非特異性炎性標志物在膿毒癥急性腎損傷中的研究進展*

白小麗 綜述 敖其 陳婷婷 列才華 審校

(1.新疆醫科大學研究生院, 新疆 烏魯木齊 830000;2.中國人民解放軍新疆軍區總醫院急診科,新疆 烏魯木齊 830000;3.中國人民解放軍新疆軍區總醫院腎內科,新疆 烏魯木齊 830000)

膿毒癥(Sepsis)是機體對全身炎癥反應失控,從而造成危及生命的臟器功能障礙[1],是全球重癥患者最常見的死因[2]。急性腎損傷(Acute kidney injury,AKI)是膿毒癥最常見并發癥,膿毒癥相關性急性腎損傷(Sepsis associated with acute kidney injury,S-AKI )腎功能急劇惡化,表現為BUN和Scr的上升,腎小球濾過率和尿量的下降。有研究[3]指出,與膿毒癥非AKI相比,S-AKI病情進展更快,其死亡率更高。此外,Kellum等[4]表明,膿毒癥患者7 d內可進展至AKI,并且2/3的AKI患者已發展到2期或3期。李俊等[5]研究得出,短暫性S-AKI可能與腎血流灌注有關,腎臟功能隨其血流灌注的恢復而正常,而持續性S-AKI發生主要是腎性因素,腎臟血流灌注后未必可以恢復正常的腎功能。為改善S-AKI患者的臨床預后,早期識別并綜合治療S-AKI危重癥患者尤為重要,本文闡述了S-AKI的發病機制和治療進展,并在已有研究的基礎上對非特異性炎性標志物在S-AKI的預測價值方面進行綜述。

1 S-AKI發病機制

膿毒癥和AKI均是獨立的死亡風險因素,膿毒癥是誘發危重患者發生AKI的關鍵危險因素,其風險程度遠大于其它因素[6]。S-AKI與其它病因引起的 AKI相比,有其特殊的機制[7],從而難以及時干預及預防腎損傷。

1.1 腎微血管內皮細胞功能障礙 腎血管由腎動脈、腎小球微血管和小管周圍毛細血管組成,它們分布在不同的節段,腎血流量(Renal blood flow,RBF)的內穩態和微血管通透性主要由內皮細胞調控。在所有的膿毒癥模型中均觀察到內皮糖萼脫落,并伴有血漿中可溶性糖萼成分的增加,內皮損傷和糖萼丟失促進白細胞滲漏和血小板粘附,并伴有血流速度下降,這可能導致形成微血栓及伴隨毛細血管的阻塞[8]。血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)和VEGF受體2(Vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)復合物在微血管通透性調控中起重要作用。VEGFR2是調控血管通透性和內皮完整性的重要因子,當VEGF或細胞內內皮細胞一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide synthasee,eNOS)激活VEGFR2時,血管內皮細胞鈣黏蛋白被磷酸化、內噬和降解,導致血管通透性增加[9]。在內毒素中毒小鼠中,內毒素給藥后24 h血漿VEGF水平升高,而腎臟VEGF水平降至正常腎臟的一半,局部VEGF表達的減少可能會改變腎小球的超微結構及導致腎小球受損,包括內皮窗密度降低和剩余窗直徑增加;這些變化依賴于腫瘤壞死因子受體超家族成員1 a,并與BUN和尿白蛋白/肌酐比值增加直接相關;內毒素血癥小鼠整體VEGF水平下降,廣泛降低了腎微血管的通透性,這表明VEGF在調控腎微血管通透性的重要作用[10]。

1.2 免疫系統的激活與抑制 膿毒癥時,細菌入侵機體導致免疫反應失調引起一系列的促炎與抗炎反應,致使S-AKI的發生,細胞凋亡途徑和免疫反應被激活,累及腎臟損害。膿毒癥發生早期,損傷相關分子模型(Damage-associated molecular pattern,DAMP)或病原體相關分子模型(Pathogen-associated molecular pattern,PAMP)引起機體免疫反應,其中 toll樣受體是重要的抗原識別受體,它能夠識別PAMP和(或)DAMP并引發細胞免疫反應,促進釋放大量的炎癥因子和激活補體系統,引發“細胞因子風暴”導致腎衰竭、全身代謝紊亂[11]。膿毒癥進展到后期,機體多器官衰竭,嚴重抑制免疫系統及T細胞衰竭[12],多器官衰竭(循環、肝、腎)的患者,在死后0.5～3 h內,其免疫細胞產生促炎和抗炎細胞因子減少;并且在脾臟中觀察到細胞因子分泌減少(包括TNF-a、IL-6和IL-10),而調節性T細胞增加,這象征著T細胞的衰竭;肺上皮細胞也表現出抑制受體的配體嚴重增加,如程序性細胞死亡配體1與抑制受體PD-1結合,抑制免疫反應[13]。這些結果表明了膿毒癥晚期嚴重免疫抑制的狀況及為T細胞衰竭提供了證據;并為膿毒癥相關免疫抑制患者的免疫治療和應用免疫檢查點抑制劑提供了理論依據[11]。然而在S-AKI發展中調節炎癥有效的免疫治療策略尚未在應用于臨床。

1.3 線粒體穩態失衡 膿毒癥早期,腎臟近端小管細胞通過無氧糖酵解為腎細胞供能避免細胞凋亡[14],此方式在發生氧化磷酸化時,減少了活性氧對線粒體的破壞。過氧化酶體增殖活化受體-γ輔活化因子-1α通路可促進線粒體供能,在S-AKI恢復過程中起著重要作用[15],這些代謝適應性調節機制與AKI進展及嚴重程度相關。線粒體分裂基因動態蛋白相關蛋白1(Dynamic protein-associated protein,1Drp1)表達增加可促進線粒體分裂,其通路誘導線粒體自噬,預防了腎臟的缺血再灌注損傷、炎癥反應及程序性的細胞死亡,并對上皮的修復起著促進作用[16]。目前已經提出兩種有絲分裂途徑,分別是PTEN活化的激酶1(PINK1)/Parkin RBR E3信號途徑以及線粒體自噬信號途徑,PINK1-PARK2通路激活,并通過基因敲除模型證明了該通路在S-AKI中起著保護作用[17],因此線粒體穩態平衡對S-AKI起著重要作用。

2 非特異性炎性標志物與S-AKI

臨床實踐中常用血清肌酐和尿量評估腎臟功能,肌酐包括內源性和外源性肌酐,但受到多種因素的影響,如肌肉含量、運動狀態及飲食結構等。腎臟具有代償功能,早期腎損傷,血清肌酐水平變化不明顯或在正常范圍內,當血清肌酐水平明顯升高時,腎臟已經出現實質損害[18]。尿量也特別容易受到腎臟以外的各種因素影響,如循環血量、尿道梗阻和利尿劑。由此,在S-AKI早期識別中,血清肌酐和尿量具有一定的局限性。為了S-AKI的早期診斷和治療提供新思路,一些新的生物靶點的出現,如中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(Neutrophil gelatinase-associated lipid carrier protein,NGAL)、腎臟損傷分子-1(Kidney damage molecule -1,KIM-1)、肝臟脂肪酸結合蛋白(Liver fatty acid binding protein,LFABP)以及金屬蛋白酶2和胰島素樣生長因子結合蛋白7(Metalloproteinases-2 and insulin-like growth factor-binding protein 7,TIMP-2*IGFBP7)的產物等,但上述新型標志物在臨床上尚未完全普及,由于費用昂貴、檢測繁瑣,運用于診斷S-AKI不具有推廣意義。而非特異性炎性標志物如中性粒細胞與淋巴細胞和血小板之間的比率(The ratio of neutrophils to lymphocytes and platelets,N/LP)、血小板和淋巴細胞的比率(Platelet to lymphocyte ratio,PLR)、單核細胞和淋巴細胞的比率(Monocytes and lymphocytes ratio,MLR)來源于全血細胞,價格便宜且易獲得,有研究指出[19]膿毒癥患者第5 d N/LP值與死亡率相關,此外,蘇等[20]得出PLR聯合胱抑素C、降鈣素原可預測S-AKI的發生發展,MLR也與免疫炎癥密切相關,可見非特異性炎性標志物在S-AKI中的預測價值及評估病情嚴重程度起著重要作用。

2.1 N/LP N/LP是一種低成本的炎性指標,可通過血常規計算獲得。當機體發生全身炎癥反應時,血小板參與白細胞募集、活化和遷移等炎癥反應,白細胞、單核細胞、淋巴細胞和血小板相互調節在天然免疫應答和適應性免疫應答中起著重要作用[21],同時全身炎癥介導了S-AKI患者多器官功能衰竭和長期不良的臨床預后。膿毒癥或宿主受到其他急性損傷(包括大面積燒傷、嚴重創傷或大手術),機體即刻啟動細胞凋亡,誘導淋巴細胞數量減少,淋巴細胞水平降低的嚴重程度和時間長短與不良的臨床預后相關,活化的淋巴細胞遷移到了炎癥部位,導致了淋巴細胞的凋亡數量增多[22]。因此,中性粒細胞與淋巴細胞的比值(The neutrophil to lymphocyte ratio,NLR)代表中性粒細胞與淋巴細胞介導的免疫平衡機制,NLR水平增高與促炎因子濃度升高相關,導致細胞DNA損傷[23],NLR比率還與造影劑誘發的AKI、心血管手術和腹部創傷所致的AKI相關[24-26]。Liu等[27]指出NLR水平可能與疾病的嚴重程度相關,在144例膿毒癥患者中,存活組NLR值在入院后第1 d至第5 d下降,第7 d上升;第3 d與第5 d NLR值差異無統計學意義(P=0.724)。死亡組NLR值在各時間段(第1、3、5、7 d)均有統計學意義,各時間點死亡組NLR值均高于存活組,并且第7 dNLR值與28 d死亡率相關。而潘等發現NLR雖可預測膿毒癥患者28 d死亡率,然而預測效果欠佳[28]。最近研究發現,NLR雖然可預測S-AKI的進展,但在該比值加入血小板計數即N/LP比值可增加預測S-AKI預后結局的敏感性,這可能是由于免疫機制之間的相互作用,炎癥級聯的激活和凝血途徑發生障礙有關[21],這些相互作用將導致微血管功能障礙、白細胞/血小板激活和微血栓形成,最終誘導腎小管上皮細胞損傷[29]。在住院1周內S-AKI患者,其N/LP比值<14可預測患者的生存率,進一步反映出炎癥程度與危重膿毒癥患者的死亡率相關[30]。進一步Xiao等[31]發現S-AKI的進展和膿毒癥患者起始N/LP比率相關,此外,當N/L P超過10時,嚴重的AKI(The KidneyDisease Improving Global Outcomes,KDIGO 2期和3期)的風險增加了2倍以上,并且靈敏度高于血清肌酐。由此N/LP比值被認為是炎癥反應的敏感預測因子,有助于S-AKI的早期臨床診斷和干預。

2.2 PLR PLR是近年來炎性標志物研究的熱點,由于凝血和炎癥反應之間的密切聯系,血小板被認為是S-AKI進展的關鍵因素,發生膿毒癥時,受損的血管內皮細胞引發的炎癥-凝血途徑激活血小板,進而加重全身炎癥[32]。PLR可運用評估疾病中的臨床應用價值,其在心肌梗死[33]、肝細胞癌[34]和非小細胞肺癌[35]中異常高水平,可見PLR可反映體內的炎癥狀態。而PLR在S-AKI預后的研究較少,Zheng等[36]研究指出PLR比率在AKI的臨床價值,在第90 d和第30 d觀察到PLR與死亡率之間呈U型關系,最低風險值在90到311之間,低PLR和高PLR都與死亡率相關。最近Chen 等[37]研究得出,PLR對S-AKI患者預后預測具有指導價值,在PLR曲線下面積(Area under curve,AUC)中,PLR判斷預后的最佳臨界值為120,其敏感性為70.7%,特異性為65.4%。另外Shimoyama等[38]表示PLR是膿毒性亞臨床AKI的預測因子(優勢比1.0023;95%置信區間為1.00～1.0046;P=0.046),S-AKI危險因素與PLR升高相關。血小板計數升高代表機體嚴重的炎癥反應,淋巴計數減少,導致宿主免疫系統與炎癥反應癱瘓,PLR增加可能反映了機體感染炎癥和免疫反應程度,這與不良預后有關,甚至導致多器官衰竭或死亡的風險,膿毒癥死亡患者PLR顯著高于生存者[39]。因此,PLR作為一種低成本的潛在臨床預測指標,即使在資源有限的基層醫院中也可以運用。

2.3 MLR MLR是單核細胞和淋巴細胞兩種炎性指標的結合,可提供的信息遠大于血常規中的單一指標,單核細胞在機體的免疫應答中,它向淋巴細胞提呈抗原,為機體提供獲得性免疫。炎癥是AKI發生和發展的核心因素,MLR能夠較好地反映機體炎性反應的嚴重程度,與腫瘤、手術預后評估、心血管疾病顯著相關[40-42]。Cao等[43]分析了MLR在評估腦卒中相關肺炎的嚴重程度,它的ROC曲線顯示AUC為0.622,表明了MLR對腦卒中相關肺炎的預測價值,然而兩者之間的關聯機制尚不清楚。此外,Sukson等[44]指出外周血MLR比值對診斷和預測結核性胸膜炎具有不錯的效果,其敏感性和特異性分別為82.5%和86.3%。李艷秀等[45]研究表明危重患者30 d死亡的風險因素與MLR上升有關,在43174膿毒癥患者中,MLR預測危重患者30 d死亡率的AUC為0.655,95%CI為0.632～0687,MRL截斷值為0.5,其中16948例患者MLR≥0.5。Jiang等[46]研究指出在ICU收治的1500例患者中,614例診斷為AKI,MLR發生AKI的風險值比NLR高近3倍,MLR和NLR預測AKI發生率AUC分別為0.899和0.780 ,表明MLR預測AKI的能力優于NLR。Li[47]得出對于IIB期宮頸癌患者,NLR和MLR都是獨立預后因素和復發的危險因素指標。全身炎癥與癌變存在聯系,腫瘤微環境由腫瘤細胞和炎癥細胞組成,炎癥細胞釋放各種細胞因子和趨化因子,單核細胞作為炎癥細胞,通過細胞機制直接殺死惡性細胞,由此MLR有待成為S-AKI致死結局的預測因子。

3 S-AKI的治療

3.1 預防治療 液體復蘇是治療膿毒癥休克的基石,適當的液體管理對于降低腎前性AKI風險至關重要,目前臨床上多采用等滲晶體治療AKI,但研究[48]發現,0.9%生理鹽水復蘇后高血氯濃度的變化與急性腎損傷及病死率密切相關。因腎臟是調節氯離子平衡的主要臟器,氯離子升高作用于腎致密斑,管-球反饋系統被激活,引起腎動脈收縮及腎皮質血流量減少,從而引起腎小球濾過力下降,進而加重AKI。Hammond等[49]指出相比生理鹽水,平衡晶體液復蘇治療可降低危重患者住院率或28/30 d死亡率,在大多數危重癥患者治療中,平衡晶體應優先于生理鹽水,但對膿毒癥不具有特異性,這些可變因素的影響可能與氯的劑量有關。若液體復蘇不足以糾正低血壓,應啟動血管活性藥物,去甲腎上腺素目前作為一線血管升壓藥,但Myura等[50]表明膿毒癥休克患者,應用去甲腎上腺素對降低病死率的作用并不顯著,可能機制為膿毒癥所導致的腎組織損害在腎髓質非腎皮質,用去甲腎上腺素恢復血壓可能會進一步加重腎髓質缺血缺氧。此外,多巴胺不被推薦用于膿毒癥休克治療,其與心律失常發生率相關,并且在對于改善器官功能障礙或死亡率沒有益處[51]。目前尚不明確哪種血管升壓藥具有更好的腎臟保護作用,S-AKI的腎內微環境有待進一步研究,以闡明髓內腎血流量下降的原因及對髓內缺氧的影響,進一步幫助臨床醫生選擇血管活性藥物。

3.2 補充必需維生素 在過去的幾年里,人們對硫胺素和維生素C在危重病治療方面進行了研究,假設硫胺素和維生素C缺乏會增加無氧代謝及生成乳酸;因此,確保充足的維生素可以改善膿毒癥患者線粒體功能。在一項多中心國際隨機試驗中,靜脈注射維生素C(每6 h 1.5 g)、氫化可的松(每6 h 50 mg)和硫胺素(每12 h 200 mg)與單獨使用氫化可的松(或維生素試驗)相比,并沒有改善膿毒癥休克或S-AKI的發生率或結局,在這兩組211例受試者中,AKI的嚴重程度和沒有進行腎臟替代治療(Renal replacement therapy,RRT)的天數無差異,36%接受維生素治療的受試者和37%的對照組受試者均發展到AKI 3期。但超過25項研究正在招募該領域內的志愿者,維生素對S-AKI的治療有望得到進一步突破[52]。

3.3 類固醇 類固醇包括糖皮質激素和鹽皮質激素,對膿毒癥的治療一直是爭議的源頭,部分臨床醫生則將其作為標準治療的一部分。其作用是調控碳水化合物和蛋白質代謝(糖皮質激素),并調節電解質和液體平衡(鹽皮質激素),具有抗炎特性。雖然類固醇在膿毒癥治療中的作用仍有爭議,但最近的2項研究表明對其對S-AKI沒有影響,試驗觀察了氫化可的松和氟化可的松,結果顯示接受和未接受類固醇治療的患者在對需求RRT治療上沒有差異(27vs28.1%)[53]。在腎上腺試驗中,使用RRT治療S-AKI沒有差異(氫化可的松組為30.6%,安慰劑組為32.7%;P=0.18)。存活天數和沒有進行RRT治療天數也無差異(P=0.29)[54]。因此,雖然可能有些數據僅支持在膿毒癥中使用類固醇,但在S-AKI治療中使用類固醇沒有明確的指南,需要進一步研究。

3.4 新藥物 到目前為止,還沒有專門的藥物用于預防或治療S-AKI。針對AKI機制的新藥很多,如QPI-1002、THR-184、CCL14、海藻酸鹽、人重組堿性磷酸酶等,但都需要進一步的臨床試驗來證實,在臨床藥物開發中,治療或預防S-AKI的有效候選藥物是堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AP),AP是一種內源性同型二聚體酶,存在于許多細胞和器官(如腸、胎盤、肝、骨、腎和粒細胞)中,通過內毒素和其他促炎化合物(如ATP)的去磷酸化而具有解毒作用,腎臟局部AP濃度反映了患者對內毒素的抵抗,這意味著當AKI發生時,缺血導致了AP濃度急劇下降[55]。一項薈萃[56]分析顯示,在S-AKI治療中,AP對短期內源性肌酐清除率(Endogenous creatinine clearance,ECC)沒有顯著影響,但在治療第7、14、28 d可以顯著改善ECC,此外,AKI生物標志物水平在短期內有一定程度的改善,但AP對改善尿量無明顯作用。

3.5 腎替代治療 重癥AKI常需RRT維持,RRT治療有助于清除機體多余的炎性因子,糾正體內水、電解質及酸堿性失調,保持機體處于穩態狀態,改善血流動力學,加強容量管理,而在啟動RRT治療時,其劑量、啟動時間和方式尤為關鍵。有研究表明早期啟動RRT治療,隨訪1年后,腎臟不良事件發生率、死亡率顯著降低[57]。此外,吳等[58]指出早期啟動連續腎替代治療(Continuous Renal Replacement Therapy CRRT)雖可縮短S-AKI患者CRRT持續時間,但對28 d和90 d脫機率無顯著影響,S-AKI需考慮膿毒癥與AKI兩個方面,RRT治療同時也帶來感染、低血壓休克等危險因素,導致感染控制失敗,因此需進一步探討RRT對S-AKI的預后影響。

3.6 新型生物標志物指導管理 生物標志物(如NGAL、IGFBP7等)指導管理AKI,其可識別的高?；颊?啟動KDIGO預防減少AKI的發病率和進展[59],同時也可預測使用某些藥物導致發生腎毒性AKI的風險[60]。目前證據表明常規使用生物標志物不利于指導何時啟動RRT的決策,已經發現了新型生物標志物,即CCL14,但其在引導RRT啟動中的潛在作用需要在未來的研究中確定[61]。

4 小結與展望

S-AKI的預防策略是非特異性的,主要集中在機體炎癥控制和防止進一步的腎臟損害,雖然對其機制和治療有所突破,增加了對S-AKI進一步認識,但AKI仍然是膿毒癥最常見的死亡原因,傳統識別腎臟損害,以血肌酐和尿量為主,在早期鑒別方面存在著一些缺陷。隨著對S-AKI不斷探索中,早期識別S-AKI的生物標志物相繼出現,由于受到設備、檢測流程及高昂費用的限制,大多數相關生物標志物尚未運用于臨床,對于基層醫院更是遙不可及。S-AKI機制為血流動力學改變、腎內微循環障礙、全身炎癥、免疫機制和代謝重編之間的相互作用,而N/LP、PLR、MLR與S-AKI相互之間的關聯,追溯到中性粒細胞、淋巴細胞、血小板參與S-AKI的進展,大量中性粒細胞被激活,作用于機體非特異性炎癥反應,激活淋巴細胞遷移到炎性病灶,進而淋巴細胞凋亡增加,受損內皮細胞激活炎癥-凝血反應誘導血小板活化,導致了凝血途徑失調和增強了炎癥反應,它們在機體炎癥反應途徑起著重要作用。已有的文獻證明上述非特異性炎性標志物對危重癥有著良好的預測價值,它們來源于全血中的血細胞比值,低成本、容易計算且檢測方便,對S-AKI的預后評估有很不錯的前景方向,同時兼顧到醫療設備欠缺的偏遠醫院,有望減少S-AKI患者經濟負擔及病死率,對臨床醫生早期評判S-AKI提供了重要途徑。