驗證四種基于肌酐的腎小球濾過率估算方程的性能

劉佩佳，彭洪泉，郭興華，湯磊樂，李少敏，方佳，劉迅

（1.中山大學附屬第三醫院腎臟內科，廣東廣州 510630；2.鏡湖醫院腎臟內科，澳門 999078；3.中山大學附屬第三醫院風濕科，廣東廣州 510630；4.中山大學附屬第三醫院心內科，廣東廣州 510630）

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）患者約占我國總人群比例的10.8%，這表明中國可能有超過1.5 億的CKD 患者［1］。此外，隨著糖尿病人數的增加，CKD 患者的數量和比例將進一步提升［2］。腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）通常用于CKD 的診斷、疾病分類和病情預后的評估，是常規醫療工作的重要組成部分［3-4］。精確的GFR 評估十分關鍵。臨床醫師可以分別通過測定GFR（measured glomerular filtration rate，mGFR）和估算GFR（estimated glomerular filtration rate，eGFR）的方法獲得GFR 的值［5］。盡管eGFR 可能沒有mGFR的準確度高，但eGFR 簡單易行。當前各研究機構可能發布了百余種eGFR 方程。在這些eGFR 方程中，2012 慢性腎臟病流行工作組（chronic kidney disease epidemiology collaboration，CKD-EPI）方程最受關注［6］?；诩◆╟reatinine，Cr）的2012CKD-EPI 方程也因其優越的估算能力被改善全球腎臟病預后組織推薦為北美、歐洲和澳洲GFR評估的首選方程［7］。但是，在中國人群中驗證mGFR 和2012CKD-EPIcr 方程的一致性研究的結論仍然存在爭議［8-15］。因此，2012CKD-EPIcr 是否適用于中國人群仍值得探討。據我所知，中國人群中尚無官方指定的eGFR 方程。因此，探尋最適合中國人群的eGFR方程也一個值得研究的問題?？紤]到目前的eGFR 方程較多，本研究額外選取了2021CKD-EPIcr 方程、歐洲腎功能協會（European Kidney Function Consortium，EKFC）方程和湘雅方程予以驗證［8，16-17］。2021CKD-EPIcr 方程是2012CKD-EPIcr 方程基礎上進行修訂，改良后的方程剔除了種族變量，并獲得優于2012CKD-EPIcr方程的預測性能［16］。EKFC 方程是在全年齡段（full age sperm，FAS）方程的基礎下進行優化，修訂后的估算能力比FAScr 方程和2012CKD-EPIcr 方程好［17］。而湘雅方程是近些年基于中國人群建模的代表性方程［8］。需要強調的是，這三個方程均是在大樣本、高質量、多中心隊列中建模和驗證的，所以極具驗證價值。此外，這三個方程發布時間較短，在中國人群中的外部驗證研究較少。最后，我們發現大部分在中國人群中eGFR方程驗證的研究是通過99m鉈-二乙烯三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid，99mTc-DTPA）腎動態顯像來測量GFR，但這個mGFR 測定方法不推薦用于eGFR 方程的構建和驗證［3，7］。因此，用更加精確的mGFR為參照的驗證研究可以得到更令人信服的結論。根據文獻報道，碘海醇血漿清除率測定的GFR 被推薦用于eGFR 方程的建模和驗證［3，7］。本研究擬以碘海醇血漿清除率測定的GFR 為參照，分別在中國人群中驗證2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程的預測能力，進而探尋最適合中國人群的eGFR方程。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究是一個橫斷面研究。參與者為2020 年9 月至2021 年3 月在中山大學附屬第三醫院和澳門鏡湖醫院就診的CKD 人群。CKD 的診斷為滿足以下任意一個標準超過3 個月：①eGFR＜60 mL·min-1·（1.73m2）-1；②尿蛋白異常；③尿沉渣異常；④腎小管相關病變；組織學異常；⑤影像學所見結構異常［18］。參與者均通過碘海醇血漿清除率測定GFR。排除標準：①急性腎損傷；②液體潴留患者或脫水患者：充血性心衰、中度、重度水腫、脫水；③肢體殘缺、肌肉萎縮、嚴重營養不良；④泌尿系梗阻者；⑤近期服用且不能暫停用如下藥物者：阿司匹林、非甾體抗炎藥、西米替丁、雷尼替丁、甲氧芐啶等藥物；⑥碘造影劑過敏；⑦甲狀腺疾病者：多結節性甲狀腺腫，Graves 病或自身免疫性甲狀腺炎多；⑧懷孕、哺乳或腫瘤患者；⑨腎移植。最終納入參與者198人，其中澳門鏡湖醫院納入145人，中山大學附屬第三醫院納入53 人。中山大學附屬第三醫院倫理委員會和澳門鏡湖醫院倫理委員會批準本項目，所有參與者入組前均簽署知情同意書。

1.2 eGFR方程

本研究選取2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPI 方程、EKFC 方程和湘雅方程進行外部驗證（表1）。

表1 四個eGFR方程Table 1 Four eGFR equations

1.3 實驗室檢測方法

1.3.1 試驗流程 所有受試者試驗當日早餐予以輕-流質飲食。第一次采血：在一側上肢抽取4 mL靜脈血用于血Cr的測定。抽血后注射碘海醇5 mL［商品名：歐乃派克，Omnipaque 300，碘含量300 mg∕mL，通用電氣藥業（上海）有限公司］，注射前后用電子天平秤量注射器重量并記錄數值，注射后予10 mL 生理鹽水靜推沖管。此為采血點0時。第二次采血：2 h后在另外一側上肢采血4 mL，該標本用于血漿碘海醇濃度的測定。此采血點為2 時。第三次采血：在另外一側上肢采靜脈血4 mL，該標本用于血漿碘海醇濃度的測定。在第三次采血前，我們通過2012CKD-EPIcr 方程計算的eGFR 初步評估參與者的腎臟功 能。如eGFR≥30 mL·min-1·（1.73m2）-1，則在4 時采血；如eGFR＜30 mL·min-1·（1.73m2）-1，則在5時采血。

血標本的處理、保存和運輸：采集血液通過EDTA 抗凝管或無抗凝劑干燥管收集。血標本1 000 ×g離心10～15 min 取上清液獲得血漿，血漿用eppendorf 管分裝，每個eppendorf 管至少含300μL 的血漿。標本在-80 ℃凍存。收集全部入組人群后，樣本箱儲存放入泡沫塑料箱中，加入干冰以保持樣本低溫，送至杭州的凱萊譜-METABOLON聯合實驗室。

1.3.2 血肌酐測定方法 血Cr 的測定由日本日立公司生產的自動生化自動化檢測分析儀完成。血清Cr 通過酶法定量測定，該酶法通過同位素稀釋質譜法校準（SRM914）［19］。

1.3.3 碘海醇血漿清除率測定GFR 超高效液相色譜法串聯質譜法Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectroscopy（UPLCMS∕MS）用于測定血漿碘海醇濃度。Waters ACQUITY 超高效液相色譜（ultra-performance liquid chromatography，UPLC）和Thermo Scientific Q-Exactive高分辨率∕精確質譜儀，與加熱電噴霧電離（HESI-II）源和Orbitrap 質量分析儀連接，以35 000 質量分辨率運行。

mGFR 的計算：應用斜截式方法計算碘海醇血漿清除率：mGFR（mL·min-1）=Q∕AUC=Q∕（C0∕K），AUC 為曲線下面積，碘海醇推注劑量（Q）=［碘海醇推注前注射器重量（mg）-碘海醇推注后注射器重量（mg）］×碘海醇濃度∕碘海醇密度，C0 為0 時碘海醇血漿濃度，K 可以通過2 次抽血時對應的碘海醇血漿濃度計算得出［20］。計算出的GFR 由Brochner-Mortensen 算式校正［21］。體表面積通過DuBois 算式［體表面積（m2）=0.007 184×體質量（kg）0.425×身高（cm）0.725］校正［22］。校準后GFR=校準前GFR×（1.73∕體表面積）。

1.4 統計學方法

連續變量進行正態性檢驗（Kolmogorov-Smirnov 檢驗），符合正態分布的連續變量通過均數±標準差表示，不符合正態分布的連續變量通過中位數M（四分位間距）表示，分類變量通過頻數（百分率）表示。mGFR亞組間連續變量通過t檢驗（正態分布）或Mann-WhitneyU（非正態分布），分類變量通過卡方檢驗。本研究通過Bland-Altman圖展示mGFR 和eGFR 的一致性，并通過一致性相關系數（concordance correlation coefficient，CCC）［23］、覆蓋概率（coverage probability，CP）［24］和總偏差指數（total deviation index，TDI）［25］三個指標進一步量化mGFR 和eGFR 間的一致性，這三個指標的統計量通過R 語言Agreement 包完成。通過偏差、精確度和準確度三個維度評估eGFR 方程的預測性能。偏差是mGFR 減去eGFR 的平均值，用于測量系統誤差。精確度是eGFR 和mGFR 差值間的四分位間距（interquartile range，IQR），用于隨機誤差評估。準確度通過兩個方面的指標衡量，一個方面是均方根誤差（root square mean error，RSME），另一個方面是在測量GFR30%偏差范圍內的估計百分比（percentage of estimates within 30% deviation of measured GFR，P30）。通過自助抽樣（2000 次自助抽樣）的方法獲得偏差、IQR、RSME以及P30的95%置信區間（confidence intervals，CI）。判定最優eGFR 方程后，以該方程為參照和其他eGFR 方程的偏差、IQR、RSME以及P30進行統計學檢驗。統計檢驗方法如下：①偏差通過Wilcoxon 符號秩檢驗；②P30通過McNemar-Bowker 檢驗；③RSME和IQR在自助抽樣獲得2 000個樣本后，通過獨立樣本t檢驗比較組間差異。統計學顯著性水平為P＜0.05。所有統計分析均由StataMP 16 軟件（StataCorp，Texas，USA）、R語言3.6.1軟件和Spyder 3.3.6軟件完成。

2 結果

2.1 研究人群特征

本研究一共納入198 名參與者，總體人群中男性有102 人（51.5%），中位數年齡為60（44～72）歲，中位數血肌酐濃度為1.1（0.8～1.6）mg∕dL，mGFR 和四個eGFR 方程（EKFC、2012CKD-EPI、2021CKDEPI 和湘雅方程）中位數分別是56.2 mL∕（min·1.73m2）、67.1 mL∕（min·1.73m2）、73.0 mL∕（min·1.73m2）、66.9 mL∕（min·1.73m2）和63.8 mL∕（min·1.73m2）。mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2）組和mGFR＜60 mL∕（min·1.73m2）在年齡、收縮壓、血Cr、糖尿病發病率、高血壓發病率和冠心病發病率上的差異有統計學意義，所有P值均＜0.05。余結果在表2中有詳細描述。

表2 總體人群和mGFR亞組人群特征Table 2 Population characteristics of the overall population and mGFR subgroups［n（%）or M（P25～P75）or（）］

表2 總體人群和mGFR亞組人群特征Table 2 Population characteristics of the overall population and mGFR subgroups［n（%）or M（P25～P75）or（）］

mGFR：measured glomerular filtration rate；CKD-EPI：chronic kidney disease epidemiology collaboration；EKFC：European kidney function consortium；cr：creatinine；Group 1：mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2），Group 2：mGFR＜60mL∕（min·1.73m2）.

2.2 mGFR和eGFR一致性檢驗結果

如圖1 的Bland-Altman 圖所示，在總體人群中，2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr、EKFC和湘雅方程均高估了mGFR，四個方程95%CI 區間覆蓋觀察值的百分比都超過90%，四個方程中EKFC 方程有最低的平均差和最窄的95%一致性置信區間。表3 描述了的mGFR 和eGFR 一致性檢驗的結果，總體人群中，EKFC 方程的CCC 最優，結果為0.90，95%CI 范圍為（0.87，0.92）?？傮w人群中，EKFC 方程的TDI 最小，值為24.41，這表明EKFC 方程90%的估計值落在參考mGFR 的-24.41%至+24.41%范圍內，EKFC 方程TDI95%CI 范圍為（20.57，27.69）?？傮w人群中，EKFC 方程的CP 最優，值為0.5，這表明50%的eGFR 的誤差大于±10%的mGFR，EKFC方程CP95%CI 范圍為（0.47，0.53）。在男性亞組、女性亞組以及mGFR 亞組中結果的趨勢和總體人群中一致，均表現為EKFC 方程和mGFR 有最好的一致性。

表3 eGFR和mGFR間的的一致性分析Table 3 Concordance analysis between eGFR and mGFR

圖1 四種eGFR方程的Bland-Altman圖Fig.1 Bland-Altman plots of four eGFR equations

2.3 eGFR方程的預測性能

表4 詳細的描述了EKFC、2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和湘雅方程的預測性能。在總體人群中，EKFC 的偏差、精確度、P30和RSME分別為-0.99、14.64、0.80 和14.68，95%CI 的范圍分別為（-2.53，0.94）、（11.82，17.35）、（0.73，0.85）和（12.69，17.35），全面優于 2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和Xiangya 方程，差異有統計學意義，所有P值均＜0.05。在mGFR≥60 mL∕（min·1.73m2）的亞組人群中，2012CKD-EPIcr 和Xiangya 方程的P30分別為0.88 和0.94，95%CI 范圍分別為（0.79，0.93）和（0.85，0.97），與EKFC 方程的P30相當，差異無統計學意義，P值＞0.05。在女性亞組中，2012CKD-EPIcr 方程的P30為0.75（0.64，0.81），準確度和EKFC 方程相當，差異無統計學意義，P＞0.05。余亞組比較的結果和總體結果的趨勢基本一致，EKFC 方程有最優的估算性能。

表4 eGFR方程的預測性能Table 4 Predictive performance of eGFR equations

3 討論

本研究以碘海醇的血漿清除測定的GFR 為參照，通過一致性檢驗、偏差、精確度P30和RSME比較了四個基于血Cr 建模的eGFR 方程（EKFC、2012CKD-EPI、2021CKD-EPI 和Xiangya）的預測性能。本研究表明EKFC 方程的預測性能全面超越2012CKD-EPIcr、2021CKD-EPIcr 和湘雅方程，且只有EKFC 方程整體P30＞75%。在mGFR 亞組分析中，EKFC 方程也有優于或不劣于2012CKD-EPI、2021CKD-EPI 和Xiangya 預測性能。因此，EKFC可以被推薦用于中國人群的GFR評估。

總體上，EKFC、2012CKD-EPIcr 方程和2021CKD-EPIcr 方程的預測能力和穩健性高于湘雅方程。這可能是因為EKFC 和CKD-EPI 方程的參照GFR 是通過外源性標記物的血漿∕或尿清除率測定的，而湘雅方程的參照GFR 是通過99mTc-DT-PA 腎動態顯像測定?？紤]到99mTc-DTPA 腎動態顯像測定（Gates 法）的GFR 誤差相對較大、準確度相對較低，所以這個方法并沒有被建議用于eGFR 方程的建模［7，26］。更需要強調的是，EKFC 和CKDEPI 方程是對血Cr取截點的分段回歸模型，而湘雅方程模型本質上是簡單線性回歸模型。在eGFR建模領域，分段回歸模型是比簡單線性回歸更優的建模方法，而這也導致湘雅方程的預測性能比其他三個方程差。結合以上兩點原因，從偏差的角度看，湘雅方程更容易在高GFR 時低估GFR，在低GFR時高估GFR；從準確度的角度看，湘雅方程在mGFR 亞組上存在巨大的變異。和CKD-EPI 方程相比，EKFC 方程的預測性能更好。這可能是因為EKFC 方程對年齡變量有取截點，另外，EKFC 方程在數據處理時血Cr歸一化的方法和CKD-EPI方程不同。

當前有大量研究在中國人群中驗證2012CKD-EPIcr 方程的預測性能［8-15］。在所有評估eGFR 方程預測性能的指標中，P30是最為重要的一個指標。當前認為P30＞75%是eGFR 方程可用于臨床診斷的基本條件。Li 等［8］以99mTc-DTPA 腎動態顯像為參照，在1 042 名參與者中驗證2012CKDEPIcr 方程，P30為66.1%。Yang 等［12］在632 名CKD患者中驗證eGFR 方程，研究的mGFR 為99mTc-DTPA腎動態顯像，2012CKD-EPIcr方程的P30為54.1%。在一個包含101 名參與者的研究中，2012CKD-EPIcr方程的P30為63.4%（雙血漿法99mTc-DTPA）［11］。其他幾項中國人群研究中，2012CKD-EPIcr 方程的P30的范圍為36.3%～64.9%［12-15］?？傮w上，本研究和前述研究結果均表明，2012CKD-EPIcr方程的P30＜75%，可能不能滿足中國人群的臨床診斷需求。在湘雅方程、EKFC 和2012CKD-EPIcr 方程外部驗證的研究較少。Yue等［10］在830 名參與者中以99mTc-DTPA 腎動態顯像為參照，驗證了2012CKD-EPIcr 和湘雅方程，兩個方程的P30分別為62.3%和63.0%。和本研究不同的是，他們研究的湘雅方程的準確度比2012CKDEPIcr 更優。另外，本研究總體人群的P30優于Yue

等研究對應的方程。這可能跟參照GFR 的測定方法不同有關，本研究的參照GFR（碘海醇血漿清除）是比99mTc-DTPA 腎動態顯像更準確的GFR 測定方法［7，25］。Xia 等［14］在中國老年人中分別驗證了2012CKD-EPIcr和EKFC 方程，結果表明EKFC 方程顯著優于2012CKD-EPIcr 方程。研究結果和本結果一致。但是，Xia 等研究的P30比本研究對應的P30低（2012CKD-EPIcr：64.9% vs.73.0%；EKFC：69.0%vs.80.0%）。這種差異可能跟兩項研究的研究人群的年齡分布不同有關。2021CKD-EPIcr 方程可以減少黑人和非黑人之間變異度，促進種族平等，但在Levey 教授團隊的研究中，2021CKD-EPIcr方程的預測能力在非黑中弱于2012CKD-EPIcr 方程［16］。這個結果和本研究基本一致。但本研究的準確度比Levey 教授研究對應的eGFR 方程低，這主要可能跟驗證人種不同有關。

本研究以碘海醇血漿清除率測定的GFR 為參照，在中國人群中驗證了2012CKD-EPIcr 方程、2021CKD-EPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程。首先，2021CKD-EPIcr 方程、EKFC 方程和湘雅方程均是近期發布的方程，這些方程均缺乏在中國人群中的驗證。其次，碘海醇血漿清除率是一個可信度高的GFR 測定方法，研究結果可信度高。最后，本研究人群來自兩個醫學中心，研究人群特征較為豐富、研究結果較為有代表性。當然，本研究也有一定的局限性。第一、總體樣本量較小，這會影響研究結論的可靠程度。第二、受限于樣本量，本研究未在老年人、糖尿病、高血壓以及肥胖等亞組人群進行敏感性分析。

在本研究驗證的4 個eGFR 方程中，EKFC方程全面超越2012CKD-EPIcr 方程、2021CKDEPIcr 方程和湘雅方程，且EKFC 方程的P30＞75%，可以滿足臨床的診療需求。所以推薦EKFC 方程用于中國人群的GFR 估算，但未來我們需要納入更多的參與者去進一步證明這個結論。