综述：超越EGFR和蛋白尿：心血管-肾脏-代谢疾病中的生物学途径与多组学研究

《Kidney International Reports》：BEYOND EGFR AND ALBUMINURIA: BIOLOGICAL PATHWAYS AND MULTI-OMICS IN CARDIOVASCULAR–KIDNEY–METABOLIC DISEASE

　　威廉·R·马歇尔 | 托马斯·麦克唐纳 | 达伦·格林 | 斯米塔·辛哈 | 菲利普·A·卡尔拉
英国曼彻斯特大学心血管科学系

**摘要**
心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）是一个日益严重的公共卫生问题，其背后是肥胖、糖尿病和心血管风险在老龄化人群中的交织。尽管在治疗方面取得了重大进展，但风险分层仍然依赖于传统的标志物，如肌酐、尿白蛋白-肌酐比值、钠尿肽、肌钙蛋白、脂质和糖化血红蛋白。虽然这些参数对预后有一定帮助，但它们主要反映了已建立的器官功能障碍，而非导致疾病发生和进展的上下游生物学过程。

近年来，蛋白质组学、代谢组学、转录组学和基因组学的进步为将CKM从一个基于器官的概念转变为一个更综合的生物学网络提供了可能性，这一网络的特点包括免疫激活、纤维化、内皮功能障碍、线粒体损伤和内分泌相互作用。与代谢功能障碍相关的脂肪性肝病相关的脂毒性途径在这个网络中越来越受到重视，但尚未正式纳入CKM的分期系统。新兴的生物标志物可能在这些过程在明显的器官功能障碍出现之前就对其进行量化，从而识别出那些生物学上活跃但在临床上尚未表现出症状的个体。将基于途径的生物标志物与现有的临床指标结合起来，可以实现更早、基于机制的风险分层。

随着治疗选择的增加，包括钠-葡萄糖共转运蛋白-2抑制剂、基于肠促胰岛素的疗法和非甾体盐皮质激素受体拮抗剂，将治疗与相应的生物学表型对齐成为另一个挑战。因此，生物标志物的创新可能有助于连接疾病机制和靶向治疗策略。

本文综述了目前对CKM背后分子途径的理解，并探讨了涵盖炎症、纤维化、代谢和微血管生物学的新型生物标志物。我们讨论了综合多组学策略和人工智能在精细化风险预测、识别分子表型和指导个性化治疗中的应用。

**引言**
心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）是全球发病率和医疗资源使用率增长最快的原因之一。历史上，慢性肾病（CKD）、心力衰竭（HF）、2型糖尿病（T2DM）和肥胖症被分别管理，但现在被认为是共享生物学过程的表现，这些过程包括胰岛素抵抗、慢性低度炎症和内皮功能障碍[1, 2, 3]。多种长期疾病患者的增加进一步暴露了以器官为中心的护理模式的局限性，促使人们转向更综合的CKM途径[4]。

过去十年，治疗创新迅速发展。钠-葡萄糖共转运蛋白-2（SGLT2）抑制剂、基于肠促胰岛素的疗法和非甾体盐皮质激素受体拮抗剂（nsMRAs）在心脏和肾脏以及代谢结果方面显示出益处，这加强了CKM作为一个统一生物学网络的地位，而不再仅仅是一系列独立疾病的集合[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]。尽管如此，风险分层仍然依赖于主要在器官损伤发生后才能检测到的生物标志物[14]。

高维生物学的进步现在使得在传统临床阈值之前就能量化炎症信号、细胞外基质（ECM）重塑、线粒体功能障碍和微血管损伤[15]。本文总结了CKM背后的生物学途径，并探讨了能够量化这些过程的新兴多组学方法，强调了基于生物学的风险分层如何可能重塑未来的肾脏病学实践。

**1. 当前的心血管-肾脏-代谢疾病框架**
2023年美国心脏协会（AHA）的科学声明仍然是唯一正式定义CKM为统一概念的共识文件[14]。AHA将CKM描述为一种系统性疾病，其特征是代谢风险因素、CKD和心血管（CV）异常共同导致多器官功能障碍，并增加重大不良CV结局的风险。其提出的CKM分期系统（0-4期）将个体从早期易感阶段分类到明确的CKM阶段（表1）。

**表1. 心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）的分期框架（改编自美国心脏协会（AHA）科学声明[13]）**
| 阶段 | 名称 | 定义/关键特征 | 可能提供信息的领域 | 可能提供信息的生物标志物 |
|------|------|--------------|------------------|-------------|
| 0 | 易感人群 | 无代谢疾病、CKD或CV；由于家族史、高风险种族、健康的社会决定因素、致肥环境而具有易感性 | 无经过验证的新生物标志物：多基因风险评分正在研究中，用于早期易感性的识别，但其临床效用和跨祖先的普遍性尚待确定。 |
| 1 | 早期代谢风险 | 无CKD/CVD的代谢风险因素：肥胖、中心性脂肪堆积、糖尿病前期、胰岛素抵抗、血脂异常、轻度高血压 | 脂联素失调；早期脂毒性；胰岛素抵抗 | 胰岛素/脂联素比值；ApoB；残余胆固醇；FGF21 |
| 2 | 代谢疾病±早期CKD | 2型糖尿病、代谢综合征或高血压；早期CKD（eGFR 45–59伴有A1蛋白尿，或eGFR 60–89伴有A2–A3蛋白尿）；无临床CV | 炎症；早期肾小管应力；内分泌相互作用 | TNFR1/2；KIM-1；FGF23；hsCRP；sST2 |
| 3 | 器官损伤 | 中度至晚期CKD（eGFR < 45或A3蛋白尿）、左心室肥厚、HF、亚临床或临床动脉粥样硬化 | 纤维化；微血管损伤；线粒体应力 |半乳糖凝集素-3；Pro-C6；GDF15；Syndecan-1；酰基肉碱 |
| 4 | 明确的CKD和/或肾衰竭 | 临床CV（缺血性心脏病、中风、外周血管疾病、症状性HF）或肾衰竭（eGFR < 15、透析、移植） | 多领域激活；治疗反应监测 | 复合多组学特征；EV-miRNA面板 | ApoB——载脂蛋白B；CKD——慢性肾病；CV——心血管疾病；eGFR——估计的肾小球滤过率；EV-miRNA——细胞外囊泡微RNA；FGF21——成纤维细胞生长因子21；FGF23——成纤维细胞生长因子23；GDF15——生长分化因子15；HF——心力衰竭；hsCRP——高灵敏度C反应蛋白；KIM-1——肾损伤分子-1；Pro-C6——前胶原蛋白VI；sST2——可溶性肿瘤抑制因子2；TNFR1/2——肿瘤坏死因子受体1和2 |

虽然这一框架在认识到CKM的器官相互依赖性方面是一个重要进步，但仍存在概念上的局限性。分期系统仍然基于临床表型和传统生物标志物，进展主要由明显的代谢疾病、降低的估计肾小球滤过率（eGFR）、蛋白尿和CV事件定义。这些标志物通常代表CKM生物学轨迹的晚期表现。在CKM条件下尽早干预可以改善结果，但由明确的器官功能障碍触发的框架主要作为一种分类工具，而不是代表驱动疾病的上下游生物学过程。

该分期框架还暗示了从代谢风险到器官损伤的线性疾病轨迹。实际上，CKM的进展往往是非线性的；亚临床心肌功能障碍、内皮损伤或肾小管应力可能先于可检测的代谢疾病出现，而炎症和纤维化信号往往在达到传统分期阈值之前已经存在多年[16,17]。该框架对CKM的生物学异质性也提供的洞察有限。处于同一CKM阶段的患者可能有根本不同的机制表型（炎症性、脂毒性、纤维化或微血管性）。这种异质性可能导致进展率和治疗反应的差异，突出了仅基于表型的分期的局限性。

值得注意的是，AHA框架中相对缺乏与代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）的内容。全球大约有三分之一的成年人受MASLD影响[18]，它与内脏脂肪堆积、慢性炎症和致动脉粥样硬化性血脂异常密切相关，这些正是CKM的生物学核心[19, 20, 21]。肝脂肪变性通常先于明显的糖尿病或血管病理，因此可能反映了早期的途径激活，而不仅仅是额外的疾病标签。将MASLD纳入修订或补充的CKM框架并不需要全面重组AHA的分期系统。MASLD可以被视为一个1期修饰因素——在存在早期代谢风险的情况下，它表明更大的上游途径激活和向2-3期疾病的更高进展轨迹。这种方法将提高框架识别生物学上活跃的脂毒性、炎症性和胰岛素抵抗信号个体的敏感性，即使在明显的糖尿病或血管疾病出现之前。鉴于MASLD对胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1 RAs）和成纤维细胞生长因子21（FGF21）类似物的治疗相关性，将其正式纳入CKM分期具有超出分类的直接临床意义。

总之，AHA框架不应被视为CKM生物学的最终代表，而应视为一个成功的过渡模型，它成功地统一了CKM的风险评估，同时强调了需要更多基于机制的方法。为了说明新兴生物标志物可能在哪些方面开始解决这些局限性，表1提供了在每个阶段最有可能提供信息信号的新标志物。这些标志物反映了机制的合理性以及早期队列证据，而不仅仅是经过验证的特定阶段临床效用；大多数标志物在多个阶段提供信号，而不仅仅是在单一阶段。表2提供了讨论的所有生物标志物的完整总结，包括样本类型、检测平台和当前的验证阶段。

**表2. 本综述中按生物学领域、样本类型、检测平台和当前验证阶段讨论的新生物标志物**
| 生物标志物 | 样本 | 检测方法 | 验证阶段 | 证据基础 |
|--------|------|-------|---------|
| TNFR1/2 | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | CKD进展、CV事件 |
| IL-6 | 血浆 | 清浊度法 | 前瞻性队列 | CV风险、CKD进展 |
| hsCRP | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | CV风险 |
| ST2 | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | HF预后、CKD进展 |
| GDF-15 | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | CKD、HF、全因死亡率 |
| 纤维化/细胞外重塑 | 半乳糖凝集素-3 | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | HF、CKD纤维化表型 |
| Pro-C6 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | CKD和HF纤维化 |
| COL1A1 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | 肾和心肌纤维化 |
| C3M | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | 肝和肾纤维化 |
| MMP/TIMP | 血浆 | 尿液 | ELISA/多重免疫测定 | 观察性队列 | CKD和HF |
| 肾小管应力 | KIM-1 | 血浆 | 尿液 | ELISA/多重免疫测定 | 前瞻性队列 | CKD进展、AKI死亡率 |
| NGAL | 血浆 | 尿液 | ELISA/即时检测 | 前瞻性队列 | AKI |
| 内皮功能障碍/微血管损伤 | Syndecan-1 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | CKD/HF中的内皮损伤 |
| 透明质酸 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | 血管完整性 |
| vWF | 血浆 | ELISA/自动化免疫测定 | 观察性队列 | 血栓形成风险、内皮激活 |
| P-selectin | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | CKD和CV疾病 |
| thrombomodulin | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | CKD内皮功能障碍 |
| 线粒体功能障碍 | 酰基肉碱 | 血浆 | LC-MS/MS | 前瞻性队列 | CKD、HF、胰岛素抵抗 |
| mtDNA | 血浆 | 尿液 | qPCR | 前瞻性队列 | AKI、CKD |
| 磷脂 | 血浆 | NMR/LC-MS | 药效学（SGLT2i） | 预后验证待定 |
| 致动脉粥样硬化脂质 | ApoB | 血清 | 免疫浊度法 | 在MASLD/T2DM中得到认可 | CV风险 |
| 残余胆固醇 | 血清 | 计算/直接测定 | 前瞻性队列；MASLD和T2D的CV风险 |
| 小密度LDL | 血浆 | 脂质组学/NMR光谱 | 观察性队列 | MetS、T2DM、MASLD |
| 蛋白组学面板? | PromarkerD (UMOD, CD5L, IBP3) | 血浆 | 靶向免疫测定/LC-MS | 第2阶段/在CANVAS T2DM试验中得到验证 | CKD在T2DM中的进展 |
| 内分泌相互作用 | FGF-21 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | MASLD、MetS |
| FGF-23 | 血浆 | ELISA | 前瞻性队列 | CKD进展、CV死亡率 |
| 胰岛素 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | 脂肪堆积、胰岛素抵抗 |
| 脂联素 | 血浆 | ELISA | 观察性队列 | 脂肪组织功能障碍（注意CKD/HF的悖论） |

**2. 心血管-肾脏-代谢疾病的发病机制**
CKM最好理解为一个紧密连接的生物学网络，其中一个器官的功能障碍会放大其他器官的压力（图1）。尽管当代CKM流行病学受到肥胖流行的强烈影响，但其他主要因素，包括遗传性血脂异常、烟草暴露和肾脏或血管疾病，也可能在共同的下游生物学基础上汇聚。在这些不同的触发因素中，出现了几个反复出现的生物学领域，包括代谢应力、免疫激活、内皮损伤、线粒体功能障碍和进行性纤维化。

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**图1. 传统的心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）平行与相互连接的疾病途径。**左侧面板展示了传统的CKM范式——代谢和脂肪功能障碍分别导致内皮损伤、微血管损伤、神经激素激活和血液动力学应力，最终导致心脏、肾脏和肝脏的纤维化和多器官损伤。右侧面板展示了CKM作为一个由过多或功能失调的脂肪组织频繁启动的相互连接的生物学网络。代谢综合征与肝脂肪变性、肾小球高滤过和神经激素激活双向互动，而包括炎症、氧化应力、线粒体功能障碍、胰岛素抵抗、脂毒性和微血管损伤在内的共同机制在器官间传播损伤。虽然脂肪驱动的模型代表了一个常见的机制轴，但其他初始途径，包括遗传性血脂异常和吸烟相关的内皮损伤，也可能在共同的下游炎症和纤维化途径上汇聚。这种重新框架的模型强调了CKM作为一个生物学网络，并支持综合的风险分层和治疗方法。RAAS——肾素-血管紧张素-醛固酮系统；SNS——交感神经系统；HFpEF——射血分数保留的心力衰竭；HFrEF——射血分数降低的心力衰竭；MASLD——代谢功能障碍相关的脂肪性肝病；MASH——代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎。根据当前的流行病学研究，我们认为代谢功能障碍和渐进性的脂肪组织扩张是进入心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）网络的主要生物学途径。当皮下脂肪组织接近其代谢灵活性的极限时，肥大的脂肪细胞会缺氧并发生炎症，从而驱动巨噬细胞的招募和促炎脂肪因子的释放[22, 23, 24, 25]。这种内分泌变化会促进全身胰岛素抵抗，并促进肝脏、心肌和肾脏中的异位脂质沉积，这是脂毒性器官损伤的核心过程。肝脂肪变性不仅仅是沉默的脂质积累；它代表了一种活跃的细胞应激和损伤状态。脂质过剩会诱导线粒体和内质网应激，上调细胞色素P450依赖的氧化途径（特别是CYP2E1），并耗尽抗氧化防御机制如谷胱甘肽。这会增强活性氧（ROS）的生成和炎症基因的激活。肝脏的氧化还原失衡和肝素的失调通过促进动脉粥样硬化性血脂异常、糖代谢稳态受损和全身内皮功能障碍来增加CKM的风险，从而在心脏和肾脏循环中传播氧化应激[26,27]。在肾脏中，肾小球高滤过、肾小管缺氧和线粒体损伤会加速肾单位丢失和神经激素的激活[28, 29, 30, 31, 32, 33, 34]，而由炎症和纤维化驱动的心肌重塑则容易导致舒张功能障碍和心力衰竭[35, 36, 37]。因此，临床表型只是更深层次分子结构的可见表面。当肌酐升高或利钠肽升高时，免疫、代谢和纤维化途径之间的复杂相互作用往往已经持续了多年。虽然脂肪驱动的脂毒性是当前的主要途径，但CKM最终反映了多种重叠的生物学机制，而不仅仅是一个单一的初始原因。

3. 心血管-肾脏-代谢疾病的当前生物标志物
目前CKM的临床实践依赖于一组经过充分验证的传统生物标志物，包括血清肌酐、尿白蛋白-肌酐比值（uACR）、血脂、糖化血红蛋白（HbA1c）、利钠肽和高敏心肌肌钙蛋白。在实际应用中，这些实验室测量结果会与关键生理和人口统计变量（如血压、年龄、脂肪量和心血管疾病史）一起解释，这些因素共同构成了当前的风险分层，并且仍然是常规护理中不可或缺的部分。它们的主要局限性不在于不准确，而在于它们主要捕捉的是长期代谢和血管应激的后果，而不是驱动疾病的下游生物学过程。它们对患者的CKM亚型的了解也非常有限。这意味着，两个肌酐或B型利钠肽（BNP）水平相同的患者可能具有完全不同的疾病机制、不同的预后和治疗反应。此外，这些生物标志物可能会造成“生物标志物沉默”现象：肥胖患者的BNP水平可能令人放心地低[38]；肌少症患者的肌酐可能看似正常[39]；MASLD患者的低密度脂蛋白（LDL）胆固醇可能正常[39]；CKD患者的HbA1c可能误导性地低[40]。这些正是CKM风险最高的人群，但他们最有可能被误分类。此外，一部分糖尿病肾病、高血压性肾硬化或射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）患者表现为非蛋白尿性肾功能下降，这反映了肾小管或微血管疾病而不是肾小球损伤[41, 42, 43, 44]。在这一亚组中，蛋白尿无法充分反映疾病的潜在机制，因此基于蛋白尿的预后模型和治疗策略可能无法充分应对这一人群的疾病进展。相反，在静脉淤血或急性高血压的情况下，即使没有内在的肾脏病理，蛋白尿也可能升高，从而限制了其特异性[45]。

解决“生物标志物沉默”问题不仅需要识别正确的分子信号，还需要一个将该信号转化为临床行动的框架。图2概述了一个实际路径，其中具有CKM风险因素但常规生物标志物正常的个体可以通过靶向检测 panel 进行筛查。在这种情况下，升高的分子信号会将患者重新分类为生物学上活跃的状态，即使其表型看似平静，从而促使加强生活方式干预、更早开始心脏保护治疗或纳入富含生物标志物的试验方案。

4. 心血管-肾脏-代谢疾病的生物学基础
炎症、纤维化、肾小管应激、微血管损伤、线粒体功能障碍和内分泌相互作用共同构成了CKM的生物学基础[13]；这些基础及其相关生物标志物在图3中进行了总结。CKM起源于包括炎症、纤维化、肾小管应激、微血管损伤、线粒体功能障碍和内分泌相互作用在内的相互关联的生物学过程。每个领域都代表了一个独特但重叠的途径，导致多器官功能障碍的逐渐发展。图3展示了每个途径的代表性循环和尿液生物标志物，说明了分子特征如何在器官功能障碍变得明显之前捕捉到上游的疾病活动。主要的心脏-肾脏治疗类别，包括胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1 RAs）、钠-葡萄糖共转运体-2抑制剂（SGLT2抑制剂）、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）阻断剂和非甾体矿物质皮质激素受体拮抗剂（nsMRAs），都被映射到它们的主要生物学基础上，尽管这些疗法对多个CKM途径都有影响。

4.1 炎症
低度免疫激活是糖尿病、CKD、肥胖和心力衰竭中的一个核心统一轴，这一点得到了大量人类队列研究和机制研究的支持[46, 47, 48, 49]。实验模型表明，肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、Toll样受体（TLR）信号传导、NOD样受体家族pyrin结构域-包含3（NLRP3）炎症小体激活以及下游的活化B细胞核因子κ-light-chain增强因子（NF-κB）是这种炎症环境的关键介质[50, 51, 52, 53, 54]。循环中的生物标志物，如肿瘤坏死因子受体1和2（TNFR1/2）、IL-6、高敏C反应蛋白（hsCRP）、可溶性ST2（sST2）和生长分化因子-15（GDF-15），能够准确量化这种全身免疫负担，并预测CKD的进展和心血管事件[55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63]。总体而言，这些标志物可作为全身免疫负担的可测量替代指标，这种过程可以在肾脏、心脏和脂肪组织中检测到，并且通常在肌酐、蛋白尿或利钠肽变化之前发生[47,49,56]。这些炎症特征可能为早期生物风险分层提供机会，并帮助识别可以从靶向治疗中获益的个体。

4.2 纤维化
纤维生成和ECM重塑构成了CKM进展的第二个主要支柱。持续的转化生长因子-β（TGF-β）信号传导驱动肌纤维母细胞激活、过量胶原蛋白沉积和基质降解，产生晚期疾病特有的僵硬、不适应的心肌和肾脏结构[64, 65, 66]。重要的是，CKM中的纤维化是一个动态过程，而不是固定的瘢痕形成；这一区别为在不可逆的结构重塑发生之前，通过生物标志物指导的检测和治疗干预创造了机会。半乳糖凝集素-3作为一种上游的巨噬细胞衍生的促纤维化介质，可以放大TGF-β信号传导和肌纤维母细胞激活。胶原蛋白衍生的新表位，包括前胶原蛋白VIα3前肽（Pro-C6）、胶原蛋白Iα1链片段（COL1A1）和III型胶原蛋白MMP降解片段（C3M），反映了活跃的基质转化，并能独立预测CKD和心力衰竭人群的不良结局，突显了活跃纤维生成的预后相关性[63,67, 68, 69]。这些标志物可能有助于识别那些需要优先考虑针对ECM转化或神经激素激活治疗的纤维化CKM亚型。

4.3 肾小管应激
在肾小管内，实验模型表明，代谢性酸中毒、氧化应激、缺血和炎症细胞因子的暴露会驱动上皮细胞去分化、线粒体功能障碍和细胞周期停滞[70,71]。在人类活检研究和生物标志物队列中的平行观察表明，这些过程早在eGFR可测量下降之前就已出现，因此血清肌酐和蛋白尿常常无法检测到肾脏损伤的最早阶段[72, 73, 74, 75]。肾小管上皮会向尿液和血浆中分泌蛋白质，包括肾损伤分子-1（KIM-1）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）、组织金属蛋白酶抑制剂-2（TIMP-2）和胰岛素样生长因子结合蛋白-7（IGFBP7）。这些蛋白质共同构成了在人类急性肾损伤（AKI）和CKD队列中经过验证的肾应激的机械性一致特征[76, 77, 78, 79, 80]。KIM-1反映了近端肾小管上皮损伤和去分化，特别是在炎症信号促进吞噬细胞转化和免疫-肾小管界面激活的情况下[81,82]。持续的KIM-1表达与近端肾小管纤维化相关，反映了慢性损伤；血浆水平可以预测CKD的进展，而急性缺血损伤则会导致尿KIM-1的分泌，并与死亡率密切相关[83]。NGAL在缺血、氧化应激和铁代谢失衡的情况下迅速升高，作为急性肾小管损伤的标志物，但在纵向研究中持续升高时也可以预测CKD的进展[84, 85, 86, 87, 88]。相反，TIMP-2和IGFBP7代表了细胞周期停滞的表型；这是一种由DNA损伤、线粒体功能障碍和细胞因子信号传导引起的保护性但代谢成本高的肾小管复制暂停[89]。

4.4 内皮功能障碍和微血管损伤
实验和人体转化研究表明，氧化应激是CKM中内皮功能障碍的核心上游驱动因素。过量的活性氧会促进内皮一氧化氮合酶（eNOS）的解偶联和一氧化氮的耗竭，从而增强内皮素-1的信号传导并加速糖萼的降解，导致毛细血管稀疏、肾蛋白漏出和舒张期心肌松弛受损[90, 91, 92]。这种氧化还原失衡建立了微血管损伤和灌注受损的自我循环。这些微血管损伤可以通过循环中的内皮损伤和糖萼脱落生物标志物来量化，包括 syndecan-1、透明质酸、冯·威勒布兰德因子、P-选择素和可溶性血栓调节蛋白[93]。这些标志物将内皮功能障碍呈现为一个可测量的生物表型，并提供了对CKM微血管亚型的潜在了解。

4.5 线粒体功能障碍
线粒体功能障碍现在被认为是CKM生物学中的一个核心能量缺陷[97]。CKM轴线相关的器官是人体生理学中最依赖能量的组织之一，即使是很小的氧化磷酸化和底物利用障碍也会对其造成影响[98,99]。在胰岛素抵抗的背景下，葡萄糖摄取受损和代谢不灵活会促使向增加脂质利用的补偿性转变。来自脂肪组织脂解和肝脏过度产生的过量循环游离脂肪酸（FFAs）会超出线粒体的β-氧化能力。最终，这会导致脂肪酸氧化不完全、有毒脂质中间体的积累和活性氧的生成增加[100, 101, 102]。这种脂毒性应激会促进线粒体碎片化、电子传递链效率降低以及氧化还原失衡。由此产生的氧化应激会激活炎症和纤维化信号通路，同时减少三磷酸腺苷（ATP）的可用性，从而形成一个自我延续的能量衰竭和细胞重塑的循环，这会放大心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）中多个器官的脆弱性（图4）[103,104]。下载：下载高分辨率图片（758KB）下载：下载全尺寸图片图4. 游离脂肪酸（FFA）过载和线粒体功能障碍是心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）中细胞损伤的核心驱动因素。胰岛素抵抗和肝脏FFA流量的增加会导致循环中FFA过多，进而导致细胞内脂质过载。在包括心脏、肾脏和肝脏在内的代谢活跃组织中，线粒体脂肪酸β-氧化能力会被超出负荷。这会导致β-氧化不完全，有毒脂质中间体积累以及活性氧（ROS）生成增加。脂毒性应激引起线粒体碎片化、电子传递链功能障碍和氧化应激，最终导致三磷酸腺苷（ATP）生成减少。能量衰竭和氧化还原失衡会激活炎症和纤维化信号通路，最终导致整个CKM器官的功能障碍。FFA – 游离脂肪酸；ROS – 活性氧；ATP – 三磷酸腺苷上述线粒体紊乱会在人类血浆和尿液中留下可测量的分子特征。循环中的酰基肉碱（特别是长链种类）反映了线粒体β-氧化受损和未完全氧化的脂肪酸中间体积累，在观察性队列研究中显示出对慢性肾病（CKD）、心力衰竭（HF）和胰岛素抵抗状态的预后价值[105]。无细胞线粒体DNA（cf-mtDNA）在线粒体膜通透化和细胞损伤时释放，作为一种与损伤相关的分子模式，已显示与CKD进展、急性肾损伤（AKI）严重程度和全因死亡率有关，尽管检测标准化仍然是其常规使用的障碍[106]。这些线粒体生物标志物有一个重要的临床注意事项：目前大多数尚未在常规临床实践中可用。酰基肉碱检测面板可在专门的代谢中心进行，而无细胞线粒体DNA的定量主要仍是一种研究工具。

- 4.6 内分泌相互作用
内分泌信号在CKM中起着核心整合作用，将器官特定的应激状态转化为系统性的代谢信号，这些信号会在心肾轴上传播功能障碍。三种激素系统作为新兴的生物标志物尤其相关[107,108]。FGF21主要由肝脏在应对脂毒性和线粒体应激时分泌，其水平随着肝脂肪变性和胰岛素抵抗的增加而上升，反映了在出现明显的血糖或肾脏阈值之前的潜在MASLD相关代谢激活程度[109,110]。成纤维细胞生长因子23（FGF23）由骨细胞在应对磷酸盐滞留和肾功能下降时产生，通过成纤维细胞生长因子受体4（FGFR4）直接作用于心肌细胞，诱导病理性肥大[111]，并在大型前瞻性队列研究中独立预测心血管死亡率和CKD进展[112,113]。脂肪因子瘦素和脂联素反映了脂肪组织的功能状态：瘦素随着脂肪组织的扩张而增加，并驱动交感神经激活和内皮功能障碍；而脂联素的分泌是一种心脏保护和胰岛素敏感激素，在脂肪组织功能失调时会下降[114,115]。重要的是，在晚期CKD和已确诊的心力衰竭（HF）中，脂联素水平反而升高，较高的循环浓度与更差的结果相关，可能反映了分解代谢或尿毒症表型而非脂肪组织的保护功能。瘦素与脂联素的比例被提出作为脂肪组织功能障碍和胰岛素抵抗的复合指标，并在代谢综合征人群的横断面研究中与心血管代谢风险相关，尽管在CKM队列中的前瞻性验证有限[116,117]。

- 4.7 相互连接的生物网络
这些生物领域很少单独作用。线粒体功能障碍会放大炎症信号；炎症加速纤维生成；内皮损伤加重肾小管缺氧；内分泌介质将代谢应激整合到各个器官中。结果形成了一个自我强化的细胞损伤网络，仅靠传统的生物标志物难以充分捕捉。识别这些通路域的意义不仅在于描述机制。CKM的进展不太可能由单一主导过程驱动，个体可能表现出不同程度的炎症激活、线粒体应激、内皮损伤或纤维化重塑。新兴的多组学平台能够同时捕捉这些过程，提出了可能存在生物CKM亚型的可能性，为分层风险评估和靶向治疗策略提供了潜在框架。

5. 基于多组学的生物标志物发现
现在，组学平台能够以更高的精度量化这些CKM通路，使得上述生物标志物不再表现为孤立的分子，而是作为协调的网络特征出现。它们的样本类型、检测平台和当前的验证阶段总结在表2中。

- 5.1 蛋白组学面板和通路簇
无偏见的血浆蛋白组学在CKM中特别有成效。在CKD、HF和糖尿病的大型人类队列研究中，已经发现了与炎症、纤维化、ECM重塑、血管生成和代谢应激相关的多重特征（通常包含20-200种蛋白质）[118]。在这些发现工作中最一致出现的蛋白质中，TNFR1/2、KIM-1、FGF-23、IGFBP7、GDF-15和MMP/TIMP能够在多个队列中独立预测CKD的进展，而不仅仅是eGFR和白蛋白尿[119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129]；同样，在HF队列中得到的蛋白组学特征也预示着肾脏功能的下降[130,131]，强调了心肾生物学的高度共性。这些蛋白质的许多机制基础主要来自实验模型。TNF通路激活在啮齿动物糖尿病肾病模型中驱动肾小球硬化和肾小管凋亡[132, 133, 134]，而GDF-15的实验性过表达会诱导类似晚期CKM的消瘦和代谢表型[135]。胶原蛋白周转标志物与残余肾模型中的组织学纤维化高度吻合，支持它们作为具有机制信息的生物标志物[136]。从队列发现到临床应用的转化仍不完整[137, 138, 139]。许多候选生物标志物只是关联性的，尚未得到验证，并且在种族多样化的队列和早期CKM阶段仍缺乏外部验证[140]。一个值得注意的例外是PromarkerD：在CANVAS试验中，这个由三种蛋白质组成的特征独立预测了T2DM患者的肾功能下降，无论是否接受SGLT2抑制剂治疗[141]。

- 5.2 代谢组学和脂质组学特征
血浆代谢组学和脂质组学通过捕捉β-氧化障碍伴随的更广泛底物失调谱，扩展了线粒体生物标志物的范围，包括脂质中间体、磷脂重塑和鞘脂扰动。这些紊乱不能仅通过单一生物标志物如酰基肉碱完全捕捉。改变的磷脂-鞘脂平衡反映了心脏和肾脏组织中的脂毒性应激，并在CKD、HF和胰岛素抵抗人群中显示出预后关联[142, 143, 144, 145, 146]，补充了第4.5节中描述的线粒体特征。脂质组学分析进一步挑战了传统的CKM风险评估方法。MASLD或胰岛素抵抗患者尽管含有较多致动脉粥样化的载脂蛋白B（ApoB）颗粒、富含甘油三酯的残余物和小密度LDL，但其低密度脂蛋白（LDL）水平通常正常[147]。这种不一致反映了胰岛素抵抗驱动的肝脏极低密度脂蛋白（VLDL）过度产生和脂质处理能力受损[148,149]。ApoB作为致动脉粥样化颗粒数量和残余胆固醇的直接指标，在MASLD、肥胖和T2DM中比单独使用LDL胆固醇更能准确预测心血管风险[150, 151, 152, 153, 154]。因此，许多高风险个体在使用标准脂质检测面板时表现为代谢正常，这强化了CKM中“生物标志物沉默”的反复出现。

- 5.3 基因组学研究和多基因易感性
全基因组关联研究（GWAS）已经确定了与CKD、T2DM、心血管疾病（CV）和HF相关的变异，使得可以构建多基因风险评分（PRS），从而可能超越传统因素提高风险预测能力[155, 156, 157]。实验性基因编辑进一步证明了几个位点在脂质处理、炎症和肾单位发育中的因果作用，支持了这些信号的生物学一致性[158]。基因组工具最终可能允许在传统风险因素出现之前识别出具有高水平CKM易感性的个体。它们的最大用途可能是在疾病的早期阶段，即CKM框架的第0阶段和第1早期阶段，此时针对生活方式、代谢风险和早期心脏保护的策略最具成本效益，且生物学轨迹可能仍可改变。然而，目前的PRS主要来自欧洲血统的GWAS，这限制了它们在南亚、黑人非洲和西班牙裔人群中的适用性，在这些人群中T2DM、高血压和CKD的患病率更高[159]。在环境、代谢和社会经济决定因素占主导地位的表型复杂人群中，PRS的区分能力有限[160]。当应用于未包含在发现队列中的祖先或医疗系统时，PRS的表现显著下降，加剧了这些转移性的限制。目前还没有前瞻性证据表明PRS指导的风险分层能够改变CKM人群的临床结果，因此在这些情况下，基因组工具仍处于研究阶段而非临床应用阶段。

- 5.4 转录组学和细胞外囊泡信号
转录组学分析越来越揭示了驱动CKM进展的细胞间通信网络。心肌细胞、内皮细胞、足细胞和免疫细胞释放的细胞外囊泡（EVs）携带微RNA、长链非编码RNA和蛋白质，反映了组织的应激状态[161,162]。实验研究表明，EV介导的信号可以在远端器官诱导纤维化、内皮功能障碍和炎症激活[163, 164, 165]。人类研究扩展了这些观察结果，发现了与HF进展、白蛋白尿和CKD人群中的微血管损伤相关的心脏和内皮EV特征[166,167]。尽管检测标准化和可重复性仍然是常规使用的障碍，但EV生物学提供了令人信服的分子证据，表明CKM反映了协调的生物功能障碍，而非平行器官疾病。

- 6. 多组学整合与人工智能在心血管-肾脏-代谢疾病风险分层中的应用
结合基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学和临床表型的多组学策略提供了比单一生物标志物更完整的CKM生物学表达（图5），支持从基于器官的诊断向基于机制的表型转变。
下载：下载高分辨率图片（554KB）下载：下载全尺寸图片图5. 心血管-肾脏-代谢疾病（CKM）中生物通路域的多组学整合。示意图概述了从单一路径生物标志物域到CKM中整合多组学特征的转变。左侧面板总结了与CKM病理生理学相关的主要生物通路。中间面板强调了促进这些领域发现的互补多组学平台，包括基于通路的蛋白簇（而非单一标志物）的蛋白组学、代谢组学和脂质组学、表观基因组学以及用于早期风险分层的基因组学与多基因风险预测。右侧面板展示了整合多组学特征的转化输出：治疗反应的动态监测、机制定义的亚型的识别、亚临床（“生物标志物沉默”）疾病的检测以及疾病进展的早期识别。总体而言，该图强调了从孤立生物标志物向CKM精准医疗的转变。在CKD人群中，支持这一转变的证据正在积累，多组学分析已经识别出将补体激活、ECM周转、线粒体代谢和免疫信号与随后eGFR下降联系起来的分子模块[168,169]。类似的研究结果也在HF队列中出现，循环特征中富集的炎症介质、ECM蛋白质和代谢调节因子可以预测住院、心血管死亡和进行性肾功能障碍[136, 170, 171, 172]。整合的蛋白组学-代谢组学工作流程进一步将脂肪酸氧化障碍和酮体代谢改变与不良的心肾结果联系起来，强化了心脏和肾脏表型之间的共同生物基础[173, 174, 175, 176, 177]。机器学习（ML）方法越来越多地被用于从这些高维数据集中提取信号，建模使用传统统计方法无法看到的生物标志物相互作用模式和分子亚型。应用于纵向电子健康记录数据的深度学习已经证明， recurrent神经网络模型可以在临床诊断前48小时内预测急性肾损伤，在超过70万患者的队列中确立了时间序列肾脏风险分层的范式[178]。在BIOSTAT-CHF队列中，通过对403种血浆蛋白质、36,046个转录本和2,516名患者的600万个基因组标记进行整合，ML从基因组、转录组和蛋白组数据中识别出四个与死亡率相关的分子通路，这些通路集中在人表皮生长因子2（HER2）/神经调节素心脏保护轴上。这些发现在另一个包含1,738名患者的独立队列中得到了验证[179]。应用于肾活检转录组学的无监督神经网络方法同样实现了CKD的数据驱动分子重新分类，识别出四个跨越常规CKD阶段的亚型，这些亚型具有显著不同的进展轨迹，并能够识别出区分最高风险类别的25种蛋白质尿液特征[180]。尽管取得了这些进展，但仍需承认几个方法学限制。在高维组学环境中，特征数量通常超过参与者数量，过拟合是一个重大风险。在发现队列中训练的模型在独立验证中经常显示出较低的区分能力，这强调了在临床应用前需要进行前瞻性、多队列评估的必要性。可解释性也是一个挑战：集成模型和深度学习模型可能实现高预测准确性，但产生的输出难以映射到明确的生物学机制，限制了机制推断和临床沟通。可解释性方法的进步，包括Shapley加性解释[181]，提供了一些解决方案，但在临床研究中对于基于组学数据的机器学习模型的最低报告标准仍缺乏共识。7. 多组学方法的临床转化 多组学发现向临床应用的转变有潜力重塑慢性肾脏病（CKM）护理的多个领域。然而，早期的分子检测不太可能立即转化为大规模的药物干预。在生物学上“临床前”人群中进行预防性试验成本高昂且物流复杂，因此针对肥胖、饮食、吸烟和缺乏运动的公共卫生策略仍将是最基本的。相反，多组学的最早临床影响可能在于精细化已经达到常规CKM阈值的个体的风险分层，从而实现生物标志物增强的试验设计和更加有针对性的治疗强化。这种方法的几种潜在应用正在出现。- 7.1 亚临床CKM的早期检测 其中一个最具临床变革性的应用是“临床前CKM”状态的早期检测，在这种情况下，循环中的生物标志物可能在个体出现肥胖、胰岛素抵抗或早期高血压的情况下显示出亚临床的器官损伤，而这些情况尚未达到糖尿病、慢性肾脏病（CKD）或心力衰竭（HF）的常规诊断阈值。结合管状应激、炎症、内分泌相互作用和微血管损伤标志物的综合蛋白质组学和代谢组学评分，可以通过识别潜在可逆阶段的早期生物学激活来精细化CKM分期，并可能为第7.2节所述的终点型分层提供信息。这一原理在心血管医学中已经得到充分证实，即在高敏心肌肌钙蛋白水平略有升高但未达到急性缺血诊断阈值的情况下，可以预测无症状个体的HF发生和不良心血管结局[182, 183, 184]。- 7.2 机制性风险分层和针对性治疗 基于生物学信息的CKM框架可以根据主导的机制性终点型进行分层。例如，尽管eGFR保持正常，但TNFR1/2、IL-6和hsCRP水平升高的个体可能代表以炎症为主导的轨迹，需要加强肾保护治疗并优先考虑抗炎试验[47,48,50]。相反，galectin-3、PRO-C6和胶原新生表位水平升高的患者可能表现出纤维化为主导的特征，成为早期非甾体选择性ACE抑制剂（nsMRAs）治疗或新兴抗纤维化药物的潜在目标人群，鉴于这类药物已证实的抗纤维化作用[7,8]。脂毒性或线粒体特征同样可以指导代谢疗法或基于FGF21的策略[185,186]。这些方法仍处于假设生成阶段，但为机制性分层的研究提供了框架。初步证据表明，机制性分层可以改变治疗反应。PARAGON-HF蛋白质组学子研究发现了富含ECM重塑和肾小管损伤标志物的循环蛋白特征[172]。这些特征区分了HFpEF中的亚组，这些亚组对萨库比特兰/缬沙坦的治疗反应不同，从而支持了生物学表型可以揭示临床同质人群中治疗异质性的原理[187]。同样，CKD中的炎症终点型分层为ZEUS试验提供了依据，在该试验中，hsCRP水平和CKD共病的升高定义了ziltivekimab的目标人群[188,189]。这些例子尚未构成终点型引导的治疗算法，但它们展示了分子分层已经影响了临床试验的设计，这是迈向生物标志物导向治疗的重要一步。除了终点型引导的治疗选择外，分子表型还可以精细化围绕已建立的指南指导的医疗治疗的决策。启动肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）抑制剂、SGLT2抑制剂和非甾体选择性ACE抑制剂（nsMRAs）治疗常会导致eGFR早期下降或血清肌酐升高，这通常被误认为是不良药物事件，导致在实现有意义的心肾保护之前过早停止治疗。这些血流动力学变化通常反映的是管球反馈的增强和肾小球内压力的降低，而不是真正的管状损伤。在DAPA-HF的事后分析中证明了这一点，其中达帕利氟嗪导致的早期eGFR下降反而与随后更好的心血管结局相关[190]。像KIM-1和NGAL这样的管状应激生物标志物最终可能有助于区分这种适应性血流动力学反应和真正的组织损伤，使临床医生能够优先考虑长期生物学益处而非短暂的生化变化。- 7.3 治疗反应的动态监测 多组学特征为动态治疗监测提供了希望。在接受SGLT2抑制剂或GLP-1 RA治疗后，炎症、纤维化和代谢特征的改变可能提供生物学反应的早期证据，而EV或microRNA谱型可能反映内皮或心肌应力的改善。尽管接受了指南指导的医疗治疗，高风险分子模式的持续存在可能有助于识别需要加强治疗或采用替代治疗策略的个体。然而，在这一领域有一个重要的区别。SGLT2抑制剂治疗后的代谢组学变化，包括酮体生成增加和代谢底物灵活性的提高，代表了药物作用机制的证据[191,192]，但这并不能确定观察到的变化能否预测如肾或心血管事件等严重结局。DAPA-HF中NTproBNP的降低是一个更为成熟的例子，其中生物标志物的变化与临床结局有前瞻性关联[6]。酮体代谢组学的研究尚未达到这一阶段；要确定SGLT2i引起的代谢变化是否能预测长期的心肾保护，需要在主要结局试验中设计包含生物标志物的子研究。- 7.4 新型疗法 多组学分析有助于表征现在在CKM范围内被治疗靶向的上游生物通路。FGF21类似物，包括efruxifermin和pegbelfermin[185,186]，在II期MASLD试验中显示了显著的肝脂肪变性减少；然而，它们在专门的CKM人群中的有效性尚未得到证实。与此同时，调节炎症信号作为CKM策略正受到关注。ziltivekimab对IL-6的抑制在同时患有CKD和心血管疾病的患者中显著降低了hsCRP水平，ZEUS结局试验正在测试这是否会导致肾功能下降和心血管事件的显著减少[188,189]。8. 多组学发现与验证的挑战 - 8.1 科学验证 尽管前景广阔，但在生物标志物驱动的策略能够整合到常规CKM护理中之前，仍需解决几个障碍。可重复性仍然是一个核心挑战。许多候选标志物表现出平台特异性变异，并且缺乏统一的参考范围，尤其是在蛋白质组学和代谢组学技术之间。因此，在临床实施之前，标准化分析平台、实验室方法和报告框架至关重要。普遍性是另一个关键限制。目前的多组学数据集主要集中在欧洲和北美人群，限制了在CKM负担最重的地区的外部有效性[157]。因此，需要大型多民族验证队列以确保更广泛的适用性。同样重要的是临床可解释性。分子特征最终必须转化为可操作的风险类别和治疗策略。如果不将其整合到实际的临床决策支持系统中，即使经过充分验证的生物标志物面板也可能仅仅停留在研究工具阶段，而无法成为临床工具。- 8.2 转化和监管障碍 生物学信息驱动的CKM护理未来的挑战可能不在于生物标志物的发现，而在于将其转化为临床实践。多组学平台可以在器官功能障碍明显出现前几年检测到炎症、纤维化和代谢紊乱，然而现实世界中对已知标志物（如尿ACR）的筛查仍然不一致。如果不解决这一差距，即使是最复杂的生物学见解也难以转化为CKM护理的实际改进。试验设计也构成了另一个转化障碍。许多关键结局试验没有纳入纵向生物样本库，因此尽管大型结局研究显示了明确的临床疗效，但基本的生物学问题仍未得到解答。GLP-1 RA在CKM人群中显示了肾脏益处，但介导这种保护的通路仍不完全明确[9,193]。TURING试验评估了利妥昔单抗在最小变化疾病和局灶性节段性肾小球硬化症中的效果，但没有纳入系统的纵向生物样本库[194]。如果在其设计中嵌入了连续的生物样本收集，该队列现在将成为一个有价值的生物资源。最近被确定为最小变化疾病一部分的致病和潜在诊断标志物的抗nephrin抗体[195,196]，本可以作为治疗反应和长期缓解的指标进行评估，但现在需要重新设计研究和招募患者。这个例子说明了一个更广泛的原则：如果想要使机制学见解赶上治疗进步，生物样本库应被视为肾脏病学试验设计的一个不可或缺的部分，而不是可选的附加内容。最后，监管框架仍然基于器官损伤的表型阈值，通常需要在开始治疗前定义特定的白蛋白尿或eGFR下降水平。如果经过验证的分子特征能够在疾病早期识别高风险轨迹，可能需要政策改革以便在器官损伤不可逆之前进行干预。9. 肾病学的下一步 在未来几年，肾病学可能会越来越多地超越由eGFR和白蛋白尿定义的功能性下降，转向更早地检测活跃的生物损伤。将TNFR1/2等炎症生物标志物纳入生物标志物增强的临床试验中，可以识别出尽管eGFR和白蛋白尿正常但具有进展高风险个体的身份。然后，T2DM患者且循环中的TNFR1/2水平升高者可以被随机分配到加强的肾保护治疗或针对性的抗炎干预组，以测试炎症通路激活是否能在达到常规CKD阈值之前识别出可改变的高风险轨迹。在其他生物学领域也可能出现类似的转变。更多地关注管状应激标志物，包括KIM-1和IGFBP7，可能会提高对非白蛋白尿CKD表型的识别度，这些表型在以肾小球为中心的框架中往往被忽视。同样，通过测量ApoB或残余胆固醇而不是仅LDL胆固醇来精细化脂质风险评估，可能更准确地量化胰岛素抵抗和MASLD相关CKM中的动脉粥样硬化负担。最终，前瞻性研究将确定基于生物学信息的风险分层是否能够超越当前护理标准来改变肾脏和心血管的轨迹。结论 CKM越来越多地被认作是一种由炎症、纤维化、微血管功能障碍和代谢信号调节特征的生物网络疾病。传统的生物标志物和临床风险因素仍然是患者护理的核心，但它们主要捕捉的是疾病的下游生理后果，而非驱动疾病的上下游过程。新兴的多组学技术现在提供了在器官功能障碍明显出现之前检测上游分子损伤的机会。将这些生物特征与已建立的临床标志物结合使用，可能实现更早的风险分层、更精确的治疗定位和更好的心肾结局。肾病学的挑战不再仅仅是这些生物信号是否可以被检测到，而是如何将其转化为可操作的临床护理。未来的研究必须确定基于生物标志物的CKM表型是否能够在前瞻性临床试验中改善结局。因此，最紧迫的任务是在大型CKM结局试验中嵌入纵向多组学生物样本库；没有这一基础设施，无论平台如何进步，生物发现与临床应用之间的差距仍将存在。财务披露 无需要披露的内容。