1. 引言
肾衰竭和一系列临床症状是急性肾损伤和慢性肾病的常见后果。全球约 8.5 亿人患有慢性肾病，慢性疾病发病率的上升对患者及其周围环境产生重大影响，也是全球死亡率上升的主要因素之一，同时给医疗系统带来沉重负担。早期识别慢性肾病患者对改善预后和及时干预至关重要。
多种疾病和有害物质会导致慢性肾病的发生，其发病机制会造成不可逆的肾小球和肾小管损伤，可通过一些生化指标进行预测。目前常用的蛋白尿和估算肾小球滤过率（eGFR）等指标在评估肾病进展方面存在局限性，因此需要更多经过验证的生物标志物。蛋白质组学研究虽能提供潜在生物标志物的相关数据，但需结合临床背景进行分析。
此外，公众对肾脏疾病 / 损伤的认知普遍不足，而早期检测是预防肾病、延缓其进展及预防相关并发症的关键措施，因此普及肾病知识和实施早期检测的可持续解决方案是公共卫生的重要目标。新出现的潜在生物标志物有望在常用肾病指标之前识别肾损伤，本综述旨在概述肾脏疾病生物标志物的最新研究进展及其对未来临床实践的指导意义。
2. 研究方法
本综述探讨了当前肾脏疾病的实际治疗意义，综合考虑了肾功能、现有各类肾病诊疗建议的局限性以及生物标志物的发现与开发。研究过程中使用了多种医疗相关数据库，通过 Medline、Google Scholar 和 PubMed 等进行多领域数据库检索。同时，还列举了不同生物标志物在多种肾脏疾病中的作用，如肿瘤坏死因子 α（TNF-α）、转化生长因子 β（TGF-β）、白细胞介素 1（IL-1）等在糖尿病肾病、急性肾损伤等疾病中的相关研究（具体内容可参考文中表格）。
3. 肾脏疾病的新型生物标志物
3.1 肿瘤坏死因子
TNF-α 是一种促炎细胞因子，由淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞产生，内皮细胞和上皮细胞也可分泌。它以 26-kDa 的质膜蛋白形式表达，经金属蛋白酶 TNF-α 转换酶切割后分泌到细胞外，形成 17-kDa 的蛋白并组装成同源三聚体，激活两种不同受体；跨膜 TNF-α 也可形成三聚体激活 TNF 受体。在肾脏中，入侵的炎症细胞、足细胞、系膜细胞以及肾小管上皮细胞等均可产生 TNF-α。
多种因素如高血压、肾损伤、糖尿病肾病、IgA 肾病、肾小球肾炎等会导致 TNF-α 水平升高。研究表明，糖尿病患者的 TNF-α 水平高于健康人，且随着糖尿病肾病的进展而升高。同时，可溶性 TNF 受体（TNFRs）水平升高与糖尿病肾病相关，循环 TNFR 水平还与终末期肾病（ESRD）进展和 eGFR 降低有关。在小鼠糖尿病肾病模型中，抑制 TNF-α 可降低血清肌酐、蛋白尿、改善组织病理学变化，并减少巨噬细胞向肾脏的募集。此外，在急性间质性肾炎中，氧化应激和 IL-9 介导的肥大细胞激活会释放 TNF-α，参与疾病发病机制。单侧输尿管梗阻（UUO）模型研究发现，TNF-α 通路是肾纤维化有前景的治疗靶点，抑制 TNF-α 可发挥抗纤维化作用。
3.2 转化生长因子
TGF-β 长期以来被认为是肾纤维化和炎症病理生理学中的关键细胞因子，属于 TGF-β 超家族，哺乳动物有三种已知亚型，其中 TGF-β1 在多种肾脏疾病中被认为是促纤维化介质。
在新月体性肾小球肾炎小鼠模型中，TGF-β1 可通过阻止炎症细胞因子释放和 CD3?T 细胞、巨噬细胞浸润来保护受损肾脏，还能促进巨噬细胞从促炎的 M1 表型向抗炎的 M2 表型转变。然而，短期刺激 TGF-β1 可加速肾脏愈合，长期激活则会导致肾纤维化。TGF-β1 具有抗炎作用，可通过调节 c-Jun N 末端激酶信号通路、与 β-catenin/Foxo 复合物相互作用或通过 Smad7 阻断 NF-κB 通路来实现。在 UUO 和缺血 / 再灌注模型小鼠中，TGF-β1 还可刺激 β-catenin/TCF 关系，同时驱动促纤维化和抗炎反应。此外，TGF-β1 信号通路还可介导 Akt/ERKs、P38/MAPK 和 ERK1/2 等通路，参与肾纤维化过程，非经典通路如 MAPK、PI3K/Akt/mTOR 等也受其激活，影响肾纤维化的病理生理过程，包括细胞外基质形成、肾小管上皮细胞去分化、迁移、增殖和凋亡等。过度激活 TGF-β1/Smad3 信号通路可能导致肾小管功能障碍、间质成纤维细胞增殖、炎症和细胞外基质沉积增加，因此恢复 TGF-β1 信号通路的平衡有助于阻止肾小管上皮细胞凋亡和炎症，是一种有效的抗纤维化策略。
3.3 白细胞介素 - 1
IL-1 是一种重要的上游促炎细胞因子，参与炎症反应、宿主防御、急性期反应、炎症细胞浸润和黏附分子表达增加等过程。研究发现，IL-1R1 受体在肾脏损伤中作用复杂，细胞特异性研究表明，敲除 IL-1R1 基因可减轻单侧输尿管梗阻、囊肿形成、顺铂诱导的肾损伤和肾纤维化，说明其在肾脏损伤中通常起有害作用。
肾脏损伤后，NLRP3 炎性小体促使多种胞质蛋白聚集，激活 caspase-1，进而促进成熟 IL-1β 的激活和释放。IL-1β 可激活广泛分布的 IL-1 受体，促使多种促炎介质产生。在实验性和人类糖尿病肾病中，肾实质细胞中 NLRP3 炎性小体成分表达升高，提示 IL-1β 可能在肾病进程中发挥作用。有研究报道，激活 IL-1R1 会通过增加 TNF 产生和增强肾实质细胞与浸润髓样细胞之间的炎症信号，加重顺铂诱导的急性肾损伤。
3.4 白细胞介素 - 18
IL-18 是一种促炎细胞因子，与 IL-1β 结构相似，可显著触发 Th1 反应并增加干扰素 γ（IFN-γ）的合成。其产生与氧化应激引发的炎症有关，氧化应激通过激活氧化还原敏感机制，刺激转录因子 NF-κB，从而调控炎症相关基因的表达。
在肾脏损伤研究中，动物缺血模型显示 IL-18 会促进肾小管损伤，而 IL-18 缺陷则可预防肾小管损伤。人体研究发现，肾损伤患者的尿 IL-18 水平高于暂时性急性肾衰竭患者和健康对照者。在单侧输尿管梗阻和顺铂诱导的肾损伤小鼠模型中，IL-18 表达显著升高，其 mRNA 表达水平被认为是评估肾小管损伤的重要指标。基于其病理生理学机制，尿 IL-18 被认为是一种新型肾损伤生物标志物。肾移植后急性肾小管坏死患者的尿 IL-18 水平升高，多项临床研究表明，尿 IL-18 有望成为急性肾损伤的早期诊断标志物。与尿路感染、急性肾衰竭和其他肾病患者相比，急性肾小管坏死患者的尿 IL-18 水平显著升高。在脂多糖和顺铂注射后，脾细胞产生的 CD4?T 细胞中 IL-18 和 IL-18Rα mRNA 表达显著升高，IL-18Rα 缺陷小鼠的促炎细胞因子（如 IL-18 和 IFN-γ）水平降低、存活率提高、血尿素氮水平降低。临床研究还发现，血浆和尿液中 IL-18 水平升高与糖尿病肾病相关，可作为糖尿病患者糖尿病肾病发病的指标，且与肾损伤进展有关。此外，近期研究表明，IL-18 在顺铂诱导的肾损伤和多囊肾病中通过诱导坏死性凋亡发挥重要作用，IL-18 缺失可能通过减轻早期肾小管损伤发挥肾脏保护作用。
3.5 Nephrin
Nephrin 是一种由肾小球足细胞表达的 180 KD 跨膜蛋白，最初在芬兰型先天性肾病综合征患儿中发现。它在足细胞形成中起关键作用，与内皮细胞和基底膜共同构成肾小球滤过屏障。此外，Nephrin 还在脑、脊髓、胰腺和淋巴组织中被发现。
足细胞损伤和功能障碍是多种肾脏疾病（如糖尿病肾病、高血压肾病、局灶节段性肾小球硬化、新月体性肾小球肾炎等）的共同特征，Nephrin 作为足细胞的重要组成部分，其异常与这些疾病的发生发展密切相关。在糖尿病大鼠模型中，诱导糖尿病 4 周后可在尿中检测到 Nephrin，而在晚期糖尿病肾损伤中，Nephrin 表达似乎下降。体内 RNA 干扰实验表明，短期敲低 Nephrin（在肾脏发育完成后开始）对肾小球形状和功能无明显影响，但持续 20 周的慢性敲低会导致足细胞死亡、肾小球基底膜增厚、系膜细胞增生和硬化、滤过裂隙变窄、足突消失、轻度蛋白尿和内皮下区域扩张等病理变化。
3.6 Uromodulin
Uromodulin，又称 Tamm-Horsfall 蛋白，是一种主要由肾上皮细胞表达的糖蛋白。UMOD 基因突变可导致常染色体显性遗传性肾小管间质性肾病。Uromodulin 结构复杂，包含富含半胱氨酸结构域、透明带结构域、表皮生长因子样结构域和前导肽，前导肽引导其插入内质网，在内质网中加工成熟，成熟的 Uromodulin 经丝氨酸蛋白酶 hepsin 切割后释放到尿液中。
近年来对 Uromodulin 与肾脏疾病关系的研究有了新进展。Uromodulin 可调节肾小管上皮细胞中的水通道和钠转运体，其异常可能导致水和盐重吸收失衡，引发高血压。抑制 Uromodulin 有望通过利钠和利尿作用改善高血压或容量超负荷，同时它还可能参与调节肾小管 - 肾小球反馈（TGF）通路，降低肾小球内压力，因此被认为是一种潜在的肾脏保护因子。大规模研究发现，肾脏体积、尿量、尿电解质和尿 Uromodulin 水平与 eGFR <90 mL/min/1.73 m2 呈正相关，且与糖尿病、年龄和肾小管间质性肾病有关。然而，目前对于 Uromodulin 在离子转运（尤其是钠转运）中的调节功能仍需进一步研究，以开发新的治疗策略。
3.7 胶原蛋白
胶原蛋白 I 型和 III 型是细胞外基质（ECM）重塑的主要蛋白质，在肾脏、心脏等器官的纤维化过程中起重要作用。成纤维细胞产生的胶原蛋白 I 型和 III 型最初以前体分子形式存在，需经两种肽酶激活。在胶原蛋白 III 型合成过程中，氨基肽酶切割前胶原 III 型可产生前胶原 III 型 N 端肽（P3NP），正常人群中 P3NP 的典型范围是 1.2 - 4.2 μg/L。
研究发现，尿 P3NP 水平可能是肾纤维化的标志物，有助于避免部分患者不必要的肾活检。3 年随访中，死亡患者的 P3NP 水平明显更高。P3NP 水平与肾脏和心血管疾病的特征密切相关，这种关联可能与年龄相关的损伤修复过程受损有关，过度的胶原蛋白沉积导致细胞外基质形成，进而引发肾纤维化。肾活检显示，弥漫性慢性纤维性单核细胞肾小管间质性肾炎和弥漫性内皮增生性渗出性硬化性肾小球肾炎患者的系膜和毛细血管壁有胶原蛋白 III 沉积。在单肾儿童中，尿 PIIINP 水平升高可能提示早期肾损伤。炎症在肾纤维化过程中起关键作用，如在 UUO 模型中，减少巨噬细胞和 T 细胞的募集可减轻肾纤维化。单核细胞趋化蛋白 - 1（MCP-1）除了具有趋化单核细胞和巨噬细胞（TGF-β 的主要产生细胞）的作用外，还可能促进成纤维细胞中胶原蛋白的产生和 TGF-β 表达的内源性上调，通过自分泌和 / 或旁分泌刺激胶原蛋白基因表达。
3.8 骨桥蛋白
骨桥蛋白最初被鉴定为分泌型磷蛋白 1（SPP1），是一种多效性、分泌型、多磷酸化糖蛋白，虽最初在骨组织中发现，但后来研究表明它在其他组织中也有表达。骨桥蛋白参与多种生物学过程，包括生物矿化、细胞稳态相关的生理过程以及慢性炎症和肿瘤生物学等疾病过程。它还可激活免疫细胞，如枯否细胞、T 细胞、B 细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞。
过去十年的多项研究探讨了骨桥蛋白在糖尿病肾病及其他肾脏疾病病理生理学中的作用，发现其在糖尿病肾病大鼠和小鼠模型的肾皮质肾小球和肾小管上皮细胞中高表达。肾损伤后肾纤维化的特征包括促纤维化因子释放、成纤维细胞和细胞外基质过度积累、实质细胞表型改变和不可逆丢失以及肾脏微血管减少。骨桥蛋白被认为与肾脏疾病的进展有关，因为它可促进成纤维细胞增殖、巨噬细胞浸润和在组织中的滞留、巨噬细胞激活、细胞因子产生和细胞外基质形成。最新研究发现，骨桥蛋白缺乏可保护肾脏免受醛固酮诱导的氧化应激、炎症和间质纤维化。与 ApoE?/?高脂饮食（HD）小鼠相比，ApoE?/?/ 骨桥蛋白?/?HD 小鼠的胶原蛋白 IV 染色明显受到抑制，表明骨桥蛋白缺乏可减少脂质积累和肾小球硬化，这与之前研究中骨桥蛋白缺乏减轻醛固酮诱导的肾损伤结果一致。
3.9 中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白
中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）是一种 25 kDa 的携带铁的脂质运载蛋白，在肾小管间质损伤后由肾小管上皮细胞表达。在肺、肾、前列腺等多种细胞类型中，NGAL 表达水平较低。
NGAL 已被确立为急性肾损伤的标志物，但在慢性肾病（CKD）中的作用研究较少。IgA 肾病患者的尿 NGAL 水平高于健康对照者，且与疾病严重程度相关。多囊肾病患者和 24 小时尿蛋白超过 1 g 的肾小球蛋白尿患者的 NGAL 水平也高于对照者，且与血清肌酐（SCr）显著相关。在非甾体抗炎药（NSAIDs）引起肾小管损伤的儿童中，尿 NGAL 可早期检测肾损伤。持续监测使用 NSAIDs 儿童的 NGAL 水平，有助于临床医生检测亚临床急性肾损伤及其进展，以便及时采取治疗措施预防急性肾损伤和功能损害。在人类急性肾损伤和慢性肾病以及肾损伤动物模型（如顺铂诱导的肾病模型）中，血浆和尿液中的 NGAL 水平均会升高。
3.10 Dickkopf-3
Dickkopf-3（DKK3）是一种分子量为 38 kDa 的糖蛋白家族成员，由应激的肾小管上皮细胞产生，在体外的间充质细胞和间充质祖细胞中高表达，可影响 Wnt 信号通路。DKK 蛋白在脊椎动物发育中起重要作用，可局部抑制 Wnt 调节的功能，如眼睛和四肢的形成。
尿 DKK3 作为一种应激诱导蛋白，可激活经典 Wnt/β-catenin 信号通路，调节转化生长因子（TGF）β 信号，导致肾小管间质纤维化，促进间质纤维化和肾小管萎缩。研究发现，DKK3 是预测慢性肾病（CKD）病程的生物标志物。通过对人类肾活检样本分析，发现 uDKK3 水平与多种人类肾小球和肾小管间质疾病的肾小管萎缩和间质纤维化程度直接相关。此外，DKK3 还可作为成人和儿童肾功能短期下降的预后标志物。临床试验表明，无论肾病的潜在病因、基线肾功能或蛋白尿情况如何，尿 DKK3 水平升高均可识别出短期发生 CKD 风险较高的患者。在使用造影剂后，无论是否发生对比剂诱导的急性肾损伤（CI-AKI），DKK3 / 肌酐浓度均会升高，推测高尿 DKK3 比值可能反映亚临床肾损伤，且其突然升高提示未来发生肾损伤的风险增加。
4. 组学在肾脏疾病中的作用
由于传统的肾功能下降实验室检测指标在肾病早期往往无明显变化，因此人们开发了多种靶向策略来寻找新型早期特异性肾脏疾病生物标志物，用于急性肾损伤和慢性肾损伤的诊断。与传统生物标志物（如血清肌酐和尿蛋白）相比，创新的蛋白质组学和基因组学生物标志物（如 IL-18、NGAL、TNF、骨桥蛋白等）能够更早、更准确地检测肾脏病理变化。蛋白质组学和遗传指标还有助于确定最有效的治疗靶点。
系统生物学基于蛋白质组学，结合基因组学、转录组学、代谢组学和表型组学，有望显著推动对疾病过程的理解。目前，已对多种动物模型（如单侧输尿管梗阻、糖尿病肾病、顺铂诱导的肾损伤）和人体研究（如肾小球疾病、移植、透析、急性和慢性肾损伤、药物诱导的肾损伤）中的蛋白质组学和基因组学生物标志物进行了研究，以评估相关研究结果和临床应用价值。蛋白质组学和基因组学技术包括聚合酶链反应、表面增强激光解吸 / 电离、液相色谱 - 质谱联用、毛细管电泳 - 质谱联用和二维凝胶电泳等。基因组学生物标志物和新型基因检测技术的发展有助于通过促进早期诊断和改善患者护理来优化肾脏疾病管理。例如，在原发性膜性肾病的诊断中（高达 70% 的病例），蛋白质组学已显示出在检测抗 M 型磷脂酶 A2 受体自身抗体方面的有效性。组学技术能够全面、高效地探索基因组、表观基因组、蛋白质组、转录组和代谢组。
5. 讨论
肾脏损伤分类的一个重要特点是通常采用非侵入性检测方法，这一分类与心血管疾病、全因死亡率和肾脏疾病进展等结局相关，有助于早期进行治疗干预，延缓疾病进展，减少低 eGFR 相关并发症，降低心血管疾病风险，提高患者生存率和生活质量。
肾小球滤过率（GFR）是评估肾功能的最重要指标，但在大多数临床或研究场景中，直接检测 GFR 较为困难，因此常使用基于滤过标志物（如<肾小球滤过率（gfr）是评估肾功能的最重要指标，但在大多数临床或研究场景中，直接检测 gfr 较为困难，因此常使用基于滤过标志物（如胱抑素 c 和血清肌酐（scr））的估算方程来间接评估。然而，肌酐并非可靠的肾功能指标，其受多种因素影响，如肌肉量变化、肾小管分泌、肾外肌酐排泄以及与饮食摄入相关的生成变化等。同时，使用基于 scr>
目前，国际上关于肾脏损伤的诊断和分期共识标准主要集中于 sCr、尿量（少尿）和估算肾小球滤过率的变化，这些现有指标对肾脏损伤的反应存在延迟，且缺乏敏感性和特异性，难以实现肾脏损伤的早期诊断和鉴别诊断，也不利于及时治疗。
为克服这些局限，研究人员利用创新技术寻找尿液或全身循环中肾脏损伤的结构标志物，这些标志物可以是由肾脏直接产生，或在肾脏损伤后因肾小管细胞功能障碍而积聚的物质。对于肾脏疾病的及时诊断、病情严重程度和预后的预测，以及在急性和慢性肾病中监测近端肾小管损伤而言，开发更有效的生物标志物迫在眉睫。像肿瘤坏死因子、转化生长因子、白细胞介素 -1、白细胞介素 - 18、Nephrin、Uromodulin、胶原蛋白、骨桥蛋白、NGAL 和 Dickkopf-3 等生物标志物，有望用于识别损伤类型或精确损伤部位。
6. 结论
目前，大量关于蛋白质组学和基因组学相关生物标志物的研究，反映出人们对新型、可靠且非侵入性方法的迫切需求，这些方法有助于识别肾病风险人群并辅助肾病管理。经过验证的生物标志物，如肿瘤坏死因子、转化生长因子、白细胞介素?1、白细胞介素 - 18、Nephrin、Uromodulin、胶原蛋白和骨桥蛋白等，在监测肾脏疾病、患者分层以及发现潜在疾病方面具有重要价值。
尽管已发现众多潜在生物标志物，但多数研究来自规模有限的单中心研究，其在不同人群和更大队列中的有效性仍需进一步验证。在将基因组学生物标志物纳入临床指南之前，还需克服一些方法学障碍，包括技术复杂性、成本效益、建立合适的金标准、实现技术标准化以及在临床试验中对生物标志物进行验证等。随着该领域的发展，联合应用多种生物标志物有望取代单一生物标志物检测方法，因其能提供更高的准确性、敏感性和特异性。不过，在将这些生物标志物应用于临床治疗之前，还需要开展更长期、更广泛的研究。
