Липокалин-2 – ранний биомаркер острого повреждения почек

В 2004 г. в г. Виченце (Италия) экспертами трех нефрологических ассоциаций (Националь­ного почечного фонда США (National Kidney Foundation, NKF), Американского общества нефрологов (American Society of Nephrology, ASN) и Международного общества нефрологов (ISN)) и Европейского общества интенсивной терапии (European Society of Intensive Care Medicine, ESICM) была впервые предложена концепция «острого повреждения почек» (ОПП, acute kidney injury (AKI)). При этом ОПП рассматривалось как более широкое понятие, чем собственно острая почечная недостаточность (ОПН). Согласно заключению экспертов, диагноз «острое повреждение почек» может устанавливаться при быстром (в течение 48 часов) снижении функции почек, которое определяется как нарастание абсолютных значений концентрации креатинина в сыворотке крови на 26 мкмоль/л или более; относительном повышении концентрации сывороточного креатинина, равном или большем 50% (в 1,5 раза от базального уровня) или снижении объема мочи (диурез менее 0,5 мл/кг массы тела/ч в течение 6 часов) [1].

В целом ОПП развивается у 7% всех госпитализированных пациентов, в том числе у 30% пациентов, находящихся в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) [2–4].

Вероятность возникновения ОПП после кардиохирургических вмешательств достигает 9,5% [5, 6].

Последствия ОПП могут быть тяжелыми: у 50% пациентов, находившихся на остром гемодиализе, имел место летальный исход, а у 25% пациентов через три года после восстановления функции почек развивается терминальная хроническая почечная недостаточность. ОПП является причиной 4 млн смертей в год [7].

Смертность среди пациентов, находящихся в ОРИТ с послеоперационными ОПП и нуждающихся в экстренной заместительной почечной терапии, варьирует от 40% до 60% [8, 9].

Критерии, основанные на показателях концентрации сывороточного креатинина и количестве выделяемой мочи, не обеспечивают раннего обнаружения наступающего ОПП. Уровень креатинина повышается через 2–3 дня после наступления ОПП. Как утверждают Devarajan P. и соавт. [10], измерение сывороточного креатинина для выработки надежного терапевтического вмешательства при ОПП аналогично промедлению на 2–3 дня с началом терапии пациентов с инфарктом миокарда и острым нарушением мозгового кровообращения.

С другой стороны, Waikar S. S. и соавт. отметили, что снижение скорости клубочковой фильтрации (СКФ) не всегда наблюдается даже в случаях тяжелого паренхиматозного повреждения почек, в то же время редукция СКФ может встречаться в ситуациях без явной почечной патологии [7].

Совершенствование методов диагностики и прогнозирования ОПП связано с обнаружением биомаркеров, ассоциированных с ранней стадией ОПП и не зависящих от фильтрационной функции почек [10]. Биомаркеры представляют собой соединения, продуцируемые в канальцевом эпителии почек в условиях ОПП и в повышенных количествах выделяемые в мочу. К ним относятся нейтрофил-желатиназа-ассоциированный липокалин (липокалин-2, neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)), интерлейкин-18, молекула почечного повреждения-1, Na+/H+ обменник типа 3 (NHE-3), ряд ферментов, обычно локализующихся в щеточной кайме проксимальных канальцев и др. [7, 11].

Липокалин-2 является одним из наиболее информативных биомаркеров ОПП. Первоначально NGAL был выделен из супернатанта активированных нейтрофилов человека и позднее был обнаружен в тубулярном эпителии почек. Липокалин-2 выходит в плазму крови из вторичных гранул активированных нейтрофилов, но синтезироваться он может в разных органах и в разных типах их клеток. Липокалин-2 является белком-компонентом острой фазы воспалительного ответа. Его основные функции заключаются в стимулировании пролиферации поврежденных клеток, в первую очередь, эпителиальных, а также в противодействии бактериальным инфекциям [12].

Одним из методов количественного определения липокалина-2 является хемилюминесцентный иммуноанализ на парамагнитных микрочастицах.

Особенности синтеза и экскреции липокалина-2

Повышение синтеза NGAL в клетках проксимальных канальцев вызывается нарушениями, связанными с ишемией почечной паренхимы и ее поражениями нефротоксическими соединениями [13–16].

В целом у человека в ответ на повреждение ренальных канальцев уровень NGAL резко возрастает как в плазме крови (уровень сывороточного NGAL (s-NGAL) повышается в 7–16 раз), так и в моче (уровень NGAL в моче (u-NGAL) увеличивается в 25–1000 раз) [15, 17–19]. При этом экскреция NGAL с мочой на 24–48 часов опережает повышение концентрации креатинина в сыворотке крови.

При ОПП источниками высоких уровней s-NGAL являются печень, легкие, нейтрофилы, макрофаги и другие клетки иммунной системы. Оказалось, что хотя s-NGAL свободно фильтруется клубочками, он в большой степени реабсорбируется в проксимальных канальцах за счет эндоцитоза. Показано, что при ОПП происходит быстрое 1000?кратное увеличение синтеза мРНК, кодирующей u-NGAL, в восходящем колене петли Генле и в собирательных трубочках. По этой причине в моче преобладает «ренальный» пул NGAL, синтезируемый в почках, которые не поступает в систему кровообращения, а полностью экскретируется в мочу. Изучение причин и механизмов повышения уровней NGAL в сыворотке крови и моче послужили основой для разработки метода ранней диагностики ОПП [15].

Области клинического применения NGAL

Липокалин-2 как показатель нефротоксичности фармпрепаратов

Wasilewska A. и соавт. наблюдали 19 детей со стероидзависимым нефротическим синдромом, получающих циклоспорин, у которых измерялись уровни NGAL в моче и в плазме крови. Перед назначением циклоспорина уровни указанных маркеров были такими же, как и в контрольной группе, однако они повысились во время применения данного препарата. Была отмечена прямая зависимость между уровнями липокалина-2 в моче и сыворотке крови и концентрацией циклоспорина в сыворотке крови пациентов [20].

Предполагается, что измерение уровня липокалина-2 может быть полезным как для проверки эффективности новых фармпрепаратов, так и для выявления их возможной нефротоксичности [21, 22].

Липокалин-2 в качестве предиктора рентгеноконтрастной нефропатии

Рентгеноконтрастная нефропатия (РКН) является одной из наиболее частых причин развития ОПП в условиях стационара и способствует повышению острой госпитальной и отдаленной смертности. В настоящее время методы ранней диагностики и прогнозирования РКН остаются несовершенными.

Частота возникновения РКН у госпитализированных пациентов варьирует от 1% до 6%, однако при наличии факторов риска она может развиваться более чем в 50% случаев. РКН является одной из наиболее распространенных причин почечной недостаточности в условиях стационара и занимает 3?е место среди всех причин возникновения ОПН.

Ряд исследований показал, что NGAL может быть предиктором РКН. В многоцентровом исследовании Malyszko J. и соавт. наблюдали пациентов с исходно нормальными уровнями сывороточного креатинина, подвергшихся чрескожным коронарным вмешательствам (ЧКВ). РКН диагностировалась у 11% пациентов, у которых уровни s-NGAL были значительно повышены через 2 часа, а уровни u-NGAL через 4 часа после проведения ЧКВ [23]. В другом исследовании измерялся уровень s-NGAL до ЧКВ и через 2, 4, 12, 24 и 48 часов после него. Повышение уровня s-NGAL через 2 часа после ЧКВ коррелировало с концентрацией сывороточного креатинина, длительностью ЧКВ и объемом введенного рентгеноконтрастного препарата. Таким образом, липокалин-2 может использоваться как ранний маркер острого повреждения почек после ЧКВ [24].

Липокалин-2 после кардиохирургических вмешательств

Ишемическое повреждение почек после кардиохирургических операций, проведенных с применением аппарата искусственного кровообращения (АИК), является частой причиной ОПП. В исследовании Koyner J. L. и соавт. наблюдали 72 взрослых пациента после аортокоронарного шунтирования (АКШ) в условиях АИК, из них у 47% развилось ОПП. Уровни u-NGAL, измеренные через 6 часов, предсказывали ОПП [25]. В педиатрической практике весьма впечатляющими были наблюдения Bennett M. и соавт. за 196 пациентами, у 51% из них после АКШ развилось ОПП. При этом уровни u-NGAL через 2 часа после операции до повышения концентрации креатинина в сыворотке крови возрастал в 15 раз, а через 4–6 часов — в 25 раз. Чувствительность теста составила 82%, специфичность — 90%. Степень повышения концентрации липокалина-2 в моче коррелировала с тяжестью и длительностью ОПП, с потребностью в остром гемодиализе и летальностью больных [26].

Липокалин-2 при гемолитическом уремическом синдроме

Гемолитический уремический синдром (ГУС), связанный с диареей, является одной из самых частых причин ОПП у детей. В многоцентровом исследовании 34 детей с ГУС в течение 5 дней после госпитализации измерялись уровни u-NGAL. У 58% детей обнаруживался повышенный уровень липокалина-2, у 29% пациентов с наиболее высоким u-NGAL впоследствии развилась острая почечная недостаточность, потребовавшая проведения экстренного гемодиализа [27].

Липокалин-2 при остром сепсисе

ОПП при остром сепсисе по сравнению с другими формами ОПП характеризуется более неблагоприятным прогнозом, низким уровнем выживаемости и более длительным сроком госпитализации как у детей, так и у взрослых. В одном из последних исследований Bagshaw S. M. и соавт. наблюдали 83 пациента, поступивших в отделение хирургической терапии, у половины из которых был диагностирован септический шок. Уровни NGAL в крови и в моче больных измерялись через 12, 24 и 48 часов, самые высокие значения уровня липокалина-2 были связаны с септическим шоком [28].

Липокалин-2 как предиктор преэклампсии

Установлено, что повышенный уровень s-NGAL может служить фактором прогноза развития тяжелой нефропатии беременных и преэклампсии. В исследовании Danna R. и соавт. показано, что четырехкратное по сравнению с нормой повышение уровня s-NGAL во втором триместре беременности сопровождается последующим развитием преэклампсии и ОПН. По мнению авторов, сывороточный NGAL вовлечен в патофизиологию преэклампсии и может быть ранним признаком этого синдрома [29].

Липокалин-2 у пациентов, находящихся в ОРИТ

Пациенты отделения ОРИТ нуждаются в экстренном определении причины критического состояния. В исследовании Nickolas T. L. и соавт. приняли участие более 600 пациентов с полиорганной недостаточностью, включая острую и хроническую почечную недостаточность и преренальную азотемию. У больных проводилось измерение u-NGAL, концентрации креатинина сыворотки крови и др. показателей. Установлено, что однократное определение u-NGAL позволяет отдифференцировать ОПП от преренальной азотемии и хронической почечной недостаточности, прогнозировать исход и выбрать эффективную тактику ведения пациентов. Наиболее высокие уровни u-NGAL были зафиксированы в группе пациентов ОРИТ со 100-процентной летальностью [30].

При метаанализе, включавшем 19 исследований, проведенных с участием более чем 2500 пациентов в 8 странах мира, установлено, что уровень NGAL в крови и в моче является ранним диагностическим признаком и прогностически значимым биомаркером ОПП разной этиологии как у детей, так и у взрослых.

Литература

1. Mehta R. L., Kellum J. A., Shah S. V. et al. Acute Kidney Injury Network: report of initiative to improve outcomes in acute kidney injury // Crit Care. 2007; 11 (2): R31.
2. Chertow G. M., Lee J., Kuperman G. J. et al. Guided medication dosing for inpatients with renal insufficiency // JAMA. 2001; 286: 2839–2844.
3. Liangos O., Wald R., OBell J. W. et al. Epidemiology and outcomes of acute renal failure in hospitalized patients: A national survey // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2006; 1: 43–51.
4. De Mendonca A., Vincent J. L., Suter P. M. et al. Acute renal failure in the ICU: Risk factors and outcome evaluated by the SOFA score // Intensive Care Med. 2000; 26: 915–921.
5. Mangos G. J., Brown M. A., Chan W. Y., Horton D., Trew P., Whitworth J. A. Acute renal failure following cardiac surgery: Incidence, outcomes and risk factors // Aust. N. Z. J. Med. 1995; 25: 284–289.
6. Hein O. V., Birnbaum J. M., Wernecke K. D. et al. Three-year survival after four major postcardiac operative complications // Crit. Care Med. 2006; 34: 2729–2737.
7. Waikar S. S., Liu K. D., Chertow G. M. Diagnosis, epidemiology and outcomes of acute kidney injury // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2008; 3 (3): 844–861.
8. Zanardo G., Michielon P., Paccagnella A. et al. Acute renal failure in the patient undergoing cardiac operation // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1994; 107: 1489–1495.
9. Bove T., Calabro M. J., Landoni G. et al. The incidence and risk of acute renal failure after cardiac surgey // J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2004; 18: 442–445.
10. Devarajan P. Emerging urinary biomarkers in the diagnosis of acute kidney injury // Expert. Opin. Med. Diag. 2008; 2 (4): 387–398.
11. Melnikov V. Y., Molitoris B. A. Improvements in the diagnosis of acute kidney injury // Saudi J Kidney Dis Transpl. 2008; 19 (4): 537–544.
12. Kjeldsen L. et al. Isolation and primary structure of NGAL, a novel protein associated with human neutrophil gelatinase // J. Biol. Chem. 1993; 268: 10425–10432.
13. Matthaeus T. et al. Co-regulation of neutrophil gelatinase–associated lipocalin and matrix metalloproteinase-9 in the post ischemic rat kidney // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2001; 12: 787A.
14. Amin R. P. et al. Identification of putative gene based markers of renal toxicity // Environ Health Perspect. 2004; 112: 465–479.
15. Mishra J. et al. identification of neutrophil gelatinase–associated lipocalin as a novel early urinary biomarker for ischemic renal injury // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2003; 14: 2534–2543.
16. Mishra J. et al. Neutrophil gelatinase–associated lipocalin: a novel early urinary biomarker for cisplatin nephrotoxicity // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2004; 24: 307–315.
17. Mishra J., Dent C., Tarabishi R., Devarajan P. et al. Neutrophil gelatinase–associated lipocalin (NGAL) as biomarker for acute renal injury after cardiac surgery // Lancet. 2005; 365: 1231–1238.
18. Mishra J., Mori K., Devarajan P., Kelly C. Kidney NGAL is a novel early marker of acute injury following transplantation // Pediatr. Nephrol. 2006; 21: 856–863.
19. Wagener G., Jan M., Kim M., Mori K. et al. Association between increases in urinary neutrophil gelatinase–associated lipocalin and acute renal dysfunction after adult cardiac surgery // Anesthesiology. 2006; 105: 485–491.
20. Wasilewska A., Zoch-Zwierz W., Taranta-Janusz K. et al. Neutrophil gelatinase–associated lipocalin (NGAL): a new marker of cyclosporine nephrotoxicity // Pediatr. Nephrol. 2010, Jan 14.
21. Boldt J., Brosh C., Ducke M. et al. Influence of volume therapy with a modern hydroxyethyl starch preparation on kidney function in cardiac surgery patients with compromised renal function: a comparison with human albumin // Crit. Care Med. 2007; 35: 2740–2746.
22. Boldt J., Brosch C. H., Rohm K. et al. Comparison of the effects of gelatin and a modern hydroxyethyl starch solution on renal function and inflammatory response in elderly cardiac surgery patients // Br. J. Anaesth. 2008; 100: 457–464.
23. Bachorzewska-Gajewska H., Malyszko J., Sitniewska E. et al. Could neutrophil gelatinase–associated lipocalin and cystatin C predict the development of contrast-induced nephropathy after percutaneous coronary interventions in patients with stable angina and normal serum creatinine values // Kidney Blood. Press. Res. 2007; 408–415.
24. Bachorzewska-Gajewska H., Malyszko J., Sitniewska E. et al. Neutrophil gelatinase–associated lipocalin and renal function after percutaneous coronary interventions // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2006; 26: 287–292.
25. Koyner J. L., Bennett M. R., Worcester E. M. et al. Urinary cystatin C as an early biomarker of acute kidney injury following adult cardiothoracic surgery // Kidney Int. 2008; 74 (8): 1059–1069.
26. Bennett M. R., Dent C. L. et al. Urine NGAL predicts severity of acute kidney injury after cardiac surgery: a prospective study // Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2008; 3 (3): 665–673.
27. Trachtman H., Christen E., Cnaan A. et al. Urinary neutrophil gelatinase–associated lipocalin in D+HUS: a novel marker of renal injury // Pediatr. Nephrol. 2006; 21: 989–994.
28. Bagshaw S. M., Bennett M., Haase M. et al. Plasma and urine neutrophil gelatinase–associated lipocalin in septic versus non-septic acute kidney injury in critical illness // Intensive Care Med. 2009, Dec 3.
29. Danna R., Baviera G., Giordano D. et al. Neutrophil gelatinase–associated lipocalin as a potential prediagnostic marker of preeclampsia // Acta Obstet Gynecol. Scand. 2008; 87 (12): 1370–1373.
30. Nickolas T. L., Yang J. et al. Sensitivity and specificity of a single emergency department measurement of urinary neutrophil gelatinase–associated lipocalin for diagnosing acute kidney injury // Ann. Intern. Med. 2008; 148 (11): 810–819.

М. А. Парван*
А. Ю. Николаев*, доктор медицинских наук, профессор
И. А. Вокуев*, кандидат медицинских наук
В. В. Хоробрых**, доктор медицинских наук

* ГБОУ ДПО РМАПО МЗ РФ, Москва
** ФГБУЗ Клиническая больница № 119 ФМБА РФ, Новогорск

Контактная информация об авторах для переписки: nephrology@mail.ru