胱抑素C的生物學特性及臨床應用評價

胱抑素C(cystatin C,Cys-C)是一種小分子堿性分泌性非糖化蛋白質,最初被認為是腦脊液內的γ-痕量球蛋白(γ-trace protein)。1981年測出了人類Cys-C的單鏈氨基酸序列,這是胱氨酸蛋白酶抑制蛋白質超家族中測定出的第一個蛋白質序列,其順序與任何其他蛋白質無顯著的同源性。人類的Cys-C的氨基酸序列與哺乳動物有很強的同源性,被看作是半胱氨酸蛋白酶的抑制劑。此后的二十年中又進一步發現了11種同屬于胱蛋白酶抑制劑的超家族成員,至此,人類胱蛋白酶抑制劑家族共由12種蛋白質組成(見表1)。

在胱蛋白酶抑制劑家族中Cys-C是很獨特的,它產生于人體所有的有核細胞。使用免疫化學法和RNA印跡法研究人體組織和細胞系發現,在所研究的細胞中都存在Cys-C或其mRNA。同樣,對培養的人細胞系進行Cys-C產物分析顯示,所有被研究的細胞系也都分泌Cys-C。Cys-C的mRNA表達無明顯組織特異性,正常人腦組織和精囊中最高,腎組織中次之。人類Cys-C基因和其啟動子結構測定證明了它的管家型基因,即大多數有核細胞通常都可恒定地分泌Cys-C。存在于Cys-C mRNA前端的前導序列充分地證實了這個說法。

Cys-C的物理化學特性

通過單鏈氨基酸序列測定計算,Cys-C相對分子質量約為13 343,含120個氨基酸殘基,位于人類第20號染色體。約50%的Cys-C在3′位攜帶一個羥化的脯氨酸殘基,羥化了的Cys-C的相對分子質量為13359。Cys-C的結構已經清楚,它的典型特征是含有1條α1螺旋穿跨鏈的5′端反向平行的β折疊片段。Cys-C和雞的Cystatin均為橢圓型,pH值為8.6,等電點為9.3,在體液中帶正電荷。表2列出了它的理化特性,表3給出了不同體液中的Cys-C的濃度。

Cys-C作為腎小球濾過率(GFR)標記物的生理特征及診斷價值

Cys-C是小分子蛋白,正常狀態下可以自由通過腎小球濾過膜,所以長期以來一直作為腎小球濾過率(glomerular filtration rate,GFR)的標志物。腎功能正常時,這些小分子蛋白幾乎全部被重吸收,在近端小管處降解。大鼠Cys-C降解研究表明,它的腎臟血漿清除率是51Cr-EDTA的94%,至少99%濾過的Cys-C被腎小管細胞降解。通過結扎一組鼠的腎動脈叢上方的主動脈使它們的GFR不同程度地減低,此時Cys-C與51Cr-EDTA腎臟血漿清除率有良好的相關性,回歸相關系數為0.99。此項研究還清楚地說明了小管的周圍組織對Cys-C有不顯著攝取。免疫化學及RNA印跡法研究也有力地證實Cys-C在通過腎小球濾過膜后由近端小管細胞降解。由于Cys-C這些特征,加上其在體液中穩定的含量,足以認為Cys-C是GFR的理想標志物。在早期的人群調查中也證明Cys-C確實是優于血清肌酐、GFR的良好標志物,且要好于β2-微球蛋白、視黃醇結合蛋白、補體因子D等其他低分子量蛋白。

證實Cys-C在體液中含量的穩定很重要,迄今為止,生理情況下幾乎沒有影響Cys-C穩定的因素。對患者群體的大樣本研究表明,除了受腎小球濾過率的影響,Cys-C的血清水平與任何生理狀態均不相關,因為其他大多數組織仍可穩定地分泌Cys-C。大劑量的糖皮質激素可使其分泌量增加,而小劑量及中等劑量的激素不會影響到它的產量。甲狀腺功能障礙對Cys-C水平的影響較為明顯,即使是輕度的甲狀腺功能障礙對其影響也是很大的。因此,當它作為腎功能的指標時一定要同時考慮甲狀腺的功能狀態。可以肌酐的濃度作為參照,當甲低時,Cys-C的水平就降低,而當甲亢時,其水平就升高。

由于Cys-C與身高、年齡、性別、機體成分及急性時期反應均無關,其血清濃度主要取決于腎臟功能,這一特點使得Cys-C成為引人注目的GFR的替代標志物。許多試驗采用Bland-Altman法研究Cys-C與GFR的金標法的一致性,多數未發現系統偏差,但外源性清除試驗和通過血清Cys-C計算所得的GFR之間存在較大的離散度(±40%,±2s偏差)。總之,Cys-C作為GFR的替代標志物要優于校正的肌酐值。但Cys-C也有局限性,其個體差異較大,研究發現Cys-C的個體差異與肌酐非常相似。

最近,在成人和兒童中有46項研究采用血清肌酐對照方法分析了Cys-C的診斷性能。匯總3 703例數據分析,比較GFR與血清肌酐和Cys-C之間倒數的相關系數發現,Cys-C有更好的相關性。在一個997例的小樣本得到的ROC曲線下,顯示了一個非常顯著的良好區域(平均值r=0.926,95%的可信區間是0.892～0.960;平均值r=0.837,95%的可信區間是0.796～0.878)。這些數據表明,GFR減弱時檢測Cys-C比血肌酐要好的多,在具有代表性的研究中更是如此。

Cys-C的臨床應用

Cys-C測定所適合的患者:一是那些肌肉量減少或變化較大的人群,如老人和小孩;另一個目標群體是那些GFR臨界危急而需要準確判斷的患者,如接受腎移植的患者,這些群體正是目前研究所關注的對象,也是目前許多研究都集中在這類群體的目的所在。

GFR測定的金標準如菊粉清除率試驗,有許多缺點,且有危害性,尤其對兒童不適合。目前評價GFR最常用的實驗室參數是血清肌酐。在兒童和青少年,以血清肌酐作為GFR理想標志物的局限性已被認同。肌酐的含量與肌肉有關,隨著成長和青春期的到來其肌肉量不斷增長,男孩尤其顯著。因此,青春期后的肌酐參考范圍要根據性別進行調整。由于兒童的肌肉和肌酐生理值低,則任何由腎小管分泌或非腎性清除所造成的誤差都會嚴重影響實驗結果的正確評價,尤其是臨床醫生不熟悉肌酐的生理狀態,未能意識到腎臟機能障礙的現象仍較為普遍。對于這些局限性臨床上采用了一些校正公式,如在不同身高/肌酐比值的水平上采用GFR指標進行評價,以常數K反映身體情況,不同性別、不同年齡組的K值不同。但這些公式不適用于身體組成發生變化或肌肉大量減少的患者,如脊柱裂、神經肌肉性疾病、神經性厭食和肝硬化的患者。

Cys-C與肌酐不同,Cys-C血清濃度從1～50歲均保持恒定。理論上,腎臟生理功能1歲時已基本成熟,Cys-C在剛出生時可高達2.8mg/L,而出生后迅速下降,提示腎臟功能已成熟。Cys-C與血肌酐不同,它不經胎盤轉移,因此Cys-C可用于評價新生兒甚至胎兒在產前及產后的GFR。另外Cys-C與妊娠期無關,因而有助于早產兒的檢測。

為評價Cys-C作為替代標志物的應用可行性,進行了一些腎小球濾過率與替代標志物倒數的相關性實驗研究,除1例外,Cys-C的倒數與檢驗GFR金標準的相關性均高于血肌酐。作為GFR的標志物,Cys-C與機體組成無關。血肌酐測定的應用有許多局限性,在兒童和老齡人群尤其是一些肌肉缺乏的患者,這種局限性非常明顯。雖然采用校正肌酐值可克服上述問題來評價腎病,但Cys-C應該是發現早期腎損傷的更好的標志物。最新研究表明,對那些患有脊柱裂、脊髓損傷其肌酐檢測值已相當不準確的患者,Cys-C是唯一可靠的GFR標志。

妊娠中的Cys-C:妊娠期的腎功能評價具有挑戰性。眾所周知,測定菊粉清除率來評價GFR時,由于腎功第二儲備增強,妊娠早期清除率是增加的。在門診,妊娠的第三個季度肌酐清除率實際上趨于下降,另一些研究表明,這種超常的肌酐清除率伴隨著整個妊娠后期。對妊娠期Cys-C的研究較少,Cataldi等發現妊娠期婦女的Cys-C水平高于正常人參考值。對于先兆子癇,其主要的病理改變是腎功能變化,早期診斷非常重要。Strevens和Wide-Swensson采用受試者工作特性曲線研究了Cys-C分析數據,表明與肌酐相比,Cys-C顯示了良好的診斷性能。

以碘海醇清除率為標準,同組的Cys-C與GFR之間有相關性,而妊娠與非妊娠婦女則不同。后來又證明在正常的妊娠期間,Cys-C的水平在第6～9個月時是逐漸增高的。這也印證了先前的觀察,即與Cys-C相對分子質量相似物質的清除率在妊娠最后的3個月內是下降的,并且意味著在妊娠期間的量是可變的,因而Cys-C可作為內分泌疾病的標志指標,Cys-C對于妊娠期間腎臟疾患的評價方面是否有臨床應用價值還需做許多工作。

腎移植患者的Cys-C:腎移植是治療成人和兒童晚期腎病的最終選擇,對于同種異體移植物的急、慢性排斥檢測,必須進行密切的移植物功能監測,以及免疫抑制藥物的腎毒性檢測。實際工作中評價GFR的首選參數是測定血清(漿)的肌酐值,其優點是:成本低、速度快、自身干擾小、并有臨床應用經驗可借鑒(特別是腎臟專家)。臨床上很少使用Cys-C作為腎移植患者的備選指標,自從1998年首次報告以來,許多臨床的論文議題開始專注于使用Cys-C作為腎移植的指標,據報道與血清肌酐相比,腎移植患者不同的個體Cys-C的水平變異很大,對將其作為個體的備選指標提出了質疑。另有兩項局限于兒童手術后情況的研究,對Cys-C的個體變化與肌酐之間的不同沒有確定。在對腎移植患者術后穩定期的嚴格的對比試驗中(參見GFR的金標準參考值與Cys-C的對比),Cys-C與GFR的相關性優于肌酐:r=0.879和r=0.784。至今例數最多的研究(110例患者)證明,在所有的腎移植物的功能檢測中,血清Cys-C能準確地反映肌酐的清除率,監測腎移植患者肌酐清除率的減少,血Cys-C與血肌酐同樣有效。

尚有許多懸而未決問題,如術后Cys-C比肌酐下降得快,尤其外科手術后4d內的變化反復不穩定。而后,依據肌酐判斷的GFR要高于Cys-C所作出的判斷,這種狀況一直持續到患者出院。Hermida和Bokenkamp等證實了這些現象,然而卻不了解其潛在的機制。目前在同種異體移植術后Cys-C動力學的預后價值(如果存在)仍是未知的。

Cys-C的檢測方法和成本

目前尚未發現有干擾Cys-C測定的物質,所以可以肯定Cys-C測定結果的可靠性與真實性,隨之發展起來的檢測方法有單項免疫擴散法、酶免疫法、熒光免疫法、放免法及顆粒增強免疫比濁法。單向免疫擴散法耗時長達10～20h,變異系數高(10%左右);熒光免疫法和放射免疫法因需要昂貴的儀器或具有放射性污染問題難于廣泛推廣;繼而發展起來的顆粒增強免疫比濁法可自動化檢測,既快速又準確,使Cys-C檢測得以在臨床大量使用。

關于成本與實用性,肌酐與Cys-C都可以既快速又簡易地檢測。肌酐測定成本低,不到Cys-C的十分之一,而51Cr-EDTA或99Tc-DTPA清除率的研究成本大約是Cr的200倍,并且技術較難,可導致放射源暴露,需要半天入院時間。相比之下,Cys-C是可接受的選擇。

激素對Cys-C影響的研究尚待深入,如在甲亢或妊娠時,將Cys-C作為血清肌酐的替代實驗就需要進一步探討。急性時相反應和機體成分改變不會對Cys-C的生成產生影響,而藥物如皮質甾類、環孢素等其他藥物的影響還需進一步的評估。作為適用于透析治療觀察的標志物,Cys-C尚需要進行更多的研究工作。

小結

Cys-C是一個有吸引力的GFR的標志物,其優越性超過了以往使用最廣泛的血肌酐。Cys-C對于診斷輕度腎損傷具有更高的敏感性。在一些代表性的研究中證實Cys-C的優越性在于發現GFR的衰減,即使采用肌酐的計算公式(基于高度、年齡、性別等等)也不如Cys-C。Cys-C優點是與身高、性別、年齡及肌肉質量無關,特定人群如兒童、老年人及肌肉質量減少的患者特別適用Cys-C。因此,Cys-C是在特定條件下反映腎臟功能是否正常的有用的篩選工具。妊娠期間以Cys-C作為GFR的標志物,并將其作為子癇前期的早期監測指標也是令人感興趣的。然而,更值得關注的問題是與血清肌酐值進行縱向比較時,必須標注患者較高的個體差異所引發的不一致。很少有研究分析個體內部的可變性,這種可變性在成人腎移植患者中顯得尤為突出。在腎移植中目前仍不清楚在對腎功能的短期及長期的監測中,Cys-C相對于肌酐是否具有顯著性的優勢,還需要在其他病組中做更充分的工作。