综述：儿童和青少年人群糖尿病肾病早期检测的生物标志物：一项叙述性综述

《Health Science Reports》：Biomarkers for Early Detection of Diabetic Kidney Disease in Pediatric and Adolescent Populations: A Narrative Review

　　

背景：糖尿病肾病是与糖尿病相关的最关键长期并发症之一，显著影响发病率和死亡率。尽管曾一度主要与成人相关，但糖尿病肾病（DKD）现已成为全球儿童肾脏并发症的主要原因。作为心血管并发症和终末期肾病（ESKD）的指示因子和预测因子，儿科糖尿病患者的DKD日益受到关注。
方法：本研究作为一项叙述性综述进行，重点关注儿童和青少年人群中糖尿病肾病早期检测的新兴生物标志物。
结果：传统上，通过点尿样本评估的微量白蛋白尿仍然是识别糖尿病患者早期肾脏受累的标准方法。然而，越来越多的证据表明，肾小管损伤通常先于明显的肾小球损伤，特别是在儿童和青少年人群中。这凸显了肾小管生物标志物（如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）和肾损伤分子-1（KIM-1））的潜在价值，它们可能在持续性白蛋白尿出现之前检测到亚临床肾损伤。新兴生物标志物，包括胱抑素C（Cys-C）、肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）、炎症介质和代谢标志物，可能进一步改善糖尿病肾病的早期识别和风险分层，从而实现对糖尿病儿童和青少年的及时干预和个性化监测策略。
结论：识别用于糖尿病青少年早期肾脏受累的新生物标志物可显著增强及时诊断和治疗策略。

1 Introduction
1型糖尿病（DM）是一种以完全或部分胰岛素缺乏为特征的慢性代谢紊乱，通常在儿童或青少年时期发病。近期趋势显示2型糖尿病在年轻人群中的患病率增加，主要归因于全球肥胖率的上升。糖尿病肾病（DN）是与1型和2型糖尿病相关的最严重长期并发症之一，研究提示在糖尿病发病后5-10年内，10%-50%的患者可能发生DN。DN的主要表现是微血管损伤，特别针对肾小球，导致微量白蛋白尿。最早可检测的异常包括肾血浆流量升高和超滤过，导致肾脏增大。随着疾病进展，肾小球滤过率（GFR）下降最终导致高血压，这是一种常不可逆的状态，可能进展至终末期肾病（ESRD）。持续高血糖引发微血管并发症（如肾病、视网膜病变、神经病变）以及大血管疾病（如心肌梗死、中风、外周血管疾病）的级联反应。组织学上，影响肾小球的糖尿病肾病（DKD）以基底膜增厚、足细胞足突融合、系膜基质扩张和内皮开窗丢失为特征。持续高血糖还诱导显著的肾小管改变，包括早期小管肥大和肾小管基底膜增厚，这些变化可能先于肾小球病理。这些发现强调了肾小管生物标志物作为早期DKD更敏感指标的潜在效用。尽管DKD最初被视为非炎症性疾病，但新证据强调影响肾小球和肾小管的炎症过程的关键作用，炎症现在似乎是DKD发生和进展的核心，尤其在儿童和青少年人群中。
传统上，微量白蛋白尿（MA）是1型糖尿病肾病最早可检测的临床征象，通常在肾小球滤过率（GFR）仍处于或高于正常范围时出现。明显的蛋白尿（>300mg/24h）通常在病程5-10年后出现，常伴高血压和GFR下降。超滤过（GFR为120-150mL/min/1.73m²）在25%-40%的糖尿病青少年中被观察到，这一现象最初增加肾血浆流量和肾小球内压力，导致早期白蛋白尿并最终导致GFR下降和进行性DKD。
多数关于DKD新型生物标志物的研究在成人人群中进行，引发了对在儿童和青少年人群中适用性的担忧。儿童和青少年在肾成熟、激素环境、生长速率和代谢状态等方面与成人存在重要生理差异，所有这些可能影响生物标志物的表达、清除和基线参考范围。因此，源自成人队列的诊断阈值和解释截断值可能无法准确反映青少年的早期肾损伤。表1列出了儿童和青少年糖尿病肾病早期检测的新兴生物标志物及其部分特征。
鉴于传统诊断标志物的局限性，尤其在正常白蛋白尿患者中，识别和验证用于早期DKD检测的新型生物标志物日益迫切。本综述中，研究人员基于其在糖尿病儿童和青少年中的诊断效用，探讨了新兴生物标志物。

2 Methods
本研究按照叙述性综述文章评估量表（SANRA）进行。使用PubMed和Google Scholar数据库进行全面文献检索，以识别关于儿童和青少年人群糖尿病肾病（DKD）早期检测生物标志物的相关研究。纳入英文发表的文章。排除仅关注成人人群而无儿科适用性、非糖尿病肾病，或缺乏足够方法学细节的文章。使用的关键词包括：“diabetic kidney disease”、“diabetic nephropathy”、“DKD”、“biomarkers”、“renal biomarkers”、“tubular biomarkers”、“children”、“pediatric”、“paediatric”、“adolescent”、“cystatin C”、“neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)”、“kidney injury molecule-1 (KIM-1)”、“liver-type fatty acid-binding protein (L-FABP)”、“tumor necrosis factor-alpha (TNF-α)”、“TNF receptor 1”、“TNF receptor 2”和“pyruvate kinase M2 (PKM2)”。两位独立评审员筛选检索记录标题和摘要的相关性。

2.1 Cystatin C
胱抑素C（Cys-C）是一种天然半胱氨酸蛋白酶抑制剂，由所有有核细胞产生。它自由通过肾小球，在近端小管完全重吸收，不被分泌，因此是肾功能障碍的可靠内源性标志物。该蛋白在细胞内外蛋白和多肽的分解中起关键作用。Cys-C调控的半胱氨酸组织蛋白酶参与多种生理过程，如蛋白降解、前体蛋白激活、骨重塑、免疫反应和细胞死亡。Cys-C是该抑制剂家族中最突出和有效的成员，在细胞内外调节酶活性。其在心血管疾病和炎症等病理状态中的作用也有记录。过去十年中，大量研究验证了血清Cys-C作为估计肾小球滤过率（GFR）的敏感生物标志物，在预测老年人心血管风险和死亡率方面优于血清肌酐。重要的是，Cys-C水平不受性别、年龄或肌肉质量影响。一项针对237例2型糖尿病患者的纵向研究在29个月内评估了血清和尿Cys-C，显示Cys-C升高与eGFR降低及糖尿病肾病（DKD）进展相关。结果表明Cys-C可能比肌酐更早预示肾功能下降。另一项研究也发现Cys-C水平随慢性肾脏病（CKD）从I期到III期以及从正常白蛋白尿到微量白蛋白尿而升高，并与白蛋白-肌酐比值（ACR）强相关。

2.2 Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin
中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）是一种由中性粒细胞和受损肾单位上皮细胞释放的蛋白。肾损伤后，它同时出现在血液和尿液中。NGAL在先天免疫系统中起关键作用，尤其是在防御细菌感染方面，并在多种病理状态下由免疫细胞、肝细胞和肾小管细胞产生。主要由近端小管细胞合成，在急性肾损伤（AKI）早期阶段尿中可检测到NGAL。其释放主要源于近端小管，升高水平提示这些结构损伤。研究表明NGAL对儿童AKI的预测准确性高于成人。血浆NGAL基线水平在癌症或全身感染等情况下可升高，可能降低其特异性；尿NGAL在尿路感染时也可能升高。此外，NGAL在儿童患者造影剂肾病（CIN）的早期检测中效果显著。由于糖尿病个体中肾小管损伤常先于肾小球损伤，NGAL被认为是糖尿病肾病（DN）有用的早期生物标志物，可在蛋白尿显现之前揭示肾脏受累。一项涉及144例2型糖尿病患者的研究显示，血清和尿NGAL水平均可预测即将出现的白蛋白尿，强化了其早期诊断DN的效用。

2.3 Kidney Injury Molecule-1
肾损伤分子-1（KIM-1）是一种上皮粘附分子，在缺血性肾损伤后显著上调。KIM-1位于肾近端小管细胞的顶膜，其血清水平在小管损伤时显著升高。在人类缺血性和毒性急性肾损伤（AKI）病例中，KIM-1可在近端小管所有三个节段检测到。除AKI外，KIM-1已被确认为多种肾病（包括局灶节段性肾小球硬化、IgA肾病、膜增殖性和膜性肾小球肾炎、急性排斥反应、慢性移植肾病、系统性红斑狼疮、糖尿病肾病、高血压和韦格纳肉芽肿）中肾小管损伤的高度敏感生物标志物。一项嵌套病例对照研究（纳入190例新发DKD患者）和一项前瞻性队列研究（1156例个体）的证据表明，KIM-1在DKD早期和晚期阶段均是肾小球滤过率（GFR）下降的强预测因子。

2.4 Pyruvate Kinase M2
在丙酮酸激酶同工酶（L、R、M1和M2）中，丙酮酸激酶M2（PKM2）在足细胞中显著升高，并在急性肾损伤（AKI）发展中起关键作用。PKM2已成为连接肾损伤中糖酵解过程与炎症通路的关键介质。此外，PKM2与糖尿病相关微血管并发症有关，执行重要的调节功能并经历显著的翻译后修饰。促炎细胞因子表达升高（部分由PKM2活性驱动）导致糖尿病患者胰腺β细胞破坏及随后的高血糖。此外，肾小球内皮细胞炎症刺激巨噬细胞活化，促进糖尿病肾病（DN）发展。因此，PKM2可能通过增强2型糖尿病相关肾病中NF-κB通路的激活来促进肾脏炎症，从而成为监测疾病进展的潜在靶点和生物标志物。

2.5 Tumor Necrosis Factor-Alpha and Its Receptors
肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是一种多功能细胞因子，介导炎症、凋亡和免疫调节。在糖尿病肾病（DN）患者中观察到TNF-α及其受体（TNFR1和TNFR2）水平升高，并与肾功能恶化和终末期肾病（ESRD）风险增加相关。尽管DN中肾小管损伤的确切机制仍在研究中，但炎症起重要作用。TNF-α由浸润和驻留肾细胞释放，与受体结合，启动促炎信号级联，可导致细胞死亡和纤维化。组织学研究显示，较高的循环TNFR1和TNFR2水平与肾小球早期结构改变（如内皮开窗减少、肾小球硬化、足细胞损伤）密切相关。一项研究表明，糖尿病大鼠中抑制TNF-α可减轻肾损伤，表现为白蛋白尿减少及肾小球和肾小管结构损伤减轻，这种保护效应归因于NLRP3炎性小体抑制和氧化应激降低。

2.6 Liver-Type Fatty Acid-Binding Protein
肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）主要在肾脏近端小管细胞表达，在缺氧条件下因肾小管周围毛细血管灌注受损而释放入尿。在九种已知的脂肪酸结合蛋白（FABP）中，肝型变体在肝细胞和肠细胞中最丰富，并构成胞质蛋白的重要部分。由于能从受损细胞快速释放，L-FABP已成为检测早期肾损伤的有前景的生物标志物。尿L-FABP水平升高提示小管应激，并与慢性肾脏病（CKD）进展相关，尤其在小管缺血情况下。研究提示其对监测正常血压个体CKD进展具有潜在效用，强化了其在早期检测策略中的作用。尽管多数DKD生物标志物研究在成人中进行，但新兴儿科研究表明这些生物标志物在儿童和青少年中具有生物学和临床相关性。早期DKD的潜在病理生理机制（包括肾小球超滤过、小管应激、炎症和内皮功能障碍）在各年龄组中保守，支持这些标志物在青少年中应用的生物学合理性。此外，患有1型或2型糖尿病的儿童和青少年表现出先于白蛋白尿的早期结构和功能改变，类似于成人。

2.6.1 Limitations of Emerging Biomarkers for Early DKD Detection
尽管这些生物标志物为早期识别DKD提供了希望，但若干局限性限制了其常规临床应用，尤其在儿科环境中。胱抑素C（Cys-C）虽然比肌酐更准确估计GFR，但其检测更昂贵且并非普遍可用；结果可能受甲状腺功能障碍、糖皮质激素使用和炎症状态影响，降低了单纯反映肾功能的特异性。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）水平可在非肾性情况（如全身感染、炎症或恶性肿瘤）中升高，导致特异性降低；尿NGAL检测尚未跨平台标准化，检测成本仍高于传统生物标志物。肾损伤分子-1（KIM-1）对肾小管损伤高度敏感，但对糖尿病肾病不特异，可能在其他肾脏疾病（如肾小球肾炎、药物性肾毒性）中升高；商业检测主要限于研究用途，儿童参考范围尚未建立。丙酮酸激酶M2（PKM2）作为肾脏生物标志物的研究仍主要处于实验阶段，缺乏标准化的临床检测或验证的截断值，其在代谢和炎症中的双重作用使解释复杂化。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）及其受体（TNFR1/2）的升高可能反映全身炎症而非肾脏特异性损伤；测量需要特定的ELISA或免疫分析平台，实验室间变异限制了可比性。肝型脂肪酸结合蛋白（L-FABP）虽有前景，但尿L-FABP浓度可受肝脏疾病或其他小管应激原因影响；检测尚未广泛普及到专业中心以外，且常规筛查的成本效益尚未确立。总体而言，尽管这些生物标志物增强了病理生理理解并显示出早期DKD检测的潜力，但广泛临床应用需要检测标准化、成本降低、儿科参考值建立，以及通过大型前瞻性多中心研究验证临床效用。

2.6.2 Clinical Recommendations for Integration Into Pediatric Practice
尽管多数DKD新型生物标志物仍处于研究阶段，但一种务实的逐步方法可促进其逐步整合到儿科和青少年糖尿病护理中。首先，按照国际儿童青少年糖尿病协会（ISPAD）和改善全球肾脏病预后组织（KDIGO）指南的建议，继续使用每年尿白蛋白-肌酐比值（ACR）和估计肾小球滤过率（eGFR）进行标准筛查，这些仍是DKD监测的基石。其次，在肌肉质量、生长阶段或营养状况可能扭曲肌酐基估计的情况下，将基于胱抑素C的eGFR与血清肌酐结合使用，这对低体重、肥胖或青春期儿童尤其相关。第三，在高风险或研究环境中选择性使用NGAL和KIM-1，例如血糖控制差、糖尿病病程长或白蛋白尿波动的儿童，以识别亚临床小管损伤，其早期升高可指导更密切随访或更早转诊至肾病科。第四，在专门中心或多中心临床试验中考虑l-FABP和TNF-α/TNFR检测，旨在进行早期检测和机制评估，而非当前常规临床使用。第五，通过合作性多中心研究建立儿科参考范围和诊断截断值，鼓励实验室在临床应用前标准化检测并验证儿科性能特征。第六，将生物标志物整合到个体化风险档案中——结合生化、临床和人口学因素——以细化DKD进展预测并优化早期干预策略。第七，教育和培训：儿科内分泌学家、肾病学家和临床实验室团队应接受关于新型生物标志物解释的培训，以避免误分类或过度检测。总之，这些生物标志物目前应被视为传统筛查的补充工具而非替代品，通过进一步验证，它们有潜力通过实现更早检测、个性化风险评估和及时干预，变革儿科DKD管理。

3 Conclusion
总结而言，糖尿病肾病（DN）的新兴生物标志物正被证明对早期诊断和改进疾病管理非常宝贵。每种生物标志物——NGAL、KIM-1、PKM2、TNF-α和l-FABP——都提供了对DN病理生理学的独特见解。NGAL在检测早期肾小管损伤方面特别有效，尤其在儿科人群中；KIM-1因其在近端小管细胞的特异性表达而成为可靠的肾小管损伤指标；PKM2突出了糖尿病肾病中改变的葡萄糖代谢与炎症反应之间的联系；TNF-α作为核心炎症介质，通过其抑制代表潜在治疗靶点；l-FABP是识别肾小管缺血和慢性肾脏病进展的有前景标志物。
多项生物标志物已在儿科队列中显示出可测量的变化。尿NGAL和KIM-1被证实在持续白蛋白尿出现之前在糖尿病青少年中升高，提示早期小管应激。胱抑素C（Cys-C）因与肌肉质量和青春期阶段无关，在儿童中提供更准确的肾小球滤过率估计。l-FABP和炎症标志物（如TNF-α）也与青少年发病糖尿病队列中的早期肾功能障碍相关。总之，这些发现支持这些生物标志物在儿科实践中的转化相关性。
重要的是，将这些标志物应用于儿童可能比成人提供更大的临床获益，因为早期识别肾损伤提供了更长的干预窗口和预防不可逆肾单位丢失的机会。尽管其具有显著诊断潜力，但这些生物标志物在常规临床实践中的采用需要标准化评估方案和对患者特定临床背景的仔细考量。需要更大规模的前瞻性儿科研究来验证截断值、建立年龄和性别特异性参考范围，并确认其预后价值。将这些生物标志物整合到临床护理中有潜力通过实现更早检测、个性化监测和更有效的干预策略，变革儿科DN管理。