Identifikace biomarkerů diabetické nefropatie prostřednictvím transkriptomiky

Diabetes typu 2 (T2D) je definován jako skupina metabolických onemocnění charakterizovaných chronickou hyperglykémií, která je důsledkem poruch sekrece inzulínu, účinku inzulínu nebo obojího. Podle National Health Survey 2012 je v Mexiku přibližně 1 z 10 osob postižena T2D, i když je důležité zmínit, že tato data odrážejí pouze subjekty, u kterých byla dříve diagnostikována nemoc, ale očekáváme dvojnásobný nárůst tohoto počtu, když včetně nově diagnostikovaných pacientů s T2D. Kromě toho se zvýšila prevalence T2D v mladších věkových skupinách (25 % případů diabetu v Mexiku se vyskytuje u mladých dospělých <43 let), což znamená, že žijí s touto nemocí >20 let. V důsledku toho se T2D nachází mezi hlavními příčinami úmrtí, což představuje pro zemi zdravotní zátěž.

Odhaduje se, že u více než 40 % lidí s diabetem se vyvine chronické onemocnění ledvin (CKD), což představuje asi 40 % všech pacientů zahajujících renální substituční terapii. V Instituto Mexicano del Seguro Social patří nefropatie mezi pět hlavních příčin lékařské péče ve všeobecných nemocnicích v oblasti a ve vysoce specializovaných nemocnicích. Studie v Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, informovala, že u diabetických pacientů byla pozorována 35% incidence nefropatie. Cueto-Manzano et al. uvedli 40% výskyt časné nefropatie a 29% prokázané nefropatie u 756 diabetických pacientů z Jalisco. Jiná studie v Mexiku, která zahrnovala 3 609 diabetických pacientů v Guanajuato, hlásila 23,8 % diabetické nefropatie. Nedávná studie provedená ve státě Mexiko, která zahrnovala 44 458 subjektů s diagnózou T2D, zaznamenala přítomnost diabetické nefropatie u 9,1 %.

Diabetické onemocnění ledvin je neobvyklé, pokud diabetes trvá méně než jednu dekádu. Nejvyšší míra výskytu 3 % ročně je v průměru pozorována 10 až 20 let po začátku diabetu, poté se míra nefropatie snižuje. Je důležité říci, že diabetický pacient po dobu 20 až 25 let bez klinických příznaků diabetické nefropatie má nízkou šanci na rozvoj takové komplikace. Progrese T2D do diabetické nefropatie se stala zdravotním problémem, a to nejen pro náklady na zdravotnictví, ale i pro zhoršení kvality života pacienta a jeho výsledků.

Mezi hlavní rizikové faktory progrese diabetické nefropatie patří: hyperglykémie, reakce na léky a dlouhé trvání diabetu, vysoký krevní tlak, obezita a dyslipidémie. Většina těchto faktorů je ovlivnitelná drogami nebo změnami životního stylu. Proto je řízení ovlivnitelných rizikových faktorů klíčem k prevenci a oddálení poklesu renálních funkcí. Včasná diagnostika diabetické nefropatie je další zásadní složkou v managementu diabetu a jeho komplikací, jako je nefropatie. American Diabetes Association (ADA) doporučuje rutinní screening pacientům s progresivní diabetickou nefropatií a CKD. Nejrozšířenější směrnice National Kidney Foundation se týkaly měření glomerulární filtrace (GFR) a stádií CKD pomocí sérového kreatininu u pacientů. Avšak vzhledem k tomu, že kreatinin kromě glomerulární filtrace podléhá tubulární sekreci a jeho extrarenální eliminaci prostřednictvím gastrointestinálního traktu, zejména u pokročilého selhání ledvin, může být GFR nadhodnocena. V případě GFR jsou techniky ohromující kvůli invazivním metodám a s některými markery je obtížné zacházet. Dalším klinicky používaným markerem je mikroalbuminurie, u většiny pacientů je prvním příznakem diabetické nefropatie mírné zvýšení vylučování albuminu močí, tj. 30-300 mg/g kreatininu ve vzorku moči (také nazývané mikroalbuminurie). Pacienti, u kterých se rozvine makroalbuminurie (>30-300 mg/g kreatininu), jsou vystaveni vysokému riziku rozvoje diabetické nefropatie. Nicméně přibližně až 40 % pacientů se středně těžkou albuminurií se vrátí k normoalbuminurii. Navíc až u 50 % pacientů s diabetem 1. typu nebo T2D dochází k poklesu eGFR, a to i přes přítomnost pouze středně těžké albuminurie nebo dokonce normoalbuminurie. V důsledku toho jsou aktuální markery dostupné na klinice nepřesné, takže je nutné identifikovat nové markery, které dokážou rozpoznat pacienty s vysokým rizikem rozvoje diabetické nefropatie, aby se oddálila progrese komplikací přijetím adekvátních opatření.

Transkriptomika

Vývoj nových technologií v éře genomu umožnil zrychlený pokrok v systémové biologii a vytváření znalostí o vývoji ledvin, homeostáze a onemocnění. V tomto kontextu mohou signatury transkriptomů spojené se specifickými chorobnými stavy poskytnout skvělé informace o patogenních mechanismech a vynést na světlo prioritní kandidáty na biomarkery genové exprese. Kromě toho srovnání transkriptomů umožňuje identifikaci genů, které jsou odlišně exprimovány v různých populacích.

Obecně je technologie RNA-Seq velmi užitečná pro diferenciální expresní analýzu, ve které se běžně používá pět kroků. Nejprve jsou vzorky RNA fragmentovány na malé komplementární sekvence DNA (cDNA) a poté sekvenovány z vysoce výkonné platformy. Za druhé, malé generované sekvence jsou mapovány na transkriptom. Za třetí, jsou odhadnuty hladiny exprese pro každý gen nebo izoformu. Za čtvrté, mapovaná data jsou normalizována a např. pomocí statistických metod a metod strojového učení jsou identifikovány diferenciálně exprimované geny (DEG). Nakonec je relevance vytvořených dat nakonec vyhodnocena z biologického kontextu.

Nedávná studie O´Conella et al. identifikovali sadu 13 genů, které byly prediktivní pro rozvoj renální fibrózy po 1 roce po transplantaci ledviny, pomocí mikročipové expresní analýzy biopsií příjemců renálního aloštěpu. Autoři tedy navrhují, že soubor 13 genů by mohl být použit k identifikaci příjemců transplantátu ledviny s rizikem ztráty aloštěpu před rozvojem nevratného poškození. Studie Ju et al. odhalila, že epidermální růstový faktor (EGF), protein specifický pro tubuly kritický pro buněčnou diferenciaci a regeneraci, předpověděl eGFR během transkriptomové analýzy na mikrodisekovaných tubulointersticiálních složkách lidských renálních biopsií pacientů s CKD. Kromě toho množství proteinu EGF v moči (uEGF) vykazovalo významnou korelaci s intrarenální mRNA EGF, intersticiální fibrózou/tubulární atrofií, eGFR a rychlostí ztráty eGFR, což naznačuje, že uEGF by mohl být dobrým prediktorem progrese CKD. Jiná studie prokázala, že profil miRNA v séru je ovlivněn hemodialýzou přispívající k subfertilitě a zvýšenému riziku rozvoje rakoviny. Proto by transkriptomika mohla poskytnout lepší diagnostické nástroje, prognostické biomarkery a signální dráhy přístupné terapeutickému cílení.