急性腎損傷基因多態性的研究進展

李 涵 任瑩瑩 綜述 顧 玥 審校

急性腎損傷(AKI)是一組臨床綜合征,可見血清肌酐(SCr)快速升高,表現為氮質血癥、水電解質和酸堿失衡及全身各系統癥狀,可伴少尿或無尿。據報道,住院患者中10%～15%會發生AKI,重癥監護室(ICU)中約50%的患者會發生AKI[1]。早期預測和治療AKI對降低患者死亡率意義重大,因此,識別AKI高?；颊卟⒈M可能預防AKI至關重要。根據《2012改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)指南》的定義[2],AKI的診斷仍然基于短期內SCr水平升高和尿量減少。近年來許多研究致力于識別早期生物標志物以預測AKI的發生,如中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白、腎損傷分子1、胱抑素C等,但這些指標大多存在低敏感性、低特異性、低時效性等局限,尚未廣泛應用于臨床實踐中,因此,目前仍依據臨床經驗判斷患者是否發展成為AKI。目前發現炎癥反應失衡、缺血再灌注、細胞凋亡、線粒體功能等在AKI的發生發展過程中扮演重要角色[3]。但是目前的機制無法解釋AKI的發生和嚴重程度的廣泛變異性,說明個體遺傳易感性存在差異,因此遺傳變異導致的基因多態性成為一個極具前景的研究方向。

隨著基因研究的進展,越來越多的證據顯示基因多態性與AKI的發生、發展及預后密切相關。遺傳因素解釋了為什么只有特定患者發生AKI,為什么不同患者對治療手段的反應有差異,遺傳因素已被認為是AKI的易感性和嚴重性的潛在原因[4]。近年來,隨著基因測序技術的進步和對人類基因組的認識深入,全基因組關聯研究(GWAS)應運而生,成為探索疾病遺傳易感性的有力工具。GWAS表明了某些基因位點與AKI易感性存在關聯[5]。AKI基因多態性的研究特征見表1[6-17]。

表1 AKI基因多態性的研究特征

炎癥相關基因

炎癥反應是AKI發病機制中的一個關鍵機制,有效的炎性反應需要各種促炎因子的作用,如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素(IL)1b、IL-6和IL-8[18]。促炎因子可以通過一系列途徑相互作用,導致病理生物學效應的協同增強。多項研究已經證明,循環中促炎因子或抗炎因子水平與膿毒癥的發展和多器官衰竭的預后相關,而膿毒癥是ICU中AKI的首位病因。

TNF-αTNFA基因位于6號染色體短臂,其啟動子區域的多態性可能會改變促炎因子的表達水平及AKI發展過程中細胞因子的應答[6]。目前被研究較多的是位于TNFA啟動子區域的rs1800629位點,該位點的A等位基因與高啟動子活性有關,能增強TNF-α的轉錄。Chang等[6]前瞻性研究了508例接受經皮冠狀動脈介入治療(PCI)后的患者,其中有53例發生AKI,在基于等位基因的AKI風險分析中,與對照組相比,AKI患者TNFArs1800629中的A等位基因頻率增加,結果提示TNFArs1800629與PCI術后AKI發生風險密切相關。Chen等[7]針對TNFA基因多態性與不同種族患者發生AKI的關系進行了薈萃分析,結果顯示TNFArs1800629多態性表現出具有種族差異的AKI易感性趨勢,相對于白種人,TNFArs1800629與AKI易感性的關系在亞洲人群中更顯著。

IL-6 IL-6是一種多效性細胞因子,具有促炎和抗炎特性。已證明血漿中IL-6水平可作為預測AKI的良好生物標志物,Zhang等[19]通過測定心臟手術后患者血漿IL-6水平,發現術后IL-6濃度升高與AKI發生的高風險顯著相關,且風險呈劑量依賴性增加。

Saw等[8]前瞻性研究了接受心臟手術的870例東南亞患者,術后有379例患者發生了AKI,發現IL6 rs1800796 C等位基因與AKI風險降低相關。然而Jouan等[9]提出心臟手術后IL6 rs1800796 C等位基因與高加索人群AKI的發生風險呈正相關。這種矛盾結果可能是由于種族不同,群體中基因特異性調節因子之間相互作用復雜導致的。IL6 rs1800796 C等位基因在亞洲人群中占比高達82.3%,而在高加索人群中這一比例為5.0%,IL6 rs1800796與亞洲人群AKI風險降低有關的這種保護作用可能與其C等位基因在亞洲人群中的高攜帶率相關[8]。由于IL6多態性與亞洲人群之間的研究有限,因此未來仍需在東南亞和亞洲人群中進一步驗證此結果。

巨噬細胞移動抑制因子(MIF)MIF是一種與多種炎癥過程有關的細胞因子,在對細胞和全身的各種傷害性刺激(包括缺血/再灌注、內毒素血癥和手術)下會迅速釋放[20]。Averdunk等[10]研究了1 116例使用體外循環擇期心臟手術的患者,發現MIF啟動子多態性(rs3063368)引起心臟手術前血清MIF水平顯著升高,與心臟手術后發生AKI和死亡風險有關。然而Stoppe等[20]的研究表明在小鼠腎臟缺血/再灌注損傷模型中,缺乏MIF顯著加重了腎損傷的程度,提示MIF在腎臟保護中具有根本性的作用,該作者進一步研究60例擇期心臟術后患者,證明了心臟手術期間血清中高水平MIF與術后AKI風險降低有關。對于這種矛盾的結果,Averdunk等[10]認為,術前血清中長期升高的MIF水平與損傷效應相關,這可能需要與術中血清中高水平的MIF區分開來,后者可能在缺血再灌注期間介導對器官的保護作用。

血管血流動力學相關基因

多種原因(低血容量、全身血管舒張、血管阻力增加等)會導致腎臟灌注不足。缺血再灌注是臨床上導致AKI的最主要原因,也是圍手術期發病率和死亡率的重要和常見原因。腎缺血和隨后的再灌注損傷會啟動腎細胞壞死、凋亡和炎癥的信號級聯反應,最終導致AKI[21]。

血栓調節蛋白(THBD)基因位于人類染色體20p11.21,THBD由血管內皮細胞分泌,參與蛋白C系統的激活,具有抗炎和抗凝作用[11]。近年來,多項研究[11,22]表明血漿THBD水平是血管內皮細胞損傷的敏感特異標志物,也是膿毒癥相關急性腎損傷(S-AKI)的獨立預測因子。Li等[11]前瞻性研究了421例膿毒癥患者,其中AKI患者178例,非AKI患者243例,首次證明了中國漢族人群中THBDrs1962 C、rs3176123 G和rs1042580 T多態性與膿毒癥易感性和S-AKI發生風險增加相關,表明這些SNP位點是膿毒癥和S-AKI的高危因素。但此研究納入患者的種族較為單一,研究的規模較小,可能需要在更多大樣本研究中進一步驗證。

脂質代謝相關基因

近年來脂質代謝也被認為參與AKI的發生發展,但機制尚未明確。研究認為腎臟中沉積的過量游離脂肪酸可能氧化為脂質過氧化物,從而導致脂酰輔酶A(COA)、神經酰胺等相關毒性產物的沉積,進而引起腎臟內細胞氧化應激水平增加[23]。

載脂蛋白L1(APOL1)基因位點的變異是非洲裔美國人局灶性節段性腎小球硬化、慢性腎臟病(CKD)和終末期腎病(ESKD)的強易感因素[24-25]。APOL1等位基因在非洲人中很常見,約18%的非洲裔美國人攜帶APOL1高風險等位基因G1或G2。Jagannathan等[12]對10項前瞻性隊列研究進行薈萃分析,共53 976例非裔美國人,發現攜帶APOL1高?；蛐偷姆侵抟崦绹税l生CKD風險和CKD至ESKD進展風險增加。Hung等[13]研究了2 864例非洲裔感染人類免疫缺陷病毒(HIV)患者,共99例患者發生了ESKD,其中有55例患者攜帶APOL1高?；蛐?。研究提示APOL1高風險基因型是非洲裔HIV患者ESKD的強預測因子。

細胞凋亡相關基因

細胞凋亡可促進細胞更新,但過度或缺陷性凋亡導致的細胞凋亡失調可以導致多種疾病發生。過度的凋亡會導致器官萎縮,促進組織纖維化和器官功能障礙。腎小管細胞凋亡是AKI的一個重要機制。腎小管上皮細胞內源性及外源性凋亡均參與了AKI的發生發展[26]。腎小管近端小管上皮細胞對凋亡高度敏感,該部位的損傷會導致腎衰竭。已有研究證明了細胞凋亡相關基因與AKI的相關性。

絲氨酸蛋白酶抑制劑(SERPIN)絲氨酸蛋白酶抑制因子肽酶抑制因子進化枝A,成員4(SERPINA4)表達人組織激肽釋放酶結合蛋白(kallistin),該蛋白具有細胞凋亡、抗炎、抗氧化等多種功能[14]。SERPINA5rs1955656與SERPINA4rs2093266密切相關,可有一定程度的連鎖效應[14]。

Vilander等[14]通過前瞻性、多中心觀察研究了芬蘭多個ICU的患者,共2 567例,其中有601例患者發生AKI(KDIGO 2～3期),研究證明了SERPINA4rs2093266和SERPINA5rs1955656的A等位基因攜帶者與膿毒性休克重癥患者發生AKI(KDIGO 2～3期)的風險降低。El-Hefnawy等[15]將227例受試者分為三組:81例健康志愿者作為對照組,76例無AKI的新冠肺炎患者和70例有AKI的新冠肺炎患者進行病例對照研究,發現SERPINA4rs2093266基因和SERPINA5rs1955656基因與新冠肺炎患者AKI的發生密切相關。

其 他

表面活性劑蛋白D(SP-D)SP-D可在肺泡上皮Ⅱ型細胞、胰腺和腎臟等組織中表達和分泌,除了在表面活性劑穩態中作用外,SP-D在感染過程中對細胞凋亡和炎癥的調節發揮著關鍵作用[16]。

Liu等[27]建立膿毒癥小鼠模型,發現SP-D基因敲除小鼠發生腎損傷程度高于野生型小鼠,該作者認為SP-D可以通過抑制細胞凋亡、降低腎血管通透性,以及通過核因子κB (NF-κB)途徑調節腎臟炎性反應,從而減輕S-AKI模型小鼠的腎損傷,表明了SP-D在小鼠S-AKI模型中對腎臟細胞的保護作用。Liu等[16]進一步研究了159例ICU的AKI患者和120例健康人,均為中國漢族人,發現具有SP-Drs721917多態性的患者的血清SP-D水平和AKI易感性更高,且較高的基線血清SP-D水平與不良臨床結果相關。但此研究樣本量有限,種族單一。關于人類SP-D與AKI易感性的關系還需展開進一步的研究。

RAR相關孤兒受體C(RORC)RORC基因輔助性T細胞17(Th17)分化的主要調節因子。Th17細胞產生炎性細胞因子IL-17,被證明有助于AKI的發展[28]。

Gholamipoor等[17]回顧性研究了接受心臟手術的138例伊朗患者,其中63例發生AKI,發現RORCrs9017GG基因型與伊朗人群中IL-17水平升高和心臟術后AKI發生風險相關,表明rs9017GG基因型可能是心臟手術后AKI的預測因子。然而,該研究是迄今第一項也是唯一的研究,單中心研究且樣本量有限,需要對其他種族和國家人群進行進一步研究,以更好地確定RORC基因多態性對心臟術后AKI發生發展的影響。

小結:遺傳差異可以調節腎臟對損傷的反應,從而確定個體是否會進展到更嚴重的損傷或有恢復的可能,闡明這些過程有助于更好的對AKI進行風險預測以及未來對AKI進行特異性的治療。盡管目前對于AKI發病機制的遺傳因素研究已取得了一定的進展,但仍有許多明顯的不足亟待我們進行新的研究予以補充與完善。首先,人種因素及AKI病因特征對于基因多態性的研究具有重要影響,而現有AKI基因多態性的研究主要集中于白種人和黑種人,關于黃種人的相關研究非常有限,且尚無關于特定基因多態性在AKI不同病因之間的差異性研究。未來還需進行多種族、大樣本、不同病因間差異性分析的研究。此外,通過候選基因研究的方法發現的AKI易感位點有限,且現有AKI的GWAS研究樣本量較少。為得出可靠結論,未來需要對參與AKI發病機制的不同信號通路多個基因或單個基因多個變異進行聯合分析,且需進行更大規模的研究驗證已有和發現新的AKI相關SNPs位點,更有效地發現AKI遺傳易感基因。最后,迄今為止仍未有較為統一的AKI診斷標準,現已在臨床實踐和研究中使用的AKI的多種定義,主要是RIFLE,AKIN和KDIGO,這些定義使用不同的閾值會導致AKI發病率的差異,未來的研究需努力解決這一問題。