基于尿金属蛋白酶组织抑制因子-2和胰岛素样生长因子结合蛋白-7对脓毒症合并急性肾损伤患者的危险分层
陈辉 翻译 郭强 审阅
Urinary Tissue Inhibitor of Metalloproteinase-2and Insulin-Like Growth Factor-Binding Protein7 for Risk Stratification of Acute Kidney Injury inPatients With Sepsis
Patrick M. Honore, MD, PhD1; H. Bryant Nguyen, MD, MS2; Michelle Gong, MD, MS3;
Lakhmir S. Chawla, MD4; Sean M. Bagshaw, MD, MSc5; Antonio Artigas, MD, PhD6; Jing Shi, PhD7;Olivier Joannes-Boyau, MD8; Jean-Louis Vincent, MD, PhD9; John A. Kellum, MD10,11; on behalf of theSapphire and Topaz Investigators
Crit Care Med. 2016 Oct;44(10):1851-60.
背景
检测ICU脓毒症患者尿金属蛋白酶组织抑制因子-2（TIMP-2）和胰岛素样生长因子结合蛋白-7（IGFBP-7）的表达，探讨肾外器官功能衰竭对脓毒症患者尿TIMP-2和IGFP表达的影响。
方法
回顾性研究，研究共纳入欧洲和北美共39个ICU的脓毒症患者，患者参加过我们既往两项研究中的任意一项。主要终点是纳入12h内发生中重度急性肾损伤（AKI）（KIDGO2-3级）。我们通过计算[TIMP-2]·[IGFBP7]在3种阈值（0.3, 1.0, 和2.0 (ng/mL)2/1,000）下的ROC曲线下面积、敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值，评估生物标志物对AKI的预测价值。我们计算所有患者的肾外器官SOFA评分（SOFA评分不包括肾脏），比较脓毒症合并AKI和脓毒症不合并AKI时患者尿TIMP-2、IGFBP-7的表达水平和肾外器官SOFA评分。最终，我们构建急性肾损伤的临床模型，比较临床参数联合或不联合TIMP-2、IGFBP-7时临床模型的预测价值。
结果
本研究共纳入232名患者，其中40名患者（17%）发生AKI。我们研究发现，无论肾外器官SOFA评分的高低，与脓毒症不合并AKI患者相比，脓毒症合并AKI患者表达的尿TIMP-2和IGFBP-7均较高（p < 0.001）；在高肾外器官SOFA评分组和低肾外器官SOFA评分组的亚组分析中，[TIMP-2]·[IGFBP7]的ROC曲线下面积（95%CI）分别是0.84 (0.73–0.92)、0.85 (0.76–0.94)；肾外器官SOFA评分对TIMP-2和IGFBP-7的预测价值无明显影响（p = 0.70）；在多因素分析中，联合TIMP-2和IGFBP-7可显著提高急性肾损伤临床模型的预测价值（p = 0.015）。
结论
尿TIMP-2和IGFBP-7可准确预测脓毒症患者AKI的发生风险，无论是否合并其它器官功能衰竭。
关键词
急性肾损伤；胰岛素样生长因子结合蛋白-7；器官功能衰竭；风险预测；脓毒症；金属蛋白酶组织抑制因子-2
研究背景
急性肾损伤(AKI)是脓毒症最常见的并发症之一，可显著增加脓毒症患者的ICU病死率和住院病死率。由于AKI的治疗往往在诊断后才开始，使得临床难以评估AKI预防和治疗措施的有效性。最终导致脓毒症合并AKI患者的预后不良。
AKI相关的生物学标志物有利于实施更早和更精准的肾脏保护治疗，同时避免医源性肾损伤。金属蛋白酶组织抑制因子-2（TIMP-2）和胰岛素样生长因子结合蛋白-7（IGFBP-7）是尿中两种生物学标志物，已证实能够用于预测重症患者中重度AKI（基于KDIGO的AKI 2-3级）的发生风险。TIMP-2和IGFBP-7是在多种因素（炎症，缺血，氧化应激，药物，毒素）刺激下反映肾小管损伤早期细胞应激的指标。TIMP-2和IGFBP-7还可诱导G1期细胞周期停滞，避免损伤时的细胞分裂。更重要的是，TIMP-2和IGFBP-7通过旁分泌作用于邻近细胞，发挥“报警蛋白”的作用。在预测中重度AKI发生风险方面，TIMP-2和IGFBP-7优于目前已知的所有生物学标志物，同时[TIMP-2]·[IGFBP7]已被临床评审委员会认定为AKI诊断的金标准。而[TIMP-2]·[IGFBP7]也是预测心脏外科术后患者发生AKI的高度敏感指标。
AKI的生物学标志物在脓毒症患者中同样表达，即使不合并肾损伤，这可能与脓毒症复杂的病理生理学机制有关。脓毒症时器官损伤的机制并不是肾脏特有，肾外器官功能衰竭的机制可能与肾脏类似，因此我们进一步评估脓毒症合并或不合并肾外器官功能衰竭时[TIMP-2]·[IGFBP7]的预测价值。Sapphire 和 Topaz针对早期脓毒症患者的前瞻性临床研究，使用[TIMP-2]·[IGFBP7]阈值均超过0.3, 1.0, 和2.0 (ng/mL)2/1,000。在生物表标志物检测和脓毒症危险因素分析完成后，我们结合临床参数评估生物学标志物的预测价值。
研究方法
一.研究设计
我们对重症患者的[TIMP-2]·[IGFBP7]进行预定的亚组分析，重症患者均参加过我们既往的研究，包括发现/验证研究（Sapphire）和二次验证研究（Topaz）。我们通过国际共识标准定义脓毒症，由主治医师进行临床诊断。所有合并呼吸或心血管功能障碍的患者，均认为是发生AKI的高风险人群（图1）。研究的设计、执行和报告均符合加强流行病学中观察性研究报告和报告诊断准确性标准。
研究者负责收集数据，数据由不隶属于研究的独立统计人员进行分析。两项研究均通过西方审查委员会（奥林匹亚，华盛顿，DC）或伦理委员会批准。所有患者（或授权代表）均签署知情同意书。在这篇文章中，Sapphire研究将AKI定义为KDIGO2-3级，而Topaz研究对AKI进行临床诊断。最终评估[TIMP-2]·[IGFBP7]能否预测脓毒症患者发生AKI的风险。
图1：研究设计：Sapphire研究将AKI定义为KDIGO2-3级，而Topaz研究对AKI进行临床诊断。
二.研究步骤
ICU入科24内检测尿、血清的生物学标志物和肌酐值。TIMP-2和IGFBP7浓度由技术人员通过NephroCheck法进行免疫检测（Astute医疗，圣地亚哥，CA）。Sapphire研究中TIMP-2和IGFBP7的浓度由Astute医疗完成，而Topaz研究中TIMP-2和IGFBP7的浓度检测分别在三个独立的实验室中完成（加利福尼亚大学，圣地亚哥，CA；路易斯威尔大学，KY；ARUP实验室 盐湖城，UT）。结果以(ng/mL)2/1,000为单位，Topaz研究中取均值进行数据分析。血清肌酐值的检测方法如前所述。
我们应用APACHE III评分和SOFA评分评估病情严重程度和器官功能衰竭，肾外器官的APACHE III评分和SOFA评分等于总分减去肾脏部分的分数。
三 .数据分析
我们通过计算ROC曲线下面积（AUC）、敏感性、特异性、阴性预测值（NPV）、阳性预测值（PPV）和相对危险度（RR）评估[TIMP-2]·[IGFBP7]预测AKI发生的价值。Delong法计算AUC的95%可信区间（95%CI），Bootstrap法计算敏感性、特异性，NPV和PPV的95%可信区间。当出现数据缺失时应用Clopper-Pearson检验。计算[TIMP-2]·[IGFBP7]在不同取值下的RR值，在没有数据缺失时，用Bootstrap法计算RR值95%的可信区间。
利用多因素线性回归分析评估肾外器官功能衰竭和急性肾损伤对[TIMP-2]·[IGFBP7]表达的影响，因变量为[TIMP-2]·[IGFBP7]水平，解释变量为AKI的程度。通过肾外器官SOFA评分中位数评估亚组器官功能衰竭和相互之间的影响。对肾外器官SOFA评分中的其他器官独立的进行同样的分析。
我们通过构建两个多因素线性回归分析比较单独临床数据或联合[TIMP-2]·[IGFBP7]预测AKI发生的价值。其中一个将临床参数作为因变量，另一个将临床参数联合[TIMP-2]·[IGFBP7]作为因变量。利用贝叶斯信息标准回顾性选取最终模型中的临床数据。利用Hosmer-Lemeshow法评估模型的拟合优度。我们通过g R package “PredictABEL”法计算IDI、cfNRI定量评估[TIMP-2]·[IGFBP7]额外的预测价值。此外，我们通过Delong法比较两种不同模型时ROC曲线下面积。
p小于0.05表示数据有统计学差异，所有报告的p值均为双面，数据由SAS 9.3（SAS Institute, Cary, NC）和R3.1.0分析完成。
研究结果
一 .一般结果:
本研究共纳入232例脓毒症患者，其中40名患者（17%）在纳入12h内发生AKI。所有患者根据是否发生AKI回顾性的分为AKI组和非AKI组，患者一般情况见表1。几乎一半的患者由急诊转入，使得从入院到入ICU的间隔时间（中位数[四分位间距]）较短，约2h[0–8 hr]。两组患者在造影剂、肾毒性药物的暴露以及糖尿病，冠状动脉疾病，高血压等危险因素上均无统计学意义。与非AKI患者相比，AKI患者中充血性心力衰竭和肝脏疾病的发生率较高；且平均动脉压较低，更需要使用缩血管活性药物。同时AKI患者的基础血清肌酐值及反映病情严重程度的APACHE III评分和SOFA评分均高于非AKI组（表1）。
表1：AKI组和非AKI组患者的一般资料
二.生物学标志物价值：
图2显示[TIMP-2]·[IGFBP7]在三种阈值时未修正的AKI相对危险度。[TIMP-2]·[IGFBP7]由小于0.3增加至大于2.0时，绝对危险度由2.7%增加至53.3%，RR 19.7 (95%CI, 4.3–69.4; p < 0.001)。AKI组[TIMP-2]·[IGFBP7]的水平显著高于非AKI组（p < 0.001），经肾外器官SOFA评分修正后，两组间[TIMP-2]·[IGFBP7]的水平仍存在显著差异。此外，经AKI修正后，肾外器官SOFA评分亚组分析中，[TIMP-2]·[IGFBP7]的水平无显著差异（p = 0.29）。
图2：[TIMP-2]·[IGFBP7]在三种阈值时未修正的AKI相对危险度(*p < 0.01, **p < 0.001)
[TIMP-2]·[IGFBP7]预测AKI发生风险的曲线下面积为0.84 (0.77–0.90)；对于肾外器官SOFA评分大于7分的患者，[TIMP-2]·[IGFBP7] 的曲线下面积为0.85 (0.76–0.94)；对于肾外器官SOFA评分小于等于7分的患者，[TIMP-2]·[IGFBP7] 的曲线下面积为0.84 (0.73–0.92)。对于肾外器官SOFA评分大于7分和小于等于7分的患者，血清肌酐值预测AKI发生风险的曲线下面积分别为0.73 (0.59–0.85)、0.77 (0.65–0.87)（图3）；而肾小球滤过率预测AKI发生风险的曲线下面积分别为0.75 (0.61–0.87)和0.76 (0.63–0.87)。
图3：所有患者入科12h内[TIMP-2]·[IGFBP7]水平和AKI程度及基于肾外器官SOFA评分的亚组分析。
值得注意的是，Sapphire研究发现，对于脓毒症患者，TIMP-2的预测价值优于IGFBP-7；但对于外科术后患者，结论却相反。本次组合队列研究以脓毒症患者为研究对象，进一步证实TIMP-2（0.84(0.77–0.90)）的预测价值优于IGFBP-7（0.79 (0.72–0.86)）。有趣的是，在肾外器官SOFA评分亚组分析中，上述结果是不变的。
[TIMP-2]·[IGFBP7]经临床变量修正后，是预测AKI发生强有力的预测因子，临床变量包括APACHE III评分、肾外器官SOFA评分、体重指数、液体出量、血清肌酐值。联合[TIMP-2]·[IGFBP7]的临床模型的预测价值显著增加（0.86 vs.0.94，p=0.015）（表2），我们同样计算cfNRI和IDI，提示[TIMP-2]·[IGFBP7]提高了模型的整体预测价值。
表3显示三种阈值（0.3, 1.0, 和 2.0）下敏感度、特异度、PPV、NPV的水平。当阈值为0.3或2.0时，敏感性接近95%，特异度接近90%。
表2：临床变量联合或不联合[TIMP-2]·[IGFBP7]预测脓毒症患者AKI发生风险的多因素回归分析
表3：[TIMP-2]·[IGFBP7]在不同阈值下（0.3、1.0、2.0）的运算特性（95%CI）
讨论
AKI能导致脓毒症患者短期和长期预后不良。最近一项针对感染性休克患者的研究发现，非AKI患者、KDIGO1级、KIDGO2-3级患者的60d住院病死率分别为6.2%、16.8%、27.7%。早期充分的治疗可避免脓毒症相关AKI的发生，减轻AKI的严重程度、降低肾脏替代治疗的需要。快速识别脓毒症患者中AKI发生的高风险人群，能够一定程度上改善治疗策略，反映肾小管损伤或细胞应激的生物学标志物可能在上述过程中发挥重要作用。我们首先评估尿中反映细胞周期停滞的生物标志物[TIMP-2]·[IGFBP7]在预测脓毒症患者AKI发生风险方面的价值。由于中重度AKI（KDIGO2-3级）与临床预后包括肾脏替代治疗、住院病死率及远期预后密切相关，因此我们选择性评估中重度AKI的发生风险。
脓毒症对AKI的生物学标志物发起挑战。NGAL和IL-18被作为AKI的潜在生物学标志物，但两者的表达均受全身炎症反应的影响，因此特异性降低。小样本研究报告血浆、尿液NGAL水平预测脓毒症患者AKI发生风险的曲线下面积分别为0.83和0.89，但大部分研究均认为NGAL的预测价值有限。近期一项复杂的生物学研究通过广泛的转录组分析选择潜在的生物学标志物，分析预测脓毒症小儿在入院D3的AKI发生风险，结果发现，即使纳入D1的AKI状态，测试队列AUC的曲线下面积仅为0.83，这可能与脓毒症时器官功能衰竭的机制非器官特异性有关。但我们的研究显示，肾外器官SOFA评分不能显著影响[TIMP-2]·[IGFBP7]对AKI的预测价值。因此，即使存在肾外器官功能衰竭，临床医生仍可通过[TIMP-2]·[IGFBP7]准确预测AKI的发生风险。这是与其它生物学标志物相比，最为突出的一点。
当提到远程缺血预处理这项研究时，TIMP-2和IGFBP7等反映细胞周期停滞的生物学标志物提示肾小管上皮细胞处于停滞、无功能阶段，但仍能自行修复且对器官无永久性损伤。更重要的是，TIMP-2和IGFP-7通过旁分泌作用于邻近细胞，发挥“报警蛋白”的作用，就时机而言，这一信号使我们能够今早的开始治疗策略，改善患者预后，特别是对于脓毒症合并AKI的患者。
我们推测，对于脓毒症发生AKI的高风险患者和脓毒症合并AKI I级的患者，早期应用反映细胞周期停滞的生物学标志物，如TIMP-2和IGFBP7，可以帮助临床医生早期干预，从而改善患者预后。早期识别脓毒症的器官功能衰竭可改变医疗决策。当出现肾功能衰竭时，抗生素的选择和剂量/肾毒性药物的监测（抗生素或其他）会受到影响，同时应尽可能避免静脉造影（尤其是动脉造影）。对于可能或已经发生AKI的患者，AKI会影响患者的诊疗决策。例如对于医院获得性的脓毒症，应该进行包括万古霉素的广谱抗菌治疗。入院后9h，患者的心率、血压正常，培养结果尚未回报，现在患者血肌酐值轻度升高（1.0上升至1.2mg/dl）,但尿量正常。如果患者尿[TIMP-2]·[IGFBP7]大于2，那么患者发生AKI2-3级的风险大于50%，而临床医生会考虑停用万古霉素或调整万古霉素剂量，同时会将患者转运至ICU进一步治疗，对液体、尿量和血流动力学进行密切监测。相反，如果[TIMP-2]·[IGFBP7]小于0.3，那么患者发生AKI的风险将小于3%，提示患者可以继续目前治疗。
当然，生物学标志物无法取代临床判断，它们能否结合临床参数提供重要信息目前还有待于进一步研究。尽管临床医生床旁使用数据模型的可能性较小，表2的数据模型提示目前临床数据的相对不足。单一数据库来源模型可能不适用于所有患者，但它是与其它生物学标志物比较的“基准”。不管怎样，生物学标志物的预测价值是一定的。目前的研究发现电脑程序可协助AKI的识别，但不会改善患者预后。基于血肌酐的电子报警不能尽早识别AKI。Wilson基于KDIGO I级的电子报警不能显著改善临床实践和患者预后。临床医生可能已经识别AKI的发生，因此不会更改医疗措施。重要的是[TIMP-2]·[IGFBP7]的检测时在AKI临床表现出来前12h，评估AKI2-3级发生的风险。与电子报警相比，主要有以下优点:首先，ICU内的12h相对较长，给我们足够的时间考虑是否停用肾毒性药物，筛查可疑感染源，改善组织灌注；其次，可以将70%的AKI患者限制在AKI I级。报警疲劳是临床医师忽略报警的主要因素。[TIMP-2]·[IGFBP-7]是用于AKI2-3级的风险评估，因此不能准确识别AKI I级。相反，与所有诊断相同，AKI的生物学标志物不应该用于病情稳定的患者。与重症患者相比，低风险患者（稳定的门诊患者）可表现出较高的假阳性率，不适用于[TIMP-2]·[IGFBP-7]检测。
我们的研究有着重要优势。我们通过两种不同方法分析两个大型且不相关的数据库，来确定AKI的终点（KDIGO2-3级和临床决策）。然而，我们的研究也存在一定的局限性。首先，由于Sapphire 和Topaz研究没有专门研究脓毒症所致的AKI，因此我们没有收集病原学结果和感染时机的相关数据，但我们的研究结果与两个多中心队列研究结果一致；其次，Topaz研究不包括长期预后和生存质量评估；第三，最重要的是，我们无法明确生物标志物能否改变临床管理决策和患者预后，这有待于进一步研究证实。尽管目前脓毒症AKI的发生率较高，文献给出的脓毒症相关AKI的生物学标志物信息有限。我们相信本研究会给临床实践和未来的研究提供新的方向。
结论
尿[TIMP-2]·[IGFBP-7]能够准确预测脓毒症患者AKI的发生风险，并且不受肾外器官功能障碍的影响。因此，[TIMP-2]·[IGFBP-7]的检测可以延长肾保护治疗的时间窗，尽早干预以防止或减轻AKI的发生。
原文见附件：upfile/File/201610/04/00442436.pdf
