早期急性肾损伤标志物肾损伤分子1研究进展(1)
[摘要] 肾损伤分子1(Kim-1)是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，在正常肾脏中不能检测出，但在肾脏缺血或者毒性损伤后在近端小管细胞的细胞膜顶端表达增强，能够促进损伤的上皮细胞修复。目前越来越多的研究表明Kim-1可能是代表急性肾损伤早期、无创的近端小管生物标志物。
[关键词] 急性肾损伤；肾损伤分子1；生物学标志
[中图分类号] R692.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2014)12(b)-0166-04
急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是一个常见而又严重的临床问题，最新的调查显示，每年近200万人死于AKI，就算有幸存活其发生慢性肾脏疾病的风险将增大[1]。AKI的病死率一直居高不下，部分原因可能是到目前为止仍缺乏一个可靠的早期损伤生物标志物，以至于不能进行早期诊断和治疗。肾损伤分子1(kidney injury molecule-1，Kim-1)是早期发现AKI的一种近端小管损伤生物标志物。越来越多的证据表明Kim-1分子在早期检测AKI比其他分子更有优势，尤其是在24 h内血清肌酐增加之前。本文将对Kim-1的研究进展作一综述。
1 AKI及其生物标志物
AKI是指肾功能突然或者持续下降，导致含氮废物与非含氮物质在体内潴留以及水电解质平衡调节失调。尽管AKI在病因和发病机制方面的研究进展迅速，但其临床的早期检测和诊断仍存在争议。目前AKI的诊断主要根据RIFLE标准[2]，即主要依靠肾小球滤过率下降，血肌酐升高以及有无少尿，分为5个等级：风险期(risk)、损伤期(iniury)、衰竭期(failure)、丧失期(loss)、终末期(end-stage)。但是由于血肌酐升高缺乏敏感性和特异性，常常在肾损害48～72 h后才升高，因此其不能全面早期准确地反映肾损伤。而且，血肌酐升高与否及其升高的幅度还受其他一些因素，如患者的年龄、营养状况以及是否合并慢性肾衰竭等多种因素的影响，所以寻找更为准确、有效的临床早期诊断指标，及时早期治疗，已成为改善患者预后的关键之一[3]。
由于急性肾小管坏死代表了AKI主要的病理变化，所以AKI可以通过检测不同的指标来确定。第一，可以检测尿中近端小管损伤后分泌增加的蛋白，如结构蛋白(肾小管上皮细胞抗原、肌动蛋白)和近端小管中的酶(N-乙酰氨基糖苷酶、碱性磷酸酶、γ-谷氨酰转移酶)[4]。其次，由于近端肾小管上皮的重吸收功能障碍，使其对自由滤过的小分子(比如β2微球蛋白、溶菌酶和胱抑素C)重吸收减少导致尿中上述分子增加。第三，作为对损伤的反应，AKI时一些小管基因和蛋白表达可立即上调而在尿中可检测出来，这作为早期诊断AKI的指标受到了至今最大的关注，其中最主要的代表包括Kim-1、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)以及肝型脂肪酸结合蛋白(liver-type fatty acid-binding protein，L-FABP)[5-7]。很多研究表明尿NGAL、L-FABP、白介素-8、胱抑素C、Kim-1等其他分子都是诊断AKI的潜在标志[8-9]，但至今尚没有一个能代替血肌酐。
2 Kim-1
2.1 Kim-1的分子结构、表达及生物学功能
Kim-1分子是在人或大鼠肾脏缺血-再灌注损伤后修复研究中发现的一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，在非洲绿猴中称为甲型肝炎病毒受体1(HAVCR-1)。Kim-1随后在T细胞中又被称作T细胞免疫球蛋白黏蛋白域蛋白-1(TIM-1)。Kim-1是由T细胞免疫球蛋白黏蛋白(TIM)基因家族成员之一的Tim-1基因编码。大鼠的TIM基因家族包括位于11号染色体上的8个成员组成(TIM-1～TIM-8)，而其中只有4个编码功能蛋白(TIM-1～TIM-4)。人类TIM基因家族只包括3个成员(TIM-1/Kim-1、TIM-3和TIM-4)位于5号染色体上，此染色体区域多次研究均显示与过敏、哮喘及自身免疫有关。通过表达、结构及功能研究表明大鼠的TIM-1、TIM-3和TIM-4基因分别是人类TIM-1/Kim-1、TIM-3和TIM-4的同源基因。Kim-1胞外域中包含6个半胱氨酸免疫球蛋白样的结构域和黏蛋白域。Kim-1胞内域相对较短同时含有一个潜在的磷酸化位点，表明Kim-1可通过磷酸化酪氨酸残基进行信号转导而成为一个信号分子，它的胞外域能被金属基质蛋白酶裂解[10]。Kim-1有两种剪接异构体，一种为在肝脏中的主要表现形式Kim-1a，包含334个氨基酸，因其首先发现是在非洲绿猴中作为细胞表面受体与甲型肝炎病毒结合而也被称为甲型肝炎病毒受体1(HAVCR-1)，另一种为肾脏中的主要表现形式Kim-1b，包含359个氨基酸。两种异构体都有相同的细胞外域，但它们的细胞内域却不一样[11]，肝脏的肾损伤分子1a细胞内域缺少酪氨酸激酶磷酸化区。
Kim-1在正常肾脏中不能检测到，但在肾脏缺血或者毒性损伤后Kim-1 mRNA迅速强烈表达，其表达比其他基因更明显，从而在去分化的近端小管细胞的细胞膜的顶端产生高水平的Kim-1蛋白。原位杂交和免疫组织化学染色显示Kim-1可在增殖和再生的近端小管中表达。在患有急性肾小管坏死(ATN)的患者的肾脏活体组织切片中的近曲小管上皮细胞中也发现Kim-1有强阳性表达。在细胞表面(成熟的)的Kim-1是以104 kDa的多肽形式存在，肾损伤后Kim-1的胞外域在金属基质蛋白酶的作用下形成90 kDa可溶性蛋白(可溶性Kim-1)从肾近端小管上皮脱落到尿液中[12-13]。在体内和体外实验研究都证实，当大鼠肾近端小管上皮损伤后，Kim-1的胞外域可从细胞上脱落下来[11]。这种可溶性的Kim-1可以在急性肾小管坏死的患者尿中检测到，从而可能成为近端肾小管损伤的一个有用的生物标志物[13]。 (李引 杜晓刚)
[关键词] 急性肾损伤；肾损伤分子1；生物学标志
[中图分类号] R692.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2014)12(b)-0166-04
急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是一个常见而又严重的临床问题，最新的调查显示，每年近200万人死于AKI，就算有幸存活其发生慢性肾脏疾病的风险将增大[1]。AKI的病死率一直居高不下，部分原因可能是到目前为止仍缺乏一个可靠的早期损伤生物标志物，以至于不能进行早期诊断和治疗。肾损伤分子1(kidney injury molecule-1，Kim-1)是早期发现AKI的一种近端小管损伤生物标志物。越来越多的证据表明Kim-1分子在早期检测AKI比其他分子更有优势，尤其是在24 h内血清肌酐增加之前。本文将对Kim-1的研究进展作一综述。
1 AKI及其生物标志物
AKI是指肾功能突然或者持续下降，导致含氮废物与非含氮物质在体内潴留以及水电解质平衡调节失调。尽管AKI在病因和发病机制方面的研究进展迅速，但其临床的早期检测和诊断仍存在争议。目前AKI的诊断主要根据RIFLE标准[2]，即主要依靠肾小球滤过率下降，血肌酐升高以及有无少尿，分为5个等级：风险期(risk)、损伤期(iniury)、衰竭期(failure)、丧失期(loss)、终末期(end-stage)。但是由于血肌酐升高缺乏敏感性和特异性，常常在肾损害48～72 h后才升高，因此其不能全面早期准确地反映肾损伤。而且，血肌酐升高与否及其升高的幅度还受其他一些因素，如患者的年龄、营养状况以及是否合并慢性肾衰竭等多种因素的影响，所以寻找更为准确、有效的临床早期诊断指标，及时早期治疗，已成为改善患者预后的关键之一[3]。
由于急性肾小管坏死代表了AKI主要的病理变化，所以AKI可以通过检测不同的指标来确定。第一，可以检测尿中近端小管损伤后分泌增加的蛋白，如结构蛋白(肾小管上皮细胞抗原、肌动蛋白)和近端小管中的酶(N-乙酰氨基糖苷酶、碱性磷酸酶、γ-谷氨酰转移酶)[4]。其次，由于近端肾小管上皮的重吸收功能障碍，使其对自由滤过的小分子(比如β2微球蛋白、溶菌酶和胱抑素C)重吸收减少导致尿中上述分子增加。第三，作为对损伤的反应，AKI时一些小管基因和蛋白表达可立即上调而在尿中可检测出来，这作为早期诊断AKI的指标受到了至今最大的关注，其中最主要的代表包括Kim-1、中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)以及肝型脂肪酸结合蛋白(liver-type fatty acid-binding protein，L-FABP)[5-7]。很多研究表明尿NGAL、L-FABP、白介素-8、胱抑素C、Kim-1等其他分子都是诊断AKI的潜在标志[8-9]，但至今尚没有一个能代替血肌酐。
2 Kim-1
2.1 Kim-1的分子结构、表达及生物学功能
Kim-1分子是在人或大鼠肾脏缺血-再灌注损伤后修复研究中发现的一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，在非洲绿猴中称为甲型肝炎病毒受体1(HAVCR-1)。Kim-1随后在T细胞中又被称作T细胞免疫球蛋白黏蛋白域蛋白-1(TIM-1)。Kim-1是由T细胞免疫球蛋白黏蛋白(TIM)基因家族成员之一的Tim-1基因编码。大鼠的TIM基因家族包括位于11号染色体上的8个成员组成(TIM-1～TIM-8)，而其中只有4个编码功能蛋白(TIM-1～TIM-4)。人类TIM基因家族只包括3个成员(TIM-1/Kim-1、TIM-3和TIM-4)位于5号染色体上，此染色体区域多次研究均显示与过敏、哮喘及自身免疫有关。通过表达、结构及功能研究表明大鼠的TIM-1、TIM-3和TIM-4基因分别是人类TIM-1/Kim-1、TIM-3和TIM-4的同源基因。Kim-1胞外域中包含6个半胱氨酸免疫球蛋白样的结构域和黏蛋白域。Kim-1胞内域相对较短同时含有一个潜在的磷酸化位点，表明Kim-1可通过磷酸化酪氨酸残基进行信号转导而成为一个信号分子，它的胞外域能被金属基质蛋白酶裂解[10]。Kim-1有两种剪接异构体，一种为在肝脏中的主要表现形式Kim-1a，包含334个氨基酸，因其首先发现是在非洲绿猴中作为细胞表面受体与甲型肝炎病毒结合而也被称为甲型肝炎病毒受体1(HAVCR-1)，另一种为肾脏中的主要表现形式Kim-1b，包含359个氨基酸。两种异构体都有相同的细胞外域，但它们的细胞内域却不一样[11]，肝脏的肾损伤分子1a细胞内域缺少酪氨酸激酶磷酸化区。
Kim-1在正常肾脏中不能检测到，但在肾脏缺血或者毒性损伤后Kim-1 mRNA迅速强烈表达，其表达比其他基因更明显，从而在去分化的近端小管细胞的细胞膜的顶端产生高水平的Kim-1蛋白。原位杂交和免疫组织化学染色显示Kim-1可在增殖和再生的近端小管中表达。在患有急性肾小管坏死(ATN)的患者的肾脏活体组织切片中的近曲小管上皮细胞中也发现Kim-1有强阳性表达。在细胞表面(成熟的)的Kim-1是以104 kDa的多肽形式存在，肾损伤后Kim-1的胞外域在金属基质蛋白酶的作用下形成90 kDa可溶性蛋白(可溶性Kim-1)从肾近端小管上皮脱落到尿液中[12-13]。在体内和体外实验研究都证实，当大鼠肾近端小管上皮损伤后，Kim-1的胞外域可从细胞上脱落下来[11]。这种可溶性的Kim-1可以在急性肾小管坏死的患者尿中检测到，从而可能成为近端肾小管损伤的一个有用的生物标志物[13]。 (李引 杜晓刚)