Nové biomarkery v diagnostice poruch renálních funkcí

Souhrn

Zavedení nových preventivních a terapeutických postupů v léčbě akutního renálního poškození je podmíněno jeho časnou diagnostikou. Prioritou je hledání nových markerů tubulárního poškození, které jsou detekovatelné v moči dříve, než dojde k poklesu glomerulární filtrace a vzestupu sérového kreatininu. Klinický výzkum probíhá v různých populacích nemocných (intenzivní péče, kardiochirurgie, transplantologie), zatím bez jednoznačně formulovaných doporučení pro praxi. K nejslibnějším časným markerům renálního poškození patří neutrophil gelatinase-associated lipocalin detekovatelný 2–6 hodin po inzultu v plazmě a moči. Jeho dobrá diagnostická a prognostická schopnost byla potvrzena metaanalýzou 19 studií provedených u 2 500 pacientů, k jeho elevaci však dochází při akutním i chronickém poškození ledvin různé etiologie. Z těchto důvodů bude vhodné jeho použití v kombinaci s dalšími markery (např. interleukin-18, kidney injury molecule-1) umožňujícími přesnější diferenciální diagnostiku.

Klíčová slova:
akutní renální poškození (AKI) – tubulární poškození – časné markery renální dysfunkce – neutrophil gelatinase-associated lipocalin – interleukin 18 – kidney injury molecule-1

Úvod

Přetrvávající vysoká incidence akutního renálního poškození (acute kidney injury, AKI) a s ním spojená morbidita a mortalita představují vážný problém v současné klinické praxi.

Výzkumné aktivity v této oblasti zatím nepřinesly úspěch v podobě nových preventivních nebo terapeutických postupů, které by umožnily rozvoji AKI zabránit nebo jeho rozsah zmírnit. Zkoumají se látky s antiapoptotickým, protizánětlivým a vazodilatačním účinkem, růstové faktory a zametače volných radikálů [1]. Navzdory úspěchu některých experimentálních studií následné klinické studie selhaly. AKI se v klinické praxi nevyskytuje izolovaně, ale současně s dalšími komorbiditami, což je nejpravděpodobnější příčinou selhání postupů a také obtížného hodnocení mortality (obr. 1). Dalšími důvody jsou komplexní patogeneze AKI a jeho dopad na ostatní orgánové systémy. Příčiny neúspěchu studií zahrnují i nejasnou definici cílů, nevhodné dávkování testovaných léků, značnou heterogenitu pacientů a v neposlední řadě nemožnost včasné diagnostiky AKI, která znemožňuje správné načasování preventivních a terapeutických opatření. Hledání časných markerů se proto stává výzkumnou prioritou.

Tubulární proteinurie

Název akutní renální selhání byl v posledních letech nahrazen termínem akutní renální poškození. Tato změna naznačuje určitý posun i v biochemické diagnostice. Zatímco selhání znamená pokles glomerulární filtrace (GF) s následnou kumulací urey a kreatininu v séru, termín poškození nemusí znamenat snížení GF, pouze buněčné (typicky tubulární) trauma. V moči se pak objevují proteiny uvolněné z poškozených tubulárních buněk (markery strukturálního poškození) nebo látky, které v důsledku degradace tubulárních funkcí nemohou být absorbovány a metabolizovány (markery funkčních poruch). Tyto pak umožňují časnou a spolehlivou diagnostiku AKI. Fyziologická odpověď ledvin na inzult je tak vlastně využita k jeho diagnostice. Situace bývá často přirovnávána k diagnostice akutního infarktu myokardu, který není rovněž diagnostikován až ve fázi poklesu srdečního výdeje, ale na základě elevace troponinu uvolněného z poškozených myokardiálních buněk.

Charakteristika ideálního markeru, často nazývaného renální troponin, je shrnuta v tabulce 1.

K nejslibnějším v tomto směru patří neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL), N-acetyl-β-D-glukosaminidáza (NAG), kidney injury molecule 1 (KIM 1), interleukin 18 (IL-18) a cystatin C (tab. 2).

Výzkum časných markerů

U pacientů v intenzivní péči je v 50 % případů AKI důsledkem sepse s multifaktoriální etiologií, dalšími příčinami jsou ischemicko-reperfuzní a nefrotoxické poškození.

Výzkum časných markerů je často prováděn u kardiochirurgických pacientů podstupujících operační výkon s mimotělním oběhem. Mimotělní oběh představuje model ischemicko-reperfuzní zátěže ledvin a dává možnost sledovat předoperační hodnoty daného biomarkeru a jejich pooperační vývoj. Časově definovaný a homogenní inzult je výhodou této populace nemocných, při podrobnější analýze výsledků studií se však začínají objevovat i nevýhody. Vysoká operační zátěž a použití mimotělního oběhu vedoucí k retenci tekutin spolu s infuzní a transfuzní terapií jsou příčinami pozitivní tekutinové bilance, kterou v pooperačním období často ovlivňujeme diuretiky. Tyto změny objemu celkové tělesné vody vedou ke změnám sérových i močových koncentrací všech vyšetřovaných markerů, včetně kreatininu, který je ve studiích využíván jako srovnávací proměnná a podle něhož klasifikujeme stupeň renální dysfunkce.

Výzkum se také zaměřuje na nemocné podstupující transplantaci ledvin, studená ischémie je modelem ischemicko-reperfuzního inzultu, který se však kombinuje s nefrotoxickým působením podávaných imunosupresiv. Čistě nefrotoxické poškození je možno studovat u nemocných podstupujících vyšetření spojené s podáním rentgen-kontrastních látek (např. koronarografie).

Kromě volby vhodné populace pacientů je diskutabilní i použití současných klasifikací AKI v těchto studiích. Klasifikace RIFLE i AKIN detekují až závažnější stadia renálního poškození spojená s poklesem GF a elevací sérového kreatinu. Počínající stadia AKI charakterizovaná poškozením tubulárních buněk s typickou enzymurií v podobě studovaných markerů tyto klasifikace nepostihují, přesto jsou ve studiích používány k jejich hodnocení. V budoucích studiích by měly být markery tubulárního poškození porovnávány nejen se Skr, ale i mezi sebou, ke zvýšení přínosu studií by přispělo i sjednocení protokolu v načasování odběrů vzorků.

NGAL

NGAL (Neutrophil gelatinase-associated lipocalin) je 25 kDa protein kovalentně vázaný na gelatinázu lidských neutrofilů. V nízké koncentraci se nachází v řadě lidských tkání jako ledviny, trachea, plíce, žaludek a střevo a je uvolňován při poškození endotelu. Jeho množství významně stoupá v postischemické ledvině, kde se přednostně kumuluje v proximálních tubulech a indukuje jejich reepitelizaci. Tato hypotéza vznikla na základě faktu, že NGAL hraje významnou roli v epiteliální morfogenezi a nefrogenezi [2].

NGAL je detekovatelný v moči i séru, jeho hladina v séru stoupá u nemocných s bakteriální infekcí, astmatem nebo chronickou obstrukční plicní nemocí. Hladina v moči je při těchto diagnózách ovlivněna výrazně méně, vykazuje tak vyšší specificitu pro renální poškození. K elevaci NGAL dochází během 2–6 hodin po inzultu [3], vyšetření je již dostupné i statimově [4].

NGAL byl nejdříve testován u dětí podstupujících kardiochirurgický výkon s mimotělním oběhem s velmi nadějnými výsledky, AUC pod křivkou ROC (the area under the receiver-operating characteristic curve) byla 0,998 za 2 hodiny po ukončení mimotělního oběhu pro močový NGAL [5], 0,96 pro plazmatický NGAL [6]. Dětská populace pacientů zahrnovala pouze nemocné s normálními předoperačními renálními funkcemi a bez komorbidit. NGAL byl proto dále testován v několika studiích u dospělých kardiochirurgických pacientů, u nichž jsou diagnózy jako arteriální hypertenze, srdeční selhávání a diabetes mellitus častými komorbiditami a jejichž renální funkce jsou ovlivněny těmito diagnózami. Jejich závěry byly nadějné (AUC 0,7–0,8), ale současně zdůrazňovaly potřebu ověření v rozsáhlejších multicentrických studiích [7, 8]. V roce 2008 publikoval Wagener et al. studii provedenou u 426 kardiochirurgických pacientů [9], která prokázala nižší přesnost NGAL než studie předchozí a rozpoutala diskusi o spolehlivosti tohoto markeru i o možném zkreslení výsledků u kardiochirurgicky nemocných.

Diagnostické i prognostické schopnosti NGAL byly testovány u AKI různé etiologie.

Marker se jeví jako slibný v detekci opožděného nástupu funkce graftu po transplantaci ledvin [10] i nefrotoxického poškození po podání kontrastní látky [11]. V heterogenní populaci nemocných v intenzivní péči má hodnota plazmatického NGAL při přijetí dobrou diagnostickou schopnost pro rozvoj AKI v následujících 48 hodinách i prognostický význam z hlediska potřeby eliminačních technik, koreluje se stupněm závažnosti AKI [12], NGAL může pomoci v diferenciální diagnostice AKI septické a neseptické etiologie [13]. V roce 2009 publikoval Haase et al. výsledky metaanalýzy 19 studií z 8 zemí zahrnující 2 500 pacientů, pro hladinu NGAL nad 150 ng/ml byly hodnoty AUC nad 0,7 ve všech populacích nemocných s vyšší přesností pro dětské pacienty (0,93) [14]. Analýza potvrdila i prognostickou schopnost v predikci eliminačních technik a hospitalizační mortality. Nejistota panuje ve stanovení normálních a abnormálních hodnot NGAL u různých typů renálního postižení.

Kromě diagnostiky se otevírá i prostor pro terapeutické využití NGAL díky jeho schopnosti indukovat reepitelitazi. Mori et al. publikovali studii, v níž podání exogenního NGAL myším s navozenou ischémií ledviny snížilo počet poškozených tubulárních buněk [15].

Cystatin C

Cystatin C jako jediný z této skupiny markerů není uvolňován z poškozených tubulárních buněk. Jde o inhibitor proteáz, který je tvořen v relativně konstantním množství všemi jadernými buňkami, uvolňován do krve a volně filtrován do moči, následně pak absorbován a metabolizován buňkami proximálního tubulu. Hladina cystatinu C v krvi není ovlivněna věkem, pohlavím, množstvím svalové hmoty a příjmem bílkovin [16], některé studie prokázaly změny jeho hladin při poruchách funkce štítné žlázy, systémovém zánětu a podávání kortikosteroidů [17, 18], přesto se jeví jako vhodnější prediktor rozvoje AKI a mortality než sérový kreatinin (Skr) [19, 20]. Ve srovnání s NGAL byla jeho elevace po kardiochirurgických výkonech opožděna (2 hod vs 12 hod) [21]. U nemocných s nízkou hladinou sérového kreatininu, jako jsou staří lidé, děti, cirhotici nebo malnutričtí pacienti, může být vhodnější proměnnou pro výpočet GF. Vyšetření cystatinu C je snadno dostupné, přesné a rychlé a není ovlivněno přítomností interferujících substancí podobně jako u Skr, v detekci AKI, odlišení AKI od prerenální azotémie se jeví přesnější stanovení v séru než v moči [22]. K zavedení vyšetření cystatinu C do rutinní klinické praxe bude potřeba provedení dalších studií.

Interleukin 18

IL-18 je dalším slibným kandidátem pro zařazení do tzv. AKI panelu využívaného k diferenciální diagnostice AKI, jeho stratifikaci a časné diagnóze. Jde o prozánětlivý cytokin, který je uvolňován proximálními tubuly v případě poškození. Elevace IL-18 v moči je specifická pro akutní tubulární nekrózu, není ovlivněna prerenální azotémií, nefrotoxiny, CKD (chronic kidney disease) nebo močovým infektem. Kromě diagnostické informace poskytuje i prognostickou informaci o závažnosti a mortalitě AKI ischemické etiologie včetně oddáleného nástupu funkce graftu po transplantaci ledviny. Ve srovnání s NGAL je jeho vzestup po kardiochirurgických výkonech rovněž opožděn, k vzestupu v moči dochází 6 hodin po inzultu, maxima dosahuje za 12 hodin [3, 23]. Hodnoty AUC pro identifikaci akutní tubulární nekrózy dosahovaly až 0,95 v úvodních studiích, ve většině posledních studií u kriticky nemocných nepřekračují 0,75 [24], jeho spolehlivost musí být tedy ověřena v dalších studiích.

KIM-1

KIM-1 (Kidney injury molecule-1) je transmembránový protein, který není detekovatelný v normální ledvinné tkáni, ale objevuje se v dediferencovaných buňkách proximálního tubulu po ischemickém a nefrotoxickém poškození cisplatinou, kontrastem indukované AKI nevede ke zvýšení hladin. KIM-1 může pomoci odlišit ischemické AKI od prerenální azotémie, CKD a infekce močového traktu [3]. Signifikantní vzestup v moči nastává za 12 hodin po inzultu a přetrvává do obnovení epitelu. V panelu AKI by bylo vhodné použití kombinace s NGAL, NGAL v časné fázi pro detekci AKI a KIM-1 pro následné upřesnění etiologie. Společně s N-acetyl-β-D-glukosaminidázou je tento marker prediktorem potřeby užití eliminačních technik a mortality AKI u hospitalizovaných pacientů [25].

NAG

NAG (N-acetyl-β-D-glukosaminidáza) je proximální tubulární lysozomální enzym, jehož časný vzestup byl detekován v souvislosti s rozvojem AKI v kardiochirurgii, transplantologii, po expozici nefrotoxickým látkám, při diabetické nefropatii i v populaci kriticky nemocných. NAG neodráží pouze tubulární poškození, ale i funkční změny ledvin, zvýšenou lysozomální aktivitu tubulárních buněk. Jeho aktivita je inhibována endogenní ureou a stoupá při revmatoidní artritidě, hypertyroidismu nebo poruše glukózové tolerance [26]. Tyto nevýhody snižují jeho senzitivitu a specificitu a limitují jeho užití jako časného markeru.

Glutathion-S-transferáza

Glutathion-S-transferázy (GST) jsou cytosolické enzymy přítomné v proximálních (α-GST subtyp) i distálních (ð-GST subtyp) tubulárních buňkách. Jejich signifikantní elevace nastává u nemocných po transplantaci ledvin, ð-GST je zvýšena v moči v případě akutní rejekce, α-GST jako důsledek toxicity cyklosporinu A, obě formy pak u akutní tubulární nekrózy. Elevace v moči signalizuje renální poškození o 1–2 dny dříve než vzestup Skr [27]. Obě formy GST mohou být využity v diferenciální diagnostice jednotlivých typů AKI.

Ostatní časné markery

L-FABP (Liver type fatty acid-binding protein, jaterní typ) byl testován na zvířecích modelech jako velmi citlivý marker histologických i funkčních změn indukovaných nefrotoxickým nebo ischemicko-reperfuzním inzultem. L-FABP je uvolňován z proximálních tubulárních buněk do moči během 1–2 hodin po inzultu s dosažením maxima po 3 hodinách [28]. Klinické studie potvrdily vysokou spolehlivost (AUC nad 0,8) a také predikci klinického výsledku nemocných s AKI [29, 30]. Obdobně je testován srdeční typ FABP v časné detekci infarktu myokardu.

Fetuin A patří k močovým exosomálním proteinům. Exosomy jsou uvolňovány do moči ze všech segmentů nefronů a proteiny v nich obsažené signalizují funkční nebo strukturální poškození. Ve studii na zvířecích modelech se fetuin A jeví jako slibný marker ischemického a nefrotoxického AKI [31]. Na+/H+ exchanger isoform 3 je největší transporter sodíku v renálních tubulech. Za normálních okolností není detekovatelný v moči, nízké koncentrace jsou přítomny při prerenální azotémii a postrenální obstrukci, k signifikantnímu zvýšení dochází u pacientů s akutní tubulární nekrózou [27].

Závěr

Časná detekce AKI se stala klinickou i výzkumnou prioritou. Několik nových markerů, které mohou časně detekovat strukturální a funkční změny je třeba ještě prověřit v rozsáhlejších, multicentrických studiích a u různých populací pacientů.

Jako nejslibnější časný marker u dětí i dospělých se jeví plazmatický a močový NGAL. Nevýhodou je jeho nespecificita pro akutní poškození a omezené možnosti diferenciální diagnostiky. K elevaci NGAL dochází u poruch renálních funkcí různé etiologie a hodnota může být zkreslena vzestupem hladin u zánětlivých nebo nádorových onemocnění jiných orgánů, především gastrointenstinálního traktu. Z těchto důvodů zřejmě nebude NGAL využíván k diagnostice AKI izolovaně, ale v kombinaci s dalšími výše uvedenými markery. Hovoříme o tzv. AKI panelu s plazmatickou a močovou složkou, který odstraní nevýhody jednotlivých markerů a umožní včasnou diagnostiku i rozlišení etiologie poškození.

Práce vznikla za podpory Výzkumného záměru MZO 00179906 a Výzkumného záměru Univerzity Karlovy v Praze MSM 0021620819 Náhrada a podpora funkce některých životně důležitých orgánů.

Došlo dne 15. 3. 2010.
Přijato dne 8. 11. 2010.

Adresa pro korespondenci:
MUDr. Monika Gerlichová
Rybova 1896/19
500 09 Hradec Králové
e-mail: monika.gerlichova@centrum.cz