急性肾损伤（AKI）是一种复杂的疾病状态，在危重患者中具有较高的发病率和病死率，严重威胁患者的生命和生存质量。虽然器官功能监测和支持技术不断进步，但半个世纪以来，AKI的发病率和病死率仍居高不下，而早期准确诊断AKI有助于改善患者的预后。尽管诊断方法和诊断标准在不断地改进与更新，AKI的诊断仍然依赖于尿量、血肌酐（serum creatinine，Scr）和血尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）三项指标。这些指标诊断AKI均具有明显的缺点，其在AKI早期诊断中的价值存在局限性。因此，寻找诊断AKI的理想生物标记物（biomarker）具有重要的临床意义。

生物标记物是指可以标记系统、器官、组织、细胞及亚细胞结构或功能的改变或可能发生改变的生化指标。在疾病研究中，通过对生物标记物的客观测定和评价，可以获知机体当前所处的生物学过程中的进程，从而实现对疾病的识别、诊断、分级、评估治疗反应和判断预后。

生物标记物在AKI诊疗中具有非常重要的作用。在AKI诊断中广泛使用的Scr和BUN就是两种生物标记物。通过测定Scr，可以估算肾小球滤过率（GFR），评估患者肾功能。但Scr具有一些明显的缺陷：①Scr测定值会受患者性别、年龄、体重、饮食、药物、营养状态、肌肉代谢等因素的影响而波动；②除肾小球可以滤过肌酐外，肾小管也可以分泌一部分肌酐，因此，以Scr值来估算GFR是不准确的；③当GFR下降超过30%～50%时，Scr才会出现明显异常。因此，以Scr作为诊断AKI的生物标记物，其敏感性、特异性和时效性均存在一定问题。同样，BUN测定也会受到高蛋白饮食、创伤和药物等因素的影响，因此，BUN和Scr都不是诊断AKI的理想生物标记物。

理论上，理想的AKI生物标记物应具备以下特征：①具有肾脏特异性，最好是由受损的肾脏细胞直接产生；②体内的生物标记物浓度与肾脏受损程度、疾病严重程度呈比例关系；③在AKI的早期，肾脏功能仍处于可逆阶段时，体内的生物标记物浓度即可出现异常，为早期临床干预提供指导；④体内生物标记物的浓度可以随疾病进程而变化，从而可以实现对疾病进程和治疗反应的监控；⑤对AKI预后具有良好的预测价值；⑥检测方便，可重复性好。

为找到AKI患者理想的生物标记物，研究者们进行了大量的基础和临床研究，已有数个生物标记物展现了其在AKI诊疗中的应用价值和潜力。

中性粒细胞明胶酶相关脂质转运蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL）是一个与中性粒细胞明胶酶共价结合的糖蛋白，是脂质转运蛋白家族的成员。正常情况下，NGAL在人体的肺、胃、结肠和近端肾小管上皮细胞中低水平表达，但在受损的上皮细胞中，NGAL的表达明显增高。研究显示，NGAL具有生长因子样作用，能够调节细胞的凋亡和分化；还可以调节上皮细胞表型，诱导人胚胎和成人肾脏上皮细胞的形成。在肾缺血损伤和肾毒性药物造成的AKI动物模型中，基因组学和蛋白组学分析证实，NGAL基因和蛋白是继发于损伤之后，最先高表达的基因和蛋白。Devarajan等进行的一项横断面研究显示，AKI患者血和尿中的NGAL水平均明显增高，血和尿中的NGAL水平与Scr水平具有相关性，但NGAL升高先于Scr。AKI患者的肾脏活检也显示，NGAL在皮质肾小管中呈现出异常浓聚。动物实验和临床研究结果提示，NGAL的高表达可能是肾脏应对损伤的一种自我保护和修复机制。

多项临床研究对血和尿NGAL作为ICU患者AKI早期诊断生物标记物的价值进行了评估。Endre等在一项前瞻观察研究中纳入了529名成人ICU患者，其中28%的患者入ICU时已罹患AKI，该研究以受试者工作特征曲线下面积（AUC）作为评价诊断准确性的工具，AUC越接近于1.0，诊断准确性越高；AUC越接近于0，诊断准确性越低。研究结果显示，以尿NGAL作为诊断AKI的指标，AUC为0.66；以尿NGAL作为预测入ICU两天内发生AKI的指标，AUC为0.55；以尿NGAL作为预测患者是否需要肾脏替代治疗（RRT）的指标，AUC为0.79。Doi等在另一项临床研究中纳入了339名成人ICU患者，其中19%的患者入ICU时已罹患AKI，该研究显示，尿NGAL作为预测患者入ICU 7天内发生AKI的指标，AUC为0.70。De Geus等在一项前瞻研究中纳入了632名成人ICU患者，其中16%的患者入ICU时已罹患AKI。在此研究中，血和尿NGAL作为预测患者入ICU 7天内发生AKI的指标，其AUC分别为0.77和0.80；血和尿NGAL作为预测患者是否需要RRT的指标，其AUC分别为0.88和0.89。Cruz等在一项前瞻观察研究中纳入301名成人ICU患者，其中30%的患者入ICU时已罹患AKI，血NGAL作为预测患者入ICU 48小时内发生AKI的指标，AUC为0.78；血NGAL作为预测是否需要RRT的指标，其AUC为0.82。Constantin等在一项研究中纳入了88名成人ICU患者，其中11%的患者入ICU时已罹患AKI，血NGAL作为预测患者入ICU 7天内发生AKI的指标，AUC为0.92；血NGAL作为预测患者是否需要RRT的指标，其AUC为0.78。

目前已有多项大规模临床研究对血和尿NGAL作为AKI生物标记物的价值进行了评估。血和尿NGAL作为ICU患者AKI的早期诊断指标，具有相对较好的诊断准确性；同时，NGAL对判断ICU患者是否需要RRT具有良好的预测价值。

需要注意的是，由于NGAL在肾脏之外的其他器官也有表达，感染、炎症、肿瘤、高血压等疾病状态时，血NGAL值也会出现异常；此外，慢性肾脏疾病时，NGAL也会出现异常增高。因此，采用NGAL作为诊断AKI的早期生物标记物时，需要考虑到这些因素的影响。

胱抑素C（cystatin C，CysC）是一个分子量为13 000道尔顿的内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂，在多种蛋白质和肽类的细胞内代谢中发挥作用。人体的有核细胞以基本恒定的速度生成CysC并将它排出到血液中。血液中超过99%的CysC被肾小球滤过，滤过后的CysC被近端肾小管细胞完全重吸收并代谢，正常情况下尿液中检测不到CysC。因此，尿CysC可以作为肾小管损伤的生物标记物，而血CysC则是GFR下降的敏感指标。

Herget-Rosenthal等以85例具有罹患AKI高危因素的ICU成人患者为研究对象，其中52%的患者最终确诊为AKI。研究发现，血CysC的异常变化早于Scr；与Scr相比，以血CysC作为诊断AKI的生物标记物，可以提前1～2天诊断AKI（提前2天，AUC：0.82；提前1天，AUC：0.97）。Ahlstrom等以202例ICU成人患者为研究对象，其中，49例最终诊断为AKI，该研究发现，血CysC的变化并不早于Scr，但以血CysC作为患者预测入ICU 48小时内发生AKI的指标，AUC为0.89。Bell等以845例ICU成人患者为研究对象，发现血CysC升高是与患者住院病死率相关的独立危险因素，这种相关性在AKI患者中更加明显。

CysC作为诊断AKI的生物标记物也存在一些缺陷。与Scr类似，血CysC也受到人体肌肉质量、脂肪组织含量等因素的影响。并且CysC的检测可能会受到吸烟、饮酒、甲状腺功能异常、炎症反应和服用糖皮质激素等因素的影响。

白介素-18（Interleukin-18，IL-18）是一种促炎细胞因子，它在肾脏闰细胞、连接小管和集合管中均有表达。这三种细胞含有合成IL-18的三种关键成分：前IL-18、P2X7和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1，它们能够将IL-18前体转换为有活性的IL-18。IL-18可诱导和调节中性粒细胞在肾间质的浸润，促进炎症反应发展，造成进一步的肾损伤。在缺血性肾损伤模型中，IL-18在肾小管细胞中的合成和分泌明显增加，在损伤发生后6小时，尿IL-18即开始升高，12小时后达到峰值，可达到正常值的25倍。利用IL-18这一快速反应的特点，可能可以将尿IL-18作为诊断AKI的生物标记物。

Parikh等进行了一项嵌入式病例对照研究，纳入52例AKI患者和86例正常对照人群。在诊断AKI前24小时和48小时，AKI组患者的尿IL-18水平就明显高于对照组；以尿IL-18作为预测患者纳入研究24小时和48小时内发生AKI的指标，AUC分别为0.73和0.65；且纳入研究时的IL-18水平对患者住院病死率具有预测价值。该研究还显示，在AKI组和对照组，脓毒症对尿IL-18水平没有影响。Siew等在一项研究中纳入了451名患者，其中86名患者在纳入研究后48小时内发生了AKI，以尿IL-18作为预测患者纳入研究24小时和48小时内发生AKI的指标，AUC分别为0.62和0.60；同时尿IL-18对患者住院病死率和RRT需要率具有预测价值。该研究也发现，合并脓毒症对尿IL-18预测和诊断AKI没有影响。Endre等在另一项研究中报道，尿IL-18作为诊断AKI的指标，AUC为0.62；以尿IL-18作为预测患者入ICU 48小时内发生AKI的指标，AUC为0.55；以尿IL-18作为预测患者需要RRT和死亡的指标，其AUC分别为0.73和0.68。Doi等报道，以尿IL-18作为预测患者入ICU 1周内发生AKI的指标，AUC为0.69；以尿IL-18作为预测患者14天内死亡的指标，AUC为0.83。

脂肪酸结合蛋白（fatty acids binding proteins，FABPs）是一类细胞内小分子蛋白，它们的主要作用是作为脂类分子伴侣参与游离脂肪酸的转运。目前已知FABPs有九种类型，它们的组织分布非常广泛，但其确切的生物学功能和作用机制目前仍未完全明确。肝型脂肪酸结合蛋白（liver type-fatty acid-binding protein，L-FABP）是其中一种，由肝脏合成，主要分布在肝脏、肠道和近端肾小管的上皮细胞中。游离脂肪酸易被氧化，导致对细胞的氧化应激损伤。在氧化应激状态下，L-FABP可能可以通过加快细胞内游离脂肪酸的转运和代谢，维持细胞内低水平的游离脂肪酸水平，从而起到抗氧化应激损伤的作用。在肾毒性药物和肾缺血损伤造成的AKI动物模型中，检测尿L-FABP可以早期准确反映肾脏的组织和功能损伤。

Matsui等在一项研究中纳入了25例ICU危重患者，其中14例患者于ICU住院期间发生了AKI，在所有发生AKI的患者中，尿L-FABP水平均在诊断AKI之前即出现异常（提前0～30小时）；以尿L-FABP作为诊断AKI的指标，AUC为0.95。在另一项前瞻临床研究中纳入了145名感染性休克合并AKI的患者，研究结果显示，最终死亡患者的尿L-FABP水平明显高于存活患者；多因素回归分析显示，尿L-FABP水平与患者病死率明显相关；以尿L-FABP作为预测住院病死率的指标，AUC为0.99。Doi等在另一项研究中报道，以入ICU时的尿L-FABP水平作为预测患者14天内死亡的指标，AUC为0.90；以入ICU时的尿L-FABP水平作为预测患者7天内发生AKI的指标，AUC为0.75。

肾损伤分子-1（kidney injurymolecule-1，KIM-1）是一种跨细胞膜糖蛋白，在正常肾脏和尿液中均无法检出。但在肾缺血损伤和肾毒性药物造成的动物和人AKI中，在损伤发生后24～48小时，KIM-1在低分化的近端肾小管上皮细胞中的表达开始明显增加，在尿液中可检出KIM-1。由于KIM-1在正常情况下不表达，在肾小管损伤后早期表达增高，并可在尿液中检出，故KIM-1可能可以作为早期诊断AKI的生物标记物。

Endre等在一项前瞻临床研究中纳入了529例患者，研究发现，分别以KIM-1作为预测患者入ICU 48小时内发生AKI、7天内需要RRT、7天内病死率的指标，其AUC分别为0.55、0.62和0.56。

N-乙酰基-β-D-氨基葡糖苷酶（N-Acetyl-β-D-Glucosaminidase，NAG）是一种主要分布在近端肾小管细胞内的溶酶体酶，由于分子量大，肾小球正常情况下不能滤过NAG，通常只有肾小管细胞损伤，NAG大量由胞内释出时，才可以从尿液中检出NAG。因此，尿NAG升高常敏感地反映肾小管细胞的损伤，且NAG持续升高与肾小管疾病活动呈平行关系。目前已经有多个研究报道，在多种病因（肾毒性药物损伤、体外循环术后、肾移植术后等）造成的AKI中，均存在尿NAG升高，提示尿NAG可能可以作为AKI诊断的生物标记物。

Westhuyzen等在一项小规模临床研究中，连续纳入了26名成人ICU患者。研究显示，尿NAG对AKI具有预测价值，其AUC为0.84。Matsui等在另一项小规模临床研究中报道，以尿NAG作为AKI的预测指标，AUC为0.63。Doi等的研究发现，以尿NAG作为患者入ICU 7天内发生AKI和14天内病死率的预测指标，其AUC分别为0.62和0.66。

神经生长因子-1（Netrin-1）是一种层黏连蛋白相关的神经导向分子，在正常肾脏的肾小管上皮细胞中不表达或仅极少量表达。动物实验显示，在发生AKI之后，肾小管上皮细胞中表达的Netrin-1和分泌入尿中的Netrin-1均明显增高。在缺血-再灌注损伤造成的AKI动物模型中，尿Netrin-1在损伤发生后3小时即明显增高，6小时后到达峰值，然后缓慢下降，至72小时恢复正常水平；而Scr在损伤发生后24小时仍未出现升高。在顺铂、脂多糖等肾毒性药物造成的AKI动物模型中，尿Netrin-1最早可在损伤发生后1小时即明显升高，6小时后达到峰值，同样，尿Netrin-1的异常明显早于Scr。Ramesh等以体外循环术后的患者为研究对象，发现尿Netrin-1在术后2小时开始增高，至术后6小时达到峰值，并持续增高直至术后48小时；更重要的是，尿Netrin-1与患者AKI严重程度、病程和住院时间呈显著相关。

尿Netrin-1在肾脏损伤发生的极早期即开始出现变化，具备作为AKI生物标记物的潜力，但对于Netrin-1的认识主要来源于动物实验，仍需要进一步的基础和临床研究对其进行评估。

最新的生物标记物包括尿液金属蛋白酶-2组织抑制剂（urinary tissue inhibitor ofmetalloproteinase-2，TIMP-2）和胰岛素样生长因子结合蛋白-7（insulin-like growth factor-binding protein 7，IGFBP7）。TIMP-2和IGFBP7是G1细胞周期停止的标记物，DNA损伤后表达于肾小管细胞。通过启动细胞周期停止，在应激或损伤期间发挥肾脏保护作用。与前文提到的生物标记物不同，TIMP-2和IGFBP7作为细胞损伤的信号，在遭受不同打击时均升高，可以作为潜在的早期细胞应激信号。这些标记物作为重症患者AKI的危险评价得到了验证。尿液TIMP-2和IGFBP7的乘积[TIMP-2]·[IGFBP7]预测AKI的ROC值高于血浆NGAL和尿液TIMP-2、IGFBP7、L-FABP、IL-18。Koyner等发现，在AKI患者中，[TIMP-2]·[IGFBP7]＞2（ng/ml） ²/1000与增加的病死率或RRT需要率显著相关。

生物标记物可通过几种机制出现于尿液中，包括通过肾小球基底膜滤过（如蛋白尿和微球蛋白尿）；增加（或降低）的被动释放（如α-GST和π-GST）；主动诱导、随后释放和/或分泌（如NGAL和KIM-1）以及降低（或升高）的重吸收/分解代谢（如胱抑素C、β ₂-微球蛋白）。反映损伤的生物标记物存在部位特异性，生物标记物变化的强度和持续时间可以潜在地鉴别损伤的强度。

作为传统的生物标记物，血清肌酐和尿量的变化用于反映AKI患者肾脏功能的变化，而肾脏结构的损伤过去往往通过肾组织活检来判断。尽管新型生物标记物用于诊断肾脏病理的实际变化尚缺乏研究，但有发展前景。将来需要筛查出最好的生物标记物用于肾损伤的危险评价、诊断、病因的鉴别诊断和判断预后（图5-1），并找到其“阈值（cutoff）”；CKD患者生物标记物水平总体是升高的，当在CKD的基础上出现AKI时，也需要寻找其诊断阈值。

在AKI管理方面，急性透析质量倡议（ADQI）工作组总结了生物标记物的潜在应用价值：①AKI的诊断与分级：在没有肾功能改变的情况下，生物标记物可以鉴定患者存在明显的肾损伤（图5-2，右上1/4部分）；如果没有检测到肾功能下降和肾损伤的生物标记物，患者就没有AKI的证据（图5-2，左上1/4部分）；在将来，功能性和损伤生物标记物的联合应用可能有助于扩展AKI的诊断标准，新型生物标记物水平的高低可能可以反映AKI的严重程度，从而用于AKI患者的严重程度分级；②鉴别诊断：功能性和损伤生物标记物的联合应用可能能够精确地鉴别AKI的病因学和发病机制（图5-2，下半部分），更好地理解患者的病理生理变化；③评价预后并指导治疗：生物标记物的变化在反映AKI患者严重程度的同时，也能预测患者的预后；功能与损伤标记物的时间变化过程可以反映患者病情从一个阶段进展为另一个阶段，从而提示临床要根据患者的病理生理变化采取相应的治疗措施。

尽管已筛选出多个有潜力的AKI早期生物标记物，但迄今为止，仅有[TIMP-2]·[IGFBP7]获得了美国食品药品监督管理局的审批，获准投入临床使用。关于AKI生物标记物的研究，仍存在一些缺陷和问题亟待解决。

多数关于AKI生物标记物的研究是在同质研究对象中进行的，例如体外循环术后患者、使用造影剂的患者等。这些患者通常没有合并严重的基础疾病，肾脏损伤的原因、时间和损伤剂量明确。以此类患者为研究对象，大多数生物标记物的诊断表现都非常好。但在临床实践中，AKI患者往往是异质的，特别是ICU患者，常合并多种严重的基础疾病，造成肾脏损伤的原因、时间和损伤剂量也难以明确，这是造成部分生物标记物在临床实际运用中表现不佳的原因之一。因此，以临床复杂疾病状态和异质患者群为研究对象，评估生物标记物的临床应用价值更具有实际意义。

对各种生物标记物诊断AKI的价值进行评价时，AKI的诊断标准显得尤为重要，否则将无法建立一个标准的参考体系。在关于AKI生物标记物的研究中，采用的AKI诊断标准多达30余种。诊断标准的不统一使研究结果的准确性、可信度和可重复性较差，多个研究结果之间不具备可比性，无法进行总结分析。随着一致性AKI诊断标准的建立，这一情况将得到改善。

对AKI生物标记物的评价，不同研究往往采用不同的评价指标，如在不同时间点（研究入选时、入选后48小时、入选后7天等）对AKI诊断准确性的评价，对是否需要RRT的预测能力，对预后（7天病死率、14天病死率、ICU住院时间，慢性肾衰竭发生率等）的预测价值等。评价指标的非一致性令不同研究的结果不具备可比性。此外，研究者们可能会选择性报道阳性结果的评价指标，而对阴性结果不予以报道，这对于全面客观评价生物标记物的临床价值是不利的。

在不同的研究中，生物标记物的检测方法并不相同，包括ELISA法、电泳法、比浊法等。因此，对于同一生物标记物，各个研究报道的测定值、正常值、诊断阈值不具备可比性。即使在不同的研究中采取了相同的检测方法，由于没有对检测方法进行标准化和质量控制，检测结果也存在较大的差异。尽管关于AKI生物标记物的研究很多，但迄今关于各项生物标记物的正常值、诊断阈值仍难以统一，制约了它们的临床应用。

大多数研究在评价AKI生物标记物的诊断和预测价值时，都采用了受试者工作特征曲线这一统计学工具，以AUC值作为统计和评价指标。但是，部分研究对统计学的使用并不正确，如诊断阈值的设定方法错误，采取错误的统计学方法对不同生物标记物的AUC进行比较等。另外，受试者工作特征曲线这一统计学方法也存在局限性。针对其局限性，近来已开发出净重新分类指数（net reclassification index，NRI）和集成分歧改善（integrated discrimination improvement，IDI）等统计学工具对其进行补充。但在目前已发表的研究中，很少看到这些新统计工具的使用。

由于AKI生物标记物研究的局限性，目前还需要更多大样本、设计严谨、实施良好的临床研究，以客观、准确评估AKI生物标记物的临床应用价值，为AKI生物标记物的临床应用提供决策依据。随着分子生物学技术的发展，特别是基因组学和蛋白组学技术的应用，大规模、广泛筛选潜在的AKI生物标记物将成为可能，有助于寻找更加特异、灵敏、准确的AKI早期生物标记物。

提高AKI诊断的时效性和准确性对改善AKI患者的预后具有重要意义。目前已有多个早期生物标记物在AKI的诊疗中展现了良好的潜力，但其应用于临床尚存在一定距离。与动物模型不同，临床实践中，AKI是一种复杂的疾病状态，其病因往往是多方面的，可能存在多个损伤机制和损伤部位，且造成肾损伤的因素可能持续存在。迄今还没有一项生物标记物能够在异质人群、不同病因造成的AKI中，表现出稳定的诊断准确性和预后预测能力。因此，依靠单个生物标记物可能不足以实现对AKI这一复杂临床疾病的准确诊断和预后预测。将反映不同损伤部位、不同损伤机制、具有不同诊断和预测特性的生物标记物组合起来，用于AKI的诊断和预后预测，可能会具有累加和协同效应。对于体外循环术后患者，多项生物标记物组合用于AKI的诊断和预测，其表现优于单项生物标记物。生物标记物在AKI诊疗中的作用、优势和潜力已经毋庸置疑，但仍需要进一步的研究去筛选、评估、优化生物标记物在AKI诊治中的应用，以缩短现有研究结果和临床应用之间的距离。相信在不久的将来，生物标记物不仅能预测AKI的发生和对AKI暴露因素的反应，而且可以判断患者的肾脏预后，并指导治疗。