含量，但血肌酐在急性肾功能改变期间却往往并不可靠，因为它常常要等到肾功能下降50％以后才会发生改变；另外血酐酶要等到肾功能降低到一个比较稳定的程度才能正确地反映肾脏的状况，而这往往要等到肾功能发生改变几天以后［12］。另有研究显示，肾脏受损因子（kidneyinjurymolecule-1，KIM-1）在肾功能受损后24~48h期间，其在血液中的表达会明显升高，并且在因急性肾小管坏死而引起肾脏供血不足的患者的尿液中也能被检测到。但进一步研究发现，这种指标在患者处于稳定的缺血性肾损害时改变却并不明显［13］。大量研究证明，肾脏在顺铂诱导的肾脏急性损伤后约2h就能在尿中检测到NGAL，而检测出血肌酐明显改变要在等到3~4d后，同样在肾脏急性缺血再灌注损伤后3h在尿中也能检测到NGAL［15］。儿童心脏手术后发生急性肾功能衰竭的患者在手术后2h血、尿NGAL的浓度明显升高，而血肌酐明显升高则要等到1~3d后[16]。NGAL不仅存在于尿液中，同样也存在于血浆中，已有实验证明血浆中NGAL的浓度正常值为1~1000μg/L。血浆中NGAL浓度的测定对AKI的早期诊断将更加有利，因为它既能避免因极度少尿带来的麻烦，又能减轻因治疗而使用利尿药等带来的干扰。对NGAL诱导因素的检测就是对肾脏近曲小管细胞因血容量减少而产生的一系列反应的阐述，而且这种反应并不仅仅来源于被激活中性粒细胞。首先，··126分子诊断与治疗杂志2009年7月第1卷第2期JMolDiagnTher,July2009,Vol.1No.2这种反应的速度非常快，NGAL在肾脏有效血流量减少后2h就能被检测到（即在肾脏缺血性损伤后第一次排出体外的尿液）。而在缺血性急性肾衰竭（acuterenalfailure，ARF）中，中性粒细胞聚集现象常要等到4h后才能被检测到［16］。其次，NGAL感应现象和中性粒细胞聚集现象的发生也不同步，NGALmRNA和蛋白质的表达在再灌注后12h达最大值，而中性粒细胞聚集在24h左右达最大值，这个时候NGAL值已明显回落。第三，在无NGAL表达的肾脏活检样品中，用免疫荧光定量方法能检测到中性粒细胞［17］。研究显示，向肾脏缺血再灌注损伤的小鼠体内注射重组的NGAL，NGAL迅速聚集并被小管细胞吸收。24h后NGAL注射组缺血再灌注损伤引起的肾小管组织病理学损伤明显比未注射的轻，体内血肌酐显著下降。这意味着体内注射重组的NGAL可减轻小鼠肾脏缺血再灌注所引起的肾小管损伤，为保护损伤的肾小管提供了重要的思路［18］。生理情况下，NGAL在体内的一些器官的表达很低，包括肾脏在内。但在肾脏缺血再灌注损伤（ischemic-reperfusion，I/R）发生时，NGAL的表达会显著升高，这可能是机体在肾脏I/R后启动的一种保护机制。已有动物实验研究发现，体内注射重组的NGAL可减轻小鼠I/R所引起的肾小管损伤，原因可能是损伤后的肾小管上皮细胞表达的NGAL可诱导肾小管间质中浸润的中性粒细胞发生凋亡以保护肾组织免受炎症细胞的侵害，同时NGAL可诱导肾间充质细胞向肾小管上皮细胞转化，使肾小管上皮细胞再生［17］。研究显示单侧肾脏切除，另一侧肾蒂不作夹闭处理，只游离小鼠NGALmRNA表达较低；缺血再灌注前不给予任何处理组的表达较前一组显著升高。同时发现NGALmRNA的表达在再灌注2h即可升高，再灌注6h可达高峰，12h时则呈下降趋势［18］。总之，就急性肾损伤来说，NGAL是一种新型的敏感的生物指标。这对于今后在临床工作中，对肾脏的早期损害作出正确的早期判断、提高急性肾损伤的治疗效果非常重要。参考文献[1]JayaMishra,QingMa,AnnePrada,etal.IdentificationofNGALasanovelearlyurinarybiomarkerforischemicrenalinjury[J].AmSocNephrol,2003(14):2534-2543.[2]KjeldsenL,JohnsenAH,Sengelov,etal.IsolationandprimarystuctureofNGAL,anovelproteinassociatedwithneutrophilgelatinase[J].BiolChem,1993,268(14):10425-10432.[3]MehryarHabibi,YoshikazuTaisukeB,etal.Oxidat