Identifizierung von Biomarkern für diabetische Nephropathie durch Transkriptomik

Typ-2-Diabetes (T2D) ist definiert als eine Gruppe von Stoffwechselerkrankungen, die durch chronische Hyperglykämie gekennzeichnet sind, die aus Defekten in der Insulinsekretion, Insulinwirkung oder beidem resultiert. Laut der National Health Survey 2012 ist in Mexiko etwa 1 von 10 Personen von T2D betroffen, es ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass diese Daten nur Personen widerspiegeln, bei denen die Krankheit zuvor diagnostiziert wurde, aber wir erwarten einen zweifachen Anstieg dieser Zahl, wenn einschließlich neu diagnostizierter T2D-Patienten. Darüber hinaus hat die Prävalenz von T2D in jüngeren Altersgruppen zugenommen (25 % der Diabetesfälle in Mexiko treten bei jungen Erwachsenen < 43 Jahren auf), was bedeutet, dass > 20 Jahre mit der Krankheit leben. Folglich gehört T2D zu den häufigsten Todesursachen, was eine gesundheitliche Belastung für das Land darstellt.

Es wurde geschätzt, dass mehr als 40 % der Menschen mit Diabetes eine chronische Nierenerkrankung (CKD) entwickeln, was etwa 40 % aller Patienten entspricht, die mit einer Nierenersatztherapie beginnen. Im Instituto Mexicano del Seguro Social gehört Nephropathie zu den fünf Hauptursachen für die medizinische Versorgung in allgemeinen Krankenhäusern der Region und in hochspezialisierten Krankenhäusern. Eine Studie in Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, informierte, dass bei Diabetikern eine Nephropathie-Inzidenz von 35 % beobachtet wurde. Cueto-Manzano et al. berichteten von einer 40 %-Inzidenz von früher Nephropathie und 29 % einer etablierten Nephropathie bei 756 Diabetikern aus Jalisco. Eine andere Studie in Mexiko, an der 3.609 Diabetiker in Guanajuato teilnahmen, berichtete von 23,8 % diabetischer Nephropathie. Eine kürzlich im Bundesstaat Mexiko durchgeführte Studie, an der 44.458 Patienten mit T2D-Diagnose teilnahmen, registrierte das Vorhandensein einer diabetischen Nephropathie bei 9,1 % .

Eine diabetische Nierenerkrankung ist ungewöhnlich, wenn der Diabetes weniger als ein Jahrzehnt besteht. Die höchsten Inzidenzraten von 3 % pro Jahr werden im Durchschnitt 10 bis 20 Jahre nach Beginn des Diabetes beobachtet, danach nimmt die Nephropathierate ab. Es ist wichtig zu sagen, dass ein Diabetiker, der seit 20 bis 25 Jahren keine klinischen Anzeichen einer diabetischen Nephropathie aufweist, eine geringe Wahrscheinlichkeit hat, eine solche Komplikation zu entwickeln. Das Fortschreiten von T2D zu diabetischer Nephropathie ist zu einem Gesundheitsproblem geworden, nicht nur wegen der Kosten für den Gesundheitssektor, sondern auch wegen der Verschlechterung der Lebensqualität des Patienten und der Ergebnisse.

Zu den Hauptrisikofaktoren für das Fortschreiten zur diabetischen Nephropathie gehören: Hyperglykämie, Ansprechen auf Medikamente und lange Diabetesdauer, Bluthochdruck, Fettleibigkeit und Dyslipidämie. Die meisten dieser Faktoren können durch Medikamente oder Änderungen des Lebensstils beeinflusst werden. Daher ist das Management der modifizierbaren Risikofaktoren ein Schlüssel zum Verhindern und Verzögern des Rückgangs der Nierenfunktion. Eine frühzeitige Diagnose der diabetischen Nephropathie ist eine weitere wesentliche Komponente bei der Behandlung von Diabetes und seinen Komplikationen wie Nephropathie. Die American Diabetes Association (ADA) empfiehlt Diabetikern mit progressiver diabetischer Nephropathie und CKD das routinemäßige Screening. Die am weitesten verbreiteten Richtlinien der National Kidney Foundation beinhalteten die Messung der glomerulären Filtrationsrate (GFR) und der CKD-Stadien unter Verwendung von Serumkreatinin bei Patienten. Da Kreatinin jedoch neben der glomerulären Filtration und seiner extrarenalen Elimination über den Gastrointestinaltrakt auch einer tubulären Sekretion unterliegt, könnte die GFR insbesondere bei fortgeschrittener Niereninsuffizienz überschätzt werden. Im Falle der GFR sind die Techniken aufgrund invasiver Methoden überwältigend und einige Marker sind schwierig zu handhaben. Ein weiterer in der Klinik verwendeter Marker ist die Mikroalbuminurie, bei den meisten Patienten ist das erste Anzeichen einer diabetischen Nephropathie die mäßige Erhöhung der Albuminausscheidung im Urin, d. h. 30-300 mg/g Kreatinin in einer Urinprobe (auch als Mikroalbuminurie bezeichnet). Patienten, die Makroalbuminurie (>30-300 mg/g Kreatinin) entwickeln, haben ein hohes Risiko für die Entwicklung einer diabetischen Nephropathie. Dennoch kehren ungefähr bis zu 40 % der Patienten mit mäßiger Albuminurie zur Normoalbuminurie zurück. Darüber hinaus kommt es bei bis zu 50 % der Patienten mit Typ-1-Diabetes oder T2D trotz nur mäßiger Albuminurie oder sogar Normoalbuminurie zu einem Rückgang der eGFR. Folglich sind die aktuell in der Klinik verfügbaren Marker ungenau, so dass es notwendig ist, neue Marker zu identifizieren, die Patienten mit hohem Risiko für die Entwicklung einer diabetischen Nephropathie erkennen können, um das Fortschreiten der Komplikationen zu verzögern, indem geeignete Maßnahmen ergriffen werden.

Die Transkriptomik

Die Entwicklung neuer Technologien im Zeitalter der Genomik ermöglichte den beschleunigten Fortschritt in der Systembiologie und die Generierung von Wissen über Nierenentwicklung, Homöostase und Krankheiten. In diesem Zusammenhang können Transkriptom-Signaturen, die mit bestimmten Krankheitszuständen assoziiert sind, wertvolle Informationen über pathogene Mechanismen liefern und vorrangige Biomarker-Kandidaten für die Genexpression ans Licht bringen. Darüber hinaus ermöglicht der Vergleich von Transkriptomen die Identifizierung von Genen, die in unterschiedlichen Populationen unterschiedlich exprimiert werden.

Im Allgemeinen ist die RNA-Seq-Technologie sehr nützlich für die differenzielle Expressionsanalyse, bei der üblicherweise fünf Schritte angewendet werden. Zunächst werden die RNA-Proben in kleine komplementäre DNA-Sequenzen (cDNA) fragmentiert und dann von einer Hochdurchsatzplattform sequenziert. Zweitens werden die kleinen erzeugten Sequenzen einem Transkriptom zugeordnet. Drittens werden die Expressionsniveaus für jedes Gen oder jede Isoform geschätzt. Viertens werden die abgebildeten Daten normalisiert und z. Mittels statistischer und maschineller Lernmethoden werden die differentiell exprimierten Gene (DEGs) identifiziert. Abschließend wird die Relevanz der produzierten Daten aus einem biologischen Kontext bewertet.

Eine aktuelle Studie von O´Conell et al. identifizierten einen Satz von 13 Genen, der für die Entwicklung einer Nierenfibrose nach 1 Jahr der Nierentransplantation durch Microarray-Expressionsanalyse von Biopsien von Empfängern von Nieren-Allotransplantaten vorhersagbar war. Daher schlagen die Autoren vor, dass der Satz von 13 Genen verwendet werden könnte, um Nierentransplantatempfänger zu identifizieren, bei denen das Risiko eines Allotransplantatverlusts besteht, bevor sich irreversible Schäden entwickeln. Eine Studie von Ju et al. ergab, dass der epidermale Wachstumsfaktor (EGF), ein tubulusspezifisches Protein, das für die Zelldifferenzierung und -regeneration entscheidend ist, die eGFR während der gesamten Transkriptomanalyse an mikrodissezierten tubulointerstitiellen Komponenten menschlicher Nierenbiopsien von Patienten mit CKD vorhersagte. Darüber hinaus zeigte die Menge an EGF-Protein im Urin (uEGF) eine signifikante Korrelation mit intrarenaler EGF-mRNA, interstitieller Fibrose/tubulärer Atrophie, eGFR und der Rate des eGFR-Verlusts, was darauf hindeutet, dass uEGF ein guter Prädiktor für das Fortschreiten einer chronischen Nierenerkrankung sein könnte. Andere Studien zeigten, dass das Serum-miRNA-Profil durch die Hämodialyse beeinflusst wird, was zu Subfertilität und einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Krebs beiträgt. Daher könnte die Transkriptomik bessere diagnostische Werkzeuge, prognostische Biomarker und Signalwege bereitstellen, die für therapeutisches Targeting zugänglich sind.