脓毒症是机体对感染的反应失调导致的危及生命的器官功能障碍^[1]。急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是脓毒症病理生理进程中最常见、最严重的并发症之一，使重症患者死亡风险增加16倍^[2-3]。许多研究表明，基于血清肌酐或尿量的变化，用于脓毒症相关急性肾损伤（sepsis associated-acute kidney injury，SA-AKI）的早期诊断与预测有一定局限性，迫切需要一些新的更敏感及特异的生物标志物去早期发现并识别进展为重度AKI的高危患者，研究相关信号通路，早期干预，减少病死率，并降低医疗花费。

1 脓毒症相关急性肾损伤的生物标志物 1.1 与炎症反应相关的生物标志物 1.1.1 白细胞介素17A（interleukin-17A，IL-17A）

IL-17A在宿主防御、免疫调节和组织修复方面发挥关键作用，表达IL-17A[辅助性T细胞17(T helper cell 17, TH17细胞）]的CD4⁺细胞在肾损伤后迅速增加^[4]。TH17细胞是SA-AKI肾脏中的主要浸润淋巴细胞，其分泌的IL-17通过介导并动员中性粒细胞等诱导严重的免疫反应。肾脏固有细胞暴露于IL-17A时，IL-6等促炎因子显著上调，参与肾脏炎症反应。另外，SA-AKI时可能存在细胞骨架重排甚至凋亡，可能与IL-17下调钙黏蛋白E的表达影响肾小管上皮细胞之间的连接有关^[5]。IL-17A可做为预后不良的潜在预测指标。

1.1.2 白细胞介素18（interleukin-18，IL-18）

IL-18为非活性前体物质，在骨髓来源的巨噬细胞、近端小管上皮细胞和集合管闰细胞多个位点合成^[6]，被半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1）裂解并释放到肾小管腔和血清中，导致中性粒细胞浸润和进一步的肾小管损伤。大量临床研究证实，缺血性急性肾小管坏死患者在血肌酐尚未明显增高前，尿中就可出现较高水平的IL-18。在一项荟萃分析中发现IL-18仅有中等诊断价值[曲线下面积(area under curve，AUC)为0.77]，可能在预测早期AKI和儿童AKI方面表现最好^[7]。

1.1.3 白细胞介素33（interleukin-33，IL-33）

IL-33对免疫和炎症有多重调节作用，肾损伤时，IL-33可诱导肾脏2型天然淋巴细胞（Type 2 innate lymphoid cells，ILC2）增殖，增强其产生IL-5和IL-13能力，发挥肾保护作用^[8]。因此，IL-33可促进ILC2活化，发挥器官保护作用^[9]。IL-33通过下调髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）促进Th2细胞分泌IL-4和IL-13，发挥抗炎作用，其具体机制、作用靶点、对SA-AKI的诊断及预测价值尚需进一步研究。

1.1.4 骨桥蛋白（osteopontin, OPN）

骨桥蛋白是一种糖基化磷蛋白，主要位于髓袢和远端小管，但在损伤后可通过减少细胞凋亡、参与适应性修复、降低一氧化氮合酶、促进缺氧时细胞存活等途径在肾小管损伤中发挥保护作用，可能会是一个更好的肾小管损伤标志物^[10]。OPN虽然在危重患者中有很强的死亡预测价值，但传统监测指标胱抑素-C生成速度及血浓度稳定，且仅在肾脏滤过与代谢，两者联合可能更稳定，预测价值更高。

也有研究发现，在老年人群，中性粒细胞与淋巴细胞和血小板比值（neutrophil to lymphocyte and platelet ratio，NLPR）有很好的诊断及预后价值^[11]。脓毒症时，高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL-C）可通过降低载脂蛋白L1并与I型清道夫受体结合以清除内毒素，发挥对肾脏的保护作用；同时与革兰阳性菌释放的脂壁酸结合、抑制细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）表达等代谢途径影响肾脏功能^[12]，可能也是潜在的生物标志物。

1.2 与凝血激活相关的生物标志物 2.1.1 可溶性血栓调节蛋白（soluble thrombomodulin，sTM)

sTM在所有可能存在内皮受损的疾病或状态下均升高，被认为是内皮受损的黄金标记物^[13]。SA-AKI患者炎症与凝血是其中重要的病理生理进程，内皮细胞损伤与肾内血栓形成和纤维蛋白沉积，加重了肾脏损伤。sTM升高是因为内皮损伤，而非其清除率降低，相较于其他凝血和炎症标志物，sTM具有独特的优势。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin, NAGL）急性肾损伤3 h内即明显上升，近年来尿NGAL被广泛应用于早期预测SA-AKI的发生，特异度较高，但截值水平尚未标准化。两者联合^[14]，可能可以提高诊断效能。

2.2.1 补体（complement）

补体系统是一种能发挥防御反应、免疫调节的蛋白质反应系统。激活时诱导炎症反应，但过度活化有可能使炎症失调，且炎凝通路间存在复杂的交互作用^[15]。C3含量缺乏，不仅影响凝血，更导致机体抗感染能力下降，从而介导靶细胞坏死及凋亡^[16]。脓毒症患者血管内皮受损，组织因子过度表达，炎凝通路活化，肾脏产生大量微血栓，肾小球血流量减少，而炎症介质可引起内皮糖萼脱落，同时纤维蛋白酶原激活，使肾小球毛细血管腔闭塞的敏感性增加，从而导致肾缺血性坏死。既往研究亦显示，SA-AKI患者血清补体C3、C4水平明显降低，与疾病严重程度相关且提示预后不良。其虽缺少特异性及敏感性，与sTM联合检测，可能有一定临床价值。

1.3 与细胞周期阻滞相关的生物标志物

尿基质金属蛋白酶组织抑制剂-2（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-2，TIMP-2）和尿胰岛素样生长因子结合蛋白-7（insulin-like growth factor binding protein-7，IGFBP-7）。

TIMP-2和IGFBP-7，与SA-AKI的细胞周期阻滞有关。肾小管上皮细胞在细胞周期G0期处于静止状态，很少增殖。当应激或损伤时，TIMP-2与IGFBP-7可能分别诱导细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p27KIP1与p21基因表达，阻断细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶复合物（cyclin-dependent kinase complex，CDK）CysID-CDK4和CysIE-CDK2，从而在细胞周期G1期发挥作用，促进细胞炎症和细胞凋亡，阻止肾小管细胞进入消耗大量能量的细胞分裂周期。两者乘积（TIMP-2·IGFBP-7）可作为AKI肾小管损伤早期诊断的潜在标志物^[17]，反映急性肾损伤的损伤前细胞状态，且在诊断SA-AKI方面优于NAGL、IL-18，不论是否合并非肾脏器官功能障碍。Adler等^[18]开展的一项前瞻性研究分析了48例院外心搏骤停后休克患者的TIMP-2·IGFBP-7，以0.24（μg/L）²/1000而不是0.3（μg/L）²/1000作为判断患者发展为AKI的预测因子。目前最佳截值推荐为0.3（μg/L）²/1000，有待进一步优化。

1.4 与细胞凋亡相关的生物标志物 1.4.1 细胞型Fas相关死亡域样白细胞介素-1β转换酶抑制蛋白（cellular Fas-associated death domain-like interleukin-1β converting enzyme inhibit protein，c-FLIP）

细胞凋亡是SA-AKI发病机制中的重要环节，c-FLIP作为新发现的一类含有死亡效应结构域的凋亡抑制蛋白，促进坏死物质的有效清除，参与人体细胞凋亡相关分子生物学机制^[19]。c-FLIP蛋白表达下调，促进炎症级联反应放大，与肾小管凋亡密切相关。c-FLIP可显著抑制内皮细胞凋亡，抑制核转录因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）活化，下调转录活性，发挥炎症调控作用^[20]，可作为SA-AKI治疗的潜在靶点。

1.4.2 肾损伤分子-1（kidney injury molecule-1，KIM-1）

KIM-1是一种跨膜糖蛋白，在健康肾脏中无法检出，但在缺血或毒性损伤后由近端肾小管上皮细胞高度表达，脱落到小管腔内，作为磷脂酰丝氨酸受体发挥作用，在凋亡期间清除细胞碎片。研究认为AKI引发了细胞外调节激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）、传导转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化，在肾缺氧损伤后KIM-1特异性表达，其启动子与STAT3结合，通过增加信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）和蛋白质水平识别凋亡细胞，介导吞噬作用，抑制炎性因子活化，从而使KIM-1细胞外结构域脱落，导致血液或尿液中KIM-1水平大幅上升^[21]。联合NAGL，可提高诊断特异性。

1.5 与基因编码相关的生物标志物 1.5.1 Klotho蛋白

Klotho蛋白是由Klotho基因编码的一种单向跨膜“抗衰老”蛋白，有分泌型和膜型两种形式，分泌型主要发挥抗凋亡、抗炎和抗氧化等作用，主要表达于肾小管上皮细胞、集合管和脑脉络丛上皮组织，并且在SA-AKI早期即可在血清中检出^[22]。Klotho蛋白可显著保护线粒体结构的完整性，可上调热休克蛋白70的表达，抑制SA-AKI时细胞线粒体氧化应激水平；介导B淋巴细胞瘤-2基因(B cell leukemia iymphoma-2，Bcl-2)和细胞色素C（cytochrome C，CytC）蛋白激活引起的肾脏细胞凋亡，提高抗凋亡蛋白的稳定性；拮抗肾素-血管紧张素系统，上调抗氧化酶类的表达，通过多种途径发挥肾脏保护作用。是否将Klotho蛋白做为潜在的线粒体干预治疗靶点，恢复肾小管上皮细胞线粒体功能而发挥显著的保护作用，有待进一步证实。

1.5.2 Kruppel样因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4）

KLF4是一个有多个结构相似家族成员的锌指转录因子，主要通过激活或抑制多种基因的转录调控参与细胞增殖、分化、周期调控及炎症反应等生物学功能^[23]。在SA-AKI时，由于KLF4基因及其编码蛋白表达降低，而KLF4结合元件也存在于白细胞介素和热休克蛋白等重要功能蛋白基因启动子区域，导致肾脏本身所具有的抗炎和抗血栓形成能力下降；其次，KLF4下调使肾血管内皮炎症反应增强，细胞保护因子水平下降，从而肾血管保护作用减弱，导致肾脏缺血再灌注损伤等。表明KLF4在SA-AKI中具有保护作用。而其上游miR-34a可能为潜在的治疗靶点。

目前，日本学者发现，miR-5100可能为新的诊断生物标志物和治疗靶点。

2 脓毒症相关急性肾损伤的信号传导通路 2.1 NF-κB信号通路

研究发现，SA-AKI可能与氧化应激信号传导通路有关，而IL-17及其家族成员通过NF-κB信号通路的活化诱导机体免疫反应^[24]。NF-κB是细胞质中的核转录因子，暴露于促炎信号后，IL-17直接激活NF-κB的经典途径，促进NF-κB亚基p50（NF-κB1）、p65或RelA、和cRel的核易位，同时与各种细胞表面受体如Toll样受体（Toll-like receptors，TLR）等结合，从而招募NF-κB激活剂Act1发挥E3泛素连接酶的作用，NF-κB是TLR的关键下游因子，使肿瘤坏死因子受体相关分子6（tumor necrosis factor receptor-associated factor-6，TRAF6）泛素化，从而传递下游信号，可激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）。泛素化的TRAF6/TAB 1/TAB 2共聚化，导致转化生长因子β激活激酶1（transforming growth factor-beta-activated kinase 1，TAK1）磷酸化；进一步活化IκK复合体，与NF-κB诱导激酶相互作用，最终激活NF-κB^[25]。NF-κB家族作为炎症反应的核心，通过与TLR4、Wnt/β-catenin等上游因子及NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）、缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）-1α等下游因子共同作用，在SA-AKI中发挥重要作用。但针对NF-κB上、下游信号通路调控的靶向药物仍较少。

2.2 Hippo信号通路

Hippo信号通路是一条高度保守的激酶级联反应。正常情况下，Hippo信号通路上游膜蛋白受体感知外界胞外生长抑制信号后，抑制细胞增殖、凋亡。哺乳动物不育系20样激酶（mammalian sterile20-like kinase，Mst）1/2与接头蛋白SAV1结合形成复合物，磷酸化并激活大肿瘤抑制因子（large tumor suppressor，LATS）1/2；同时，活化的LATS1/2激酶与接头蛋白MOB1结合，磷酸化及降解下游转录分子YAP/TAZ，抑制其转录活性。研究发现，Hippo信号通路可能与各种信号通路交互作用，促进细胞凋亡和抑制细胞周期，共同调控发挥生物学效应^[26]。例如，糖原合酶激酶3-蛋白53(glycogen synthase kinase-3-protein 53，GSK3-p53)信号通路为GSK3β通过磷酸化、亚细胞定位及GSK3结合蛋白直接调控p53促进细胞凋亡，Hippo信号通路与其共同介导肾小管上皮细胞线粒体的凋亡，参与AKI的发生^[27]；表皮生长因子受体-磷酸肌醇3激酶-丝氨酸/苏氨酸(epidermal growth factor receptor-phosphoinositol 3 kinase-serine threonine protein kinase，EGFR-PI3K-Akt)信号通路是生物体内非常重要的生存信号通路，EGFR通过二聚体刺激大鼠肉瘤（rat sarcoma，Ras）蛋白，发生磷酸化级联反应，激活下游PI3K-Akt信号通路，与Hippo信号通路共同参与肾小管上皮的再生修复^[28]；Wnt/β-catenin信号通路具有很强促细胞分化效能，TGF-β通过磷酸化调节β-catenin，与Wnt动态交互作用，激活其下游靶基因，与Hippo信号通路共同促进肾纤维化进展^[29]。

2.3 凋亡信号通路

miRNA-5100的过度表达可能抑制了几种凋亡途径中的mRNA。AKI中的细胞凋亡可能与通过Bcl-2家族调节的内在途径，以及由Fas、肿瘤坏死因子受体1（tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1）等死亡受体配体结合引发的外在通路，以及肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）等相关（如图 1）^[30]。

脓毒症相关肾损伤的病理生理机制研究主要聚焦于炎症反应、血流动力学改变、微血管功能障碍、氧化应激、线粒体能量障碍、代谢重组等各方面。其信号通路机制复杂，除上述通路外，还可能与经典/非经典的焦亡途径、补体途径、Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白（Kelch-1ike ECH-associated protein l，Keap1）/转录因子NF-E2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2, Nrf2）信号通路、假定激酶1（putative kinase 1，PINK1）/帕金森病蛋白1（Parkin1）信号通路、腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）/沉默交配型信息调控2同源物1（Silent mating type information regulation 2 homolog-1，SIRT1）信号通路等有关，有待进一步寻找作用靶点。

3 脓毒症相关急性肾损伤的未来研究方向

新生物标记物的性能需要在某些已知AKI发生时间的情况下进行验证，很多证据不足以推荐新的生物标志物在急性肾脏疾病中的实际应用。包括尿液生物标记物TIMP-2·IGFBP-7和NGAL的截值水平尚未标准化，很多信号通路互相交叉影响，尚未完全证实。当然，脓毒症患者严重的免疫紊乱或免疫状态恶化会导致更差的临床结局，基于免疫标志物的免疫状态分类可能值得进一步研究^[31]。通过转录组学和（或）代谢组学分析来改进宿主反应监测，进行以免疫治疗为目标的新型干预措施；另外通过新型的表观遗传治疗调控脓毒症期间免疫细胞中基因转录的表观遗传过程的干扰，从而有恢复免疫功能的可能性。由于SA-AKI的发病机制涉及细胞凋亡、免疫、凝血、炎症、基因调控等多因素过程，针对不同通路的新治疗靶点可能具有潜在的治疗价值。如目前研究的热点外泌体不仅可以做为清除病原体的载体，还参与炎症、凝血、免疫等的调控。如诱导细胞释放细胞因子和趋化因子，在细胞之间转移RNA等。其除自身的生物功能外，不仅可作为新型生物标志物，还可作为装载治疗物质的载体，提高递送效率的同时，发挥靶向治疗作用。如微小RNA（microRNA，miRNA）是基因转录后调控蛋白翻译的一个重要调控分子，是表观遗传调控的关键参与者，在炎症、凋亡、增殖、细胞周期阻滞等过程发挥作用。除了作为预测SA-AKI的生物标志物，更能通过外泌体装载、外源性miRNA、某些药物对miRNA的调控来发挥潜在治疗作用。如以线粒体为靶向的抗氧化剂可能可以稳定线粒体内膜，减少活性氧的产生，减少线粒体损伤诱导的细胞坏死、凋亡等，从而保护肾小管上皮细胞结构。

总之，如何找到脓毒症相关急性肾损伤更敏感更特异的生物标志物，早期干预，寻找新的治疗靶点，优化治疗策略，降低病死率，减少医疗花费，有临床指导意义。

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