中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白与慢性肾脏病

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第二军医大学学报2015年3月第36卷第3期http://www.ajsmmu.cn·304·AcademicJournalofSecondMilitaryMedicalUniversity,Mar.2015,Vol.36,No.3DOI:10.3724/SP.J.1008.2015.00304·综述·中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白与慢性肾脏病徐德超,高翔,梅长林*第二军医大学长征医院解放军肾脏病研究所,上海200003[摘要]慢性肾脏病(chronickidneydisease,CKD)在普通人群的发病率约为10%~16%,死亡率及心血管疾病发生风险高,带来沉重的医疗负担。近期研究发现,中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophilgelatinase-associatedlipocalin,NGAL)与CKD有紧密联系,提示其在慢性肾脏病的诊断、治疗和监测等多方面具有重要价值。本文就NGAL的生物学功能、来源、结构形式及其在CKD中作用的相关研究进展作一综述。[关键词]慢性肾疾病;中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白;急性肾损伤[中图分类号]R692[文献标志码]A[文章编号]0258-879X(2015)03-0304-05Neutrophilgelatinase-associatedlipocalinandchronickidneydisease:aliteraturereviewXUDe-chao,GAOXiang,MEIChang-lin*NephrologyInstituteofPLA,ChangzhengHospital,SecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200003,China[Abstract]Chronickidneydisease(CKD)isacommondiseasewithanestimatedprevalenceof10%-16%inthegeneralpopulation.Withhighmortalityandhighriskofcardiovasculardisease,CKDimposessubstantialcostburden.Recentstudieshaveshownthatneutrophilgelatinase-associatedlipocalin(NGAL)istightlyassociatedwithCKD,suggestingthatithasanimportantroleinthediagnosis,treatmentandmonitoringofCKD.Thispaperreviewedtheprogressinthebiologicalfunction,originality,structure,androleinCKDofNGAL.[Keywords]chronickidneydiseases;neutrophilgelatinase-associatedlipocalin;acutekidneyinjury[AcadJSecMilMedUniv,2015,36(3):304-308]根据2012年KDIGO慢性肾脏病(chronickid-1NGAL的生物学功能neydisease,CKD)评估及管理临床实践指南,慢性肾脏病定义为:对健康有潜在危害的肾脏结构或功NGAL为Lipocalin超家族成员,是从人中性粒能改变,持续时间大于3个月。CKD在普通人群的细胞继发颗粒中分离出来的新型蛋白分子,相对分[1]发病率大约在10%~16%,死亡率及心血管疾病子质量为25000,可共价结合于源于中性粒细胞的[2][4]发生风险高,带来沉重的医疗负担。目前对于明胶酶。NGALmRNA可在正常人的多种组织CKD的诊断主要还是依据估算肾小球滤过率(eG-中表达,如骨髓、输尿管、前列腺、胃、大肠、气管、肺[5]FR)和蛋白尿等传统指标,由于肌酐和尿蛋白影响脏、肝脏和肾脏等。NGAL基因的启动子序列中因素较多,其对CKD的评价具有一定局限性。存在包括NF-κB在内的多种转录因子的结合位点,中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophil因此某些组织(肝脏、肾脏、大肠、肺)上皮细胞损伤[6]gelatinase-associatedlipocalin,NGAL)作为急性肾时可释放NF-κB,从而诱导产生NGAL。NGAL损伤(acutekidneyinjury,AKI)的早期诊断标记物参与铁代谢,在细胞内可以结合铁元素,导致细胞内[3]已得到大量研究的证实。近期研究发现,NGAL铁耗竭,从而发挥抗菌、促进凋亡及抑制增殖的作与CKD也有紧密联系,本文拟对NGAL在CKD中用;其还具有转铁蛋白的功能,可结合细胞外铁,进作用的相关研究进展作一综述。入细胞内,激活细胞内的铁依赖基因调节通路,促进[收稿日期]2014-11-06[接受日期]2014-12-18[基金项目]上海市科委重大基础研究项目(12DJ1400300).SupportedbyKeyProgramofShanghaiScienceandTechnologyCommittee(12DJ1400300).[作者简介]徐德超,硕士生.E-mail:xudechao08@163.com*通信作者(Correspondingauthor).Tel:021-81885193,E-mail:chlmei1954@126.com 第3期.徐德超,等.中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白与慢性肾脏病·305·[3]上皮化和刺激增生。同时,NGAL可抵消金属蛋(25000),同二聚体型(45000),异二聚体型[12][13]白酶-1组织抑制剂对基质金属蛋白酶9(MMP-9)的(135000)。Cai等发现,AKI患者尿液中的抑制效应,从而促进MMP-9降解细胞外基质,可能NGAL主要为单体型,来源于肾小管上皮细胞,而[7]参与肿瘤细胞的转移过程。尿路感染患者尿液中NGAL主要为二聚体型,来源[14]于中性粒细胞。Nickolas等研究发现,单体型2NGAL的来源NGAL与CKD患者肾小管间质的损伤密切相关。2.1血液NGAL来源正常人体液中所含的由此推断,针对不同结构形式的NGAL进行检测,NGAL浓度值较低,血液中浓度在20ng/mL左右,可能更有利于提高其对肾脏疾病诊断的特异性。然大部分来源于中性粒细胞分泌,较少的一部分来源而目前上市的试剂盒尚不能对NGAL的来源加以于肝脏、脾脏和肾脏的分泌,肾脏的滤过清除作用使区分(中性粒细胞来源或小管上皮细胞来源),尽管[8]血液NGAL水平保持稳定。动物研究发现,夹闭目前针对二聚体型NGAL的检测方法已有所进展,单侧肾动脉建立肾缺血再灌注模型,从同侧肾静脉[12]但对单体型NGAL的检测仍然面临较大挑战。采血测得的NGAL浓度不如预期高,而从同侧输尿管中收集尿液测得的NGAL浓度较高,这提示AKI4NGAL与AKI时血液NGAL水平升高的主要来源可能并不是肾发生AKI时,血液和尿液中的NGAL浓度会增脏,而是由于AKI导致远隔器官(尤其是肝脏和肺高。NGAL被认为是新一代AKI早期诊断生物标记[9][10]脏)产生系统效应的结果。有研究认为,CKD[10]物,这在多种类型的AKI临床研究中已得到证实,患者血液中NGAL浓度升高是由肾小管慢性损伤[15]如:心脏手术后AKI、造影剂诱导AKI而非肾功能下降导致的NGAL滤过减少造成的。[16][17](CI-AKI)、脓毒症导致的AKI及梗阻性肾病导[11]但近期Rau等研究发现,无肾脏透析者和肾脏透[18]致的AKI。NGAL在评价AKI的发生风险、严重析者血液中NGAL浓度差异没有统计学意义,提示程度、持续时间及病情预后等方面也有重要意在透析患者中,血液中NGAL的主要来源并非肾[19-21]义。AKI是发生CKD的危险因素之一,Ko脏,慢性炎症反应可能是血液NGAL水平升高的主[22]等研究发现,AKI后的持续炎症和免疫反应可导要因素。致CKD的发生,在AKI向CKD转变的这一过程中,2.2尿液NGAL来源血液中NGAL经肾小球NGAL基因处于高表达状态,可能提示AKI后滤过后大部分由近端小管经细胞内吞作用重吸收,NGAL的持续高表达有预测AKI向CKD转变的故正常人尿液中NGAL浓度也较低,维持在作用。20ng/mL左右。研究表明,当发生AKI时,远端肾单位(特别是Henle’s襻的升支粗段和集合管)会快5NGAL与CKD速大量表达NGAL并分泌到尿液中,成为AKI患[9]。存在蛋白尿而肾功能NGAL不仅可作为AKI的早期诊断生物标记者尿液NGAL的主要来源物,而且在CKD中也具有重要的临床意义。NGAL未恶化的CKD患者,其尿液中NGAL来源可能是一个系统变化的过程[10]:蛋白尿初期,由肾小球滤过的可在多种病因导致的CKD患者血液或尿液中高表大量蛋白导致近端小管蛋白转运能力饱和,从而使近达,其中包括IgA肾病、狼疮性肾炎、多囊肾病和多[23-26]端小管对NGAL重吸收相对减少,造成尿液中发性骨髓瘤相关性肾病等,提示NGAL与NGAL水平增加;随着蛋白尿对肾小管损伤持续加CKD的联系紧密。[27]重,肾小管上皮细胞不断凋亡的同时也激活肾小管上5.1NGAL评估CKD发病风险Bhavsar等以皮细胞分泌大量NGAL来对抗蛋白尿的损伤效应,从社区动脉粥样硬化风险(ARIC)研究人群为基础进而进一步导致尿液中NGAL水平升高;随着CKD病行1∶1巢式病例对照研究发现,尿液NGAL高基情不断进展,肾小管间质不断损伤和修复,导致大量线水平与进入CKD3期的发病风险相关。与之不[28]NGAL由肾小管分泌到尿液中,成为尿液NGAL的同的是,Peralta等以多种族动脉粥样硬化主要来源。(MESA)研究人群为基础同样进行1∶1巢式病例对照研究发现,尿液NGAL高水平与进入CKD33NGAL的结构形式期的发病风险无关。对于以上两项研究结论的差NGAL主要存在以下3种结构形式:单体型异,基线尿蛋白水平可能做出部分解释。尿蛋白水 ·306·第二军医大学学报2015年3月,第36卷[36]平与CKD发生发展密切相关,而蛋白尿程度与尿液作用,这一点值得关注。Hasegawa等开展的一[10][27]NGAL水平也同样密切相关。Bhavsar等纳项透析前CKD患者的队列研究发现,尿液NGAL入病例的基线尿白蛋白肌酐比≤30mg/g,而在水平对CKD患者心血管事件的发生有预测作用。[28][37]Peralta等的研究中,尿白蛋白肌酐比≥30mg/gLiu等以CRCI研究人群为基础研究发现,尿液的病例占到17%,这可能是导致二者研究结果之间差NGAL水平与成人CKD患者缺血性动脉粥样硬化异的因素之一。因此,在限定既往研究已认同CKD事件发生率相关,但与心力衰竭和全因死亡事件的危险因素(高血压、糖尿病、蛋白尿等)后,再评价发生无关。提示NGAL对CKD患者心血管事件的NGAL与CKD发生风险的相关性可能更有意义。发生有预测作用,可以作为评价CKD心血管事件发5.2NGAL早期诊断CKD多项横断面研究发生的生物学指标。[29-30][23]现,尿液中NGAL水平与肾小球滤过率(GFR)5.5NGAL监测CKD治疗效果Ding等研究及肾实质损伤的严重程度相关。近期Stelmach-发现,对雷公藤和贝那普利治疗反应较好的IgA肾[31]Goldys等开展的一项纳入46例意义不明的单克病,治疗后其尿液NGAL浓度会下降,而治疗反应隆巨球蛋白血症(MGUS)患者的研究发现,虽然没较差的IgA肾病,尿液NGAL水平下降不明显。[38]有临床和实验室表现,但MGUS患者的肾功能已经Kuwabara等研究发现,微小病变、狼疮性肾炎(V受损,MGUS患者尿液中的NGAL浓度较对照组型)、新月体肾炎和间质性肾炎的患者给予激素和免高,可以考虑作为肾脏损伤的早期标记物。当然,疫抑制剂治疗后,尿液中NGAL和蛋白尿水平显著NGAL可否用于CKD的早期诊断还有待进一步的下降。这些研究提示尿液NGAL在监测疾病活动研究。和治疗效果方面可能具有临床意义,但NGAL在监5.3NGAL评价CKD病情进展在一项纳入63测CKD治疗效果方面的意义还有待多中心大样本[32]例1型糖尿病患者的研究中,Nielsen等发现尿的临床研究来加以验证。液NGAL高水平组的GFR下降速度比对照组更5.6NGAL与CKD基础上AKI的发生一般人快,但在校正其他CKD进展因素后,高NGAL水平群AKI罹患率较低,而CKD患者因其存在肾脏病[33]不是CKD进展的独立危险因素。而Nielsen等变基础,发生AKI的风险要高于普通人群。CKD在另外一项纳入78例1型糖尿病患者的队列研究患者发生AKI,临床上称之为CKD基础上AKI。中发现,尿液NGAL水平与GFR下降无关,在未校目前,NGAL在AKI和CKD患者中的临床意义已正其他进展因素的情况下,NGAL水平与终末期肾得到大量研究的证实,但NGAL对于CKD基础上[25][39]病(ESRD)的发生风险相关。Parikh等在一项针AKI的临床意义还不十分明确。近期,Doi等开对多囊肾病患者的研究中发现,尿液NGAL水平与展了一项心脏大手术后发生AKI的研究发现,CKD肾脏体积和肾功能的改变均不相关。近期,Liu患者术前高血浆NGAL水平是术后发生AKI的独[34]等以CRIC研究人群为基础研究发现,尿液立危险因素,CKD患者术后发生AKI,其NGAL值NGAL水平与CKD进展(GFR下降一半或发生会在CKD的基础之上进一步升高,可能对CKD基ESRD)密切相关,尿液NGAL水平是评价多种病因础上AKI的诊断有一定的指导意义。Tasanarong[40]CKD患者病情进展的独立危险因素。Donadio等研究表明,当CKD患者造影术后发生对比剂[30]等开展的一项包括310例CKD患者(CKD1~5诱发的AKI(CI-AKI)时,其尿液NGAL水平及造期)的横断面研究发现,血浆NGAL水平从CKD2影前后尿液NGAL的差值都要显著高于非CI-AKI期患者开始显著增高,并随着CKD分期的进展而不组,造影后6h尿液NGAL取117ng/mL为cut-off断升高,而尿液中NGAL水平在CKD4期才开始界值时,诊断CI-AKI的敏感性为94%,特异性为显著增高。这些研究提示在评价CKD进展方面,78%,当取264ng/mL为cut-off界值时,其诊断ⅡNGAL可能存在重要检测意义,但还有待多中心大期CI-AKI的敏感性为100%,特异性为87%。结果样本的临床研究来加以验证。表明尿液NGAL水平不仅可用来早期监测CKD患5.4NGAL评价CKD患者并发症心血管事件者CI-AKI的发生,并且对CKD患者发生CI-AKI[35]是CKD患者的常见并发症,研究表明NGAL在严重程度的评定也具有预测意义。但是目前针对动脉粥样硬化和腹主动脉瘤的患者中有较高的表NAGL在CKD基础上AKI中的研究还较少,达,NGAL是否对CKD患者心血管并发症有预测NGAL在这一类疾病中的临床意义也不十分明确, 第3期.徐德超,等.中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白与慢性肾脏病·307·有待大量的临床研究加以验证。ciatedlipocalin(NGAL)asamarkerofkidneydamage[J].AmJKidneyDis,2008,52:595-605.综上所述,NGAL具有多种生物学效应,在肾[11]RauS,HabichtA,KaukeT,HillmerA,WesselyM,脏病的发生、发展中发挥着重要作用。近20年的研StanglM,etal.Neutrophilgelatinase-associatedli-究发现,NGAL对于AKI患者具有重要的临床检测pocalinandend-stagerenaldisease:itisnotallabout意义。近期研究表明,NGAL与CKD关系密切,提thekidneys![J].EurJClinInvest,2013,43:816-示其在CKD的诊断、治疗和监测等多方面具有重要820.价值,但目前此方面研究的质量还不尽如人意,[12]MartenssonJ,BellomoR.TheriseandfallofNGALinacutekidneyinjury[J].BloodPurif,2014,37:304-NGAL在CKD中的应用价值还需要更多的大样本310.临床研究来加以论证。[13]CaiL,RubinJ,HanW,VengeP,XuS.TheoriginofmultiplemolecularformsinurineofHNL/NGAL6利益冲突[J].ClinJAmSocNephrol,2010,5:2229-2235.所有作者声明本文不涉及任何利益冲突。[14]NickolasTL,ForsterCS,SiseME,BaraschN,ValleDS,ViltardM,etal.NGAL(Lcn2)monomer[参考文献]isassociatedwithtubulointerstitialdamageinchronickidneydisease[J].KidneyInt,2012,82:718-722.[1]CoreshJ,SelvinE,StevensLA,ManziJ,KusekJ[15]KoynerJL,GargAX,CocaSG,SintK,Thiessen-W,EggersP,etal.Prevalenceofchronickidneydis-PhilbrookH,PatelUD,etal.BiomarkerspredicteaseintheUnitedStates[J].JAMA,2007,298:2038-progressionofacutekidneyinjuryaftercardiacsurgery2047.[J].JAmSocNephrol,2012,23:905-914.[2]GoAS,ChertowGM,FanD,McCullochCE,Hsu[16]BriguoriC,QuintavalleC,DonnarummaE,CondorelliCY.Chronickidneydiseaseandtherisksofdeath,G.Novelbiomarkersforcontrast-inducedacutekidneycardiovascularevents,andhospitalization[J].NEnglJinjury[J].BiomedResInt,2014,2014:568738.Med,2004,351:1296-1305.[17]KatagiriD,DoiK,MatsubaraT,NegishiK,Hamasa-[3]DevarajanP.Neutrophilgelatinase-associatedlipoca-kiY,NakamuraK,etal.Newbiomarkerpaneloflin:apromisingbiomarkerforhumanacutekidneyin-plasmaneutrophilgelatinase-associatedlipocalinandjury[J].BiomarkMed,2010,4:265-280.endotoxinactivityassayfordetectingsepsisinacute[4]FlowerDR,NorthAC,SansomCE.Thelipocalinkidneyinjury[J].JCritCare,2013,28:564-570.proteinfamily:structuralandsequenceoverview[J].[18]UrbschatA,GauerS,PaulusP,ReissigM,WeipertBiochimBiophysActa,2000,1482(1-2):9-24.[5]CowlandJB,BorregaardN.Molecularcharacteriza-C,Ramos-LopezE,etal.SerumandurinaryNGALbutnotKIM-1raisesinhumanpostrenalAKI[J].EurtionandpatternoftissueexpressionofthegeneforJClinInvest,2014,44:652-659.neutrophilgelatinase-associatedlipocalinfromhumans[19]BennettM,DentCL,MaQ,DastralaS,GrenierF,[J].Genomics,1997,45:17-23.[6]MeldrumKK,HileK,MeldrumDR,CroneJA,WorkmanR,etal.UrineNGALpredictsseverityofa-cutekidneyinjuryaftercardiacsurgery:aprospectiveGearhartJP,BurnettAL.Simulatedischemiainducesrenaltubularcellapoptosisthroughanuclearfactor-κBstudy[J].ClinJAmSocNephrol,2008,3:665-673.[20]Haase-FielitzA,BellomoR,DevarajanP,BennettM,dependentmechanism[J].JUrol,2002,168:248-252.StoryD,MatalanisG,etal.Thepredictiveperform-[7]YangJ,MosesMA.Lipocalin2:amultifacetedmod-anceofplasmaneutrophilgelatinase-associatedlipocalin(NGAL)increaseswithgradeofacutekidneyinjuryulatorofhumancancer[J].CellCycle,2009,8:2347-[J].NephrolDialTransplant,2009,24:3349-3354.2352.[8]ParagasN,QiuA,HollmenM,NickolasTL,De-[21]HaaseM,BellomoR,DevarajanP,SchlattmannP,varajanP,BaraschJ.NGAL-Siderocalininkidneydis-Haase-FielitzA;NGALMeta-analysisInvestigatorease[J].BiochimBiophysActa,2012,1823:1451-Group.Accuracyofneutrophilgelatinase-associatedli-1458.pocalin(NGAL)indiagnosisandprognosisinacute[9]Schmidt-OttKM,MoriK,LiJY,KalandadzeA,kidneyinjury:asystematicreviewandmeta-analysisCohenDJ,DevarajanP,etal.Dualactionofneutro-[J].AmJKidneyDis,2009,54:1012-1024.philgelatinase-associatedlipocalin[J].JAmSocNeph-[22]KoGJ,GrigoryevDN,LinfertD,JangHR,Wat-rol,2007,18:407-413.kinsT,CheadleC,etal.Transcriptionalanalysisof[10]BolignanoD,DonatoV,CoppolinoG,CampoS,Bue-kidneysduringrepairfromAKIrevealspossiblerolesmiA,LacquanitiA,etal.Neutrophilgelatinase-asso-forNGALandKIM-1asbiomarkersofAKI-to-CKD 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