【專家論壇】糖尿病腎病診斷及預後生物學標誌物的研究現狀及展望

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導語：糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病常見的微血管併發症之一，也是終末期腎病的主要病因，全球成人發病率約為9%。

目前我國DN患病率已超過慢性腎小球腎炎，成為城市住院慢性腎臟病的首位病因。據估計，2025年全球糖尿病患者將達30億，而其中30% - 40%的1型糖尿病和15%～20%的2型糖尿病患者將發生DN。目前，尿微量白蛋白是臨床診斷DN的主要指標，但其檢測結果易受多種因素影響，如高脂肪攝入、劇烈運動、胰島素抵抗、高血壓、尿路感染等。此外，由於DN起病隱匿，部分患者雖已發生晚期腎臟病理改變，但尿微量白蛋白水平仍在正常範圍內。因此，尋找更加靈敏、可靠的分子標誌物，對DN的早期診斷和預防具有重要意義。近年來，基因組學、表觀遺傳組學、轉錄組學、蛋白質組學及代謝組學等組學技術和高通量篩選技術迅速發展，為DN生物學標誌物的探索提供了更多思路。

1 基於腎臟結構的生物學標誌物分類

糖尿病引起的高血糖可使腎臟結構和細胞受損，影響腎小球濾過和重吸收等生理功能。尿液中多種生物學標誌物水平的升高早於尿微量白蛋白，且與疾病嚴重程度相關，在DN早期無創診斷、療效判定及預後評估中發揮重要作用。

1.1 腎小球相關生物學標誌物 DN發生腎小球損傷的重要特徵是腎小球過濾屏障功能受損，尿液中出現生理情況下不能透過屏障的物質，如白蛋白、轉鐵蛋白和免疫球蛋白等。足細胞是一種位於腎小球基底膜外表面的臟層上皮細胞，受損時可引起自身肥大、增殖、脫落和丟失，在DN發生、進展過程中發揮重要作用。常見的足細胞標誌物有足細胞標記蛋白( podocalyxin)、腎病蛋白(nephrin)、膜蛋白(podocin)和突觸足蛋白( synaptopodin)等。足細胞易在DN患者尿沉渣中檢測到，常用於監測疾病活動度。此外，足細胞受損還與局灶性節段性腎小球硬化、IgA腎病和狼瘡腎炎等疾病活動性相關。podocalyxin並非僅在足細胞表達，內皮細胞、頂葉上皮細胞和各種非腎細胞（血小板和造血幹細胞）等也有表達。見表1。

1.2 腎小管相關生物學標誌物 腎小管上皮細胞是腎小管最為重要的功能細胞。長期高血糖狀態下，腎小管上皮細胞受損脫落，不僅使尿液中中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinaseassociated lipocalin，NGAL)、腎損傷分子1(kidneyinjury molecule-l，KIM-1)等標誌性蛋白含量增加，還可使腎小管重吸收功能受到影響，使尿液出現生理情況下應被重吸收的ai微球蛋白(aimicroglobulin，al-MG)、胱抑素C、β2微球蛋H c132microglobulin，p2-MG)等。見表2。

1.3 腎小球系膜區或腎小管基底膜和細胞外基質相關生物學標誌物 DN的重要特徵是腎小管基底膜和腎小球系膜區細胞外基質的過度沉積，最終導致腎纖維化。因此，尿液中與腎小球或腎小管基底膜和細胞外基質相關的生物學標誌物水平在DN早期即可增高。見表3。

2基於不同發病機制的分子標誌物

DN發病機制較複雜，患者臨床表現異質性較大。基於不同發病機制的分子標誌物在DN的診斷及個體化治療中具有重要意義。

2.1 炎性反應相關生物學標誌物 炎性反應在DN的發生及進展中起重要作用。DN患者起病前數年常存在低水平炎癥狀態，尿液中炎性反應標誌物水平增高，且與糖尿病患者早期腎功能進行性下降有關。見表4。

2.2 氧化應激相關生物學標誌物 氧化應激是DN的重要致病因素。高血糖誘導細胞超氧化物上調，並激活糖尿病併發症相關通路，如多元醇通路活化，晚期糖基化終末產物過量產生和蛋白激酶C亞型激活等。見表5

3 遺傳學標誌物

1型和2型糖尿病患者腎臟併發症均呈明顯的家族聚集性。部分有糖尿病易感性的家族並無DN發生風險，提示DN發病機制中存在有別於糖尿病本身的遺傳因素。尋找可作為DN生物學標誌物的遺傳變異，對DN高危人群的預防、早期診斷和治療有重要意義。目前，DN遺傳學標誌物研究主要包括候選基因解析和全基因組連鎖分析。

3.1 候選基因解析 候選基因解析是指以DN發病機製為切入點，探究可能參與致病功能蛋白的編碼基因突變或變異是否與疾病相關。Mooyaart等分析671例患者的候選基因，發現34個候選基因變異與DN相關，且具有可重複性。但受當前對DN分子機制研究的限制，即使最有可能致病的候選基因，也僅可解釋DN遺傳變異的5%，且在統計分析過程中，差異顯著性小，效能不足。

3.2 全基因組連鎖分析 染色體3q區域富含DN易感基因位點，如酪氨酸激酶非催化區銜接蛋白1和跨膜蛋白22均在腎小球表達，與DN發生、發展密切相關。對不同種族人群糖尿病家系是否易感腎病的研究結果顯示，DN與染色體7q、lOp、14q和18q呈強烈連鎖相關。

4組學新技術在DN診斷與預後中的作用

4.1 基因組學 基因組學研究包含入類整個DNA序列，其中通過研究單核苷酸多態性遺傳標誌來探索疾病易感性的全基因組關聯研究備受關注。Maeda等報道了多個DN新致病基因位點，如SI。C12 A3、ELM01等，但有待在其他種族的研究中進一步驗證。儘管全基因組關聯研究迅速發展，但基因組學產生的大量數據在進行統計分析時，由於對產生的假陽性結果過度關注，而假陰性結果不易發表，因此極易造成偏倚。此外，基因組學結果解讀需結合性別特異性變異、父系年齡效應、環境因素及其他尚無法確定的變數綜合考慮。

4.2表觀遺傳組學 表觀遺傳學本質上是指通過染色體區域結構的適應性調整，來儲存、保持並回憶過去的經歷，達到塑造現在和未來行為的目的，有調控DN遺傳易感性效應。表觀遺傳標誌物對DN等複雜疾病的遺傳易感性至關重要。有學者對糖尿病發生終末期腎病和糖尿病未發生終末期腎病的非裔美國人和西班牙人的表觀遺傳組學進行研究，結果發現187個差異甲基化的基因。但表觀遺傳的改變可能是疾病發生的原因，也可能是疾病造成的結果，因此對基因功能信息和相關信號通路的解讀極為重要。此外，對全基因組關聯研究不會造成影響的環境、年齡、吸煙行為等混雜因素在表觀遺傳組學研究時需進行考慮和校正。

4.3 轉錄組學 作為基因組學的補充，從分子層面檢測轉錄本或轉錄組的改變對DN的研究有更大意義mRNA測序技術可繪製整個轉錄組圖譜，包括不同的剪切變異體和非編碼RNA等，可逐漸替代傳統的微陣列晶元技術。Hodgin等採用腎穿刺活檢組織進行轉錄組學研究，發現Janus激酶、信號轉導及轉錄激活因子、血管內皮生長因子受體2、缺氧誘導因子1等在DN患者中明顯升高。但由於轉錄組數據量龐大，而從mRNA水平至下游蛋白質功能的改變極為複雜，因此對分子靶點的探尋也並非易事。與尿液和血液標本檢測結果比較，組織標本檢測結果可信度較高，但腎穿刺活檢並非DN患者的必要方法，即使取得腎組織，由於其細胞類型異質性大，常規用於腫瘤細胞的單細胞擴增技術也並不適用。因此制約性的突破有賴於利用顯微切割技術，對腎穿刺標本生物信息差異大的腎小球和腎小管進行分離。

4.4蛋白質組學 蛋白質組學是基因組研究最主要的部分，是研究DN診斷和預後的重要工具。蛋白質組學主要分為兩種：一種是「完全」蛋白質組學，目的是檢測一種類型細胞或一種組織內基因組表達的所有蛋白質；另一種是「差異」蛋白質組學，主要是篩選和鑒定不同種類或狀態下各樣本間蛋白質組的區別與變化，通過與後續質譜和高通量篩選結合可分離、鑒定蛋白，彌補了傳統檢測蛋白方法對特定抗體的依賴。Ben等應用蛋白質組學法進行研究，發現DN患者尿液中34種蛋白表達增加，34種蛋白表達下降。Alkhalaf等研究結果顯示，443種尿液蛋白肽段中約50%含有工型膠原ai和Ⅲ型膠原α1片段。後續臨床試驗結果證實，尿液中工型膠原和Ⅲ型膠原片段可能是比尿微量白蛋白更早期、特異性更高的生物學標誌物。蛋白質組學也存在不足，如部分研究僅描述了疾病組和對照組的多肽模式差異，結果缺乏實用性；一些研究結果呈現一致性差異或未對篩選結果進行驗證。因此，利用蛋白質組學篩選出可應用於臨床的理想標誌物還需進一步研究。

4.5代謝組學 生物體在受到內在或外在因素刺激而發生內源性代謝變化時可產生一些關鍵化合物，對其進行定性和定量分析，可系統全面、實時動態反映機體受到生物刺激或遺傳影響時發生的代謝改變。因此，代謝組學是所有組學技術中最接近疾病過程本質的一項技術。Gong等對DN小鼠模型進行代謝組學研究，發現DN小鼠花生四烯酸、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和還原性谷胱甘肽等表達明顯降低。目前人類對複雜的代謝組的認知較有限，而代謝物在不同的生理和病理狀態下又存在較大差異，極易受食物、藥物等干擾，且並非所有代謝物均來源於機體自身。因此，代謝組學研究的應用尚面臨挑戰。

5 結語

DN發病機制複雜，並相互調控，不能簡單的將其拆分後進行獨立研究，而更應運用「系統生物學」思想，多層面、多角度進行考慮。理想生物標誌物應具備高度靈敏、特異、無創、易獲取、性質穩定等特徵。組學和高通量篩選等新技術為DN理想標誌物的篩選提供更多的思路。開展分子標誌物研究對DN早期診斷、療效監測及預後評估有重要意義，同時也為發病機制的研究和治療靶點的探尋提供新的線索，更有助於靶向個體化精準醫療的實現。

作者簡介朱晗玉，副教授，副主任醫師，哈佛大學醫學院博士後，研究生導師，解放軍總醫院腎臟病科副主任，首都十大傑出青年醫生，北京市科技新星；中國女醫師協會腎臟病及血液凈化專家委員會常委兼秘書長，北京市醫學會腎臟病青年委員會副主任委員；《Journal ofCirculating Biomarker》雜誌、《中華實用診斷與治療雜誌》編委，《中華腎病研究電子雜誌》編輯室副主任兼編委。主要研究方向：糖尿病及糖尿病腎病的臨床和基礎研究。承擔國家重點研發計劃1項，國家自然科學基金2項，北京市科委課題2項，參與國家級科研課題6項。在糖尿病及腎臟病頂級期刊《Diabetes》等國內外著名期刊發表論文40餘篇，副主編及參編專著6部；獲國家科技進步創新團隊獎1項，國家科技進步二等獎1項，中華醫學科技進步一等獎2項。

來源：醫學空間戰略合作夥伴《中華實用診斷與治療雜誌》，2018，31（1）：1-4.，轉載請標明出處。

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