Diabeettisen nefropatian biomarkkerien tunnistaminen transkriptomiikan avulla

Tyypin 2 diabetes (T2D) määritellään ryhmäksi aineenvaihduntasairauksia, joille on tunnusomaista krooninen hyperglykemia, joka johtuu insuliinin erityksen, insuliinin vaikutuksen tai molempien puutteista. National Health Survey 2012 -tutkimuksen mukaan Meksikossa noin yksi kymmenestä sairastaa T2D-tautia, vaikka on tärkeää mainita, että nämä tiedot koskevat vain henkilöitä, joilla on aiemmin diagnosoitu tauti, mutta odotamme tämän määrän kaksinkertaistuvan, kun mukaan lukien äskettäin diagnosoidut T2D-potilaat. Lisäksi T2D:n esiintyvyys nuoremmissa ikäryhmissä on lisääntynyt (25 % Meksikon diabetestapauksista esiintyy nuorilla, alle 43-vuotiailla aikuisilla), mikä tarkoittaa yli 20-vuotiaiden elämistä sairauden kanssa. Tämän seurauksena T2D on yksi johtavista kuolinsyistä, mikä on terveydelle taakka maalle.

On arvioitu, että yli 40 % diabeetikoista kehittää kroonisen munuaissairauden (CKD), mikä vastaa noin 40 % kaikista munuaiskorvaushoidon aloittavista potilaista. Instituto Mexicano del Seguro Socialissa nefropatia on viiden johtavan sairaanhoidon syyn joukossa alueen yleissairaaloissa ja erikoissairaaloissa. Tuxtla Gutiérrezissä Chiapasissa tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että diabeetikoilla havaittiin 35 %:lla nefropatiaa. Cueto-Manzano et ai. raportoivat 40 %:lla varhaisen nefropatian ja 29 %:lla todetun nefropatian esiintyvyydestä 756 Jaliscosta kotoisin olevalla diabeettisella potilaalla. Toisessa Meksikossa tehdyssä tutkimuksessa, johon osallistui 3 609 diabeetikkoa Guanajuatossa, raportoitiin 23,8 % diabeettisesta nefropatiasta. Äskettäin Meksikon osavaltiossa tehdyssä tutkimuksessa, johon kuului 44 458 T2D-diagnoosipotilasta, rekisteröitiin diabeettisen nefropatian esiintyminen 9,1 %:lla.

Diabeettinen munuaissairaus on harvinainen, jos diabetes on kestänyt alle vuosikymmenen. Korkeimmat ilmaantuvuusluvut, 3 % vuodessa, havaitaan keskimäärin 10–20 vuotta diabeteksen alkamisen jälkeen, minkä jälkeen nefropatian määrä vähenee. On tärkeää todeta, että 20–25 vuotta kestäneellä diabeetikolla, jolla ei ole kliinisiä diabeettisen nefropatian merkkejä, on pieni mahdollisuus saada tällainen komplikaatio. T2D:n etenemisestä diabeettiseksi nefropatiaksi on tullut terveysongelma, ei vain terveydenhuoltosektorille aiheutuvien kustannusten, vaan myös potilaan elämänlaadun ja tulosten huononemisen vuoksi.

Tärkeimmät diabeettisen nefropatian etenemisen riskitekijät ovat: hyperglykemia, vaste lääkkeisiin ja pitkäkestoinen diabetes, korkea verenpaine, liikalihavuus ja dyslipidemia. Useimpia näistä tekijöistä voidaan muuttaa lääkkeiden tai elämäntapojen muutoksilla. Siksi muunnettavissa olevien riskitekijöiden hallinta on avainasemassa munuaisten toiminnan heikkenemisen ehkäisyssä ja viivästymisessä. Diabeettisen nefropatian varhainen diagnoosi on toinen olennainen osa diabeteksen ja sen komplikaatioiden, kuten nefropatian, hoidossa. American Diabetes Association (ADA) suosittelee rutiiniseulontaa diabeetikoille, joilla on progressiivinen diabeettinen nefropatia ja krooninen munuaistauti. Kansallisen munuaissäätiön yleisimmin hyväksytyt ohjeet koskivat glomerulusfiltraationopeuden (GFR) ja kroonisen munuaistaudin vaiheiden mittaamista potilaiden seerumin kreatiniinin avulla. GFR voidaan kuitenkin yliarvioida, koska kreatiniini erittyy putkimaisesti glomerulussuodatuksen ja sen munuaisten ulkopuolisen eliminaation lisäksi maha-suolikanavan kautta, erityisesti edenneen munuaisten vajaatoiminnan yhteydessä. GFR:n tapauksessa tekniikat ovat ylivoimaisia ​​invasiivisten menetelmien vuoksi ja joitain markkereita on vaikea käsitellä. Toinen klinikalla käytetty markkeri on mikroalbuminuria, useimmilla potilailla diabeettisen nefropatian ensimmäinen merkki on virtsan albumiinierityksen kohtalainen lisääntyminen, eli 30-300 mg/g kreatiniinia virtsanäytteessä (kutsutaan myös mikroalbuminuriaksi). Potilailla, joille kehittyy makroalbuminuria (>30-300 mg/g kreatiniinia), on suuri riski sairastua diabeettiseen nefropatiaan. Siitä huolimatta noin 40 % potilaista, joilla on kohtalainen albuminuria, palaa normoalbuminuriaan. Lisäksi jopa 50 % potilaista, joilla on tyypin 1 diabetes tai T2D, kokevat eGFR:n laskun huolimatta vain kohtalaisesta albuminuriasta tai jopa normoalbuminuriasta. Tästä johtuen klinikalla saatavilla olevat varsinaiset markkerit ovat epätarkkoja, joten on tarpeen tunnistaa uusia markkereita, jotka pystyvät tunnistamaan potilaat, joilla on korkea riski sairastua diabeettiseen nefropatiaan, jotta komplikaatioiden eteneminen viivästyisi asianmukaisin toimenpitein.

Transkriptomiikka

Uusien teknologioiden kehitys genomikaudella oli mahdollistanut systeemibiologian nopeutetun edistymisen ja tiedon tuottamisen munuaisten kehityksestä, homeostaasista ja sairauksista. Tässä yhteydessä tiettyihin sairaustiloihin liittyvät transkriptiosignatuurit voivat tarjota paljon tietoa patogeenisistä mekanismeista ja tuoda esiin prioriteettigeenien ilmentymisen biomarkkeriehdokkaat. Lisäksi transkriptomien vertailu mahdollistaa sellaisten geenien tunnistamisen, jotka ilmentyvät eri tavalla eri populaatioissa.

Yleisesti ottaen RNA-Seq-tekniikka on erittäin hyödyllinen differentiaaliekspressio-analyysissä, jossa käytetään yleisesti viisi vaihetta. Ensin RNA-näytteet fragmentoidaan pieniksi komplementaarisiksi DNA-sekvensseiksi (cDNA) ja sitten sekvensoidaan korkean suorituskyvyn alustalta. Toiseksi pienet generoidut sekvenssit kartoitetaan transkriptomiin. Kolmanneksi kunkin geenin tai isoformin ilmentymistasot arvioidaan. Neljänneksi kartoitetut tiedot normalisoidaan ja esim. käyttämällä tilastollisia ja koneoppimismenetelmiä, tunnistetaan differentiaalisesti ilmennetyt geenit (DEG:t). Lopuksi tuotetun datan relevanssi arvioidaan lopulta biologisesta kontekstista.

O´Conell et al.:n tuore tutkimus. tunnisti joukon 13 geeniä, jotka ennustivat munuaisfibroosin kehittymistä yhden vuoden munuaisensiirron jälkeen munuaissiirteen vastaanottajien biopsioiden microarray-ekspressioanalyysin avulla. Siten kirjoittajat ehdottavat, että 13 geenin sarjaa voitaisiin käyttää tunnistamaan munuaissiirteen saajat, joilla on riski allograftin menettämisestä ennen peruuttamattomien vaurioiden kehittymistä. Ju et al.:n tutkimus paljasti, että epidermaalinen kasvutekijä (EGF), tubulusspesifinen proteiini, joka on kriittinen solujen erilaistumiselle ja regeneraatiolle, ennusti eGFR:n läpi koko transkriptioanalyysin, joka tehtiin CKD-potilaiden ihmisen munuaisbiopsioiden mikrodissektoiduissa tubulointerstitiaalisissa komponenteissa. Lisäksi EGF-proteiinin määrä virtsassa (uEGF) osoitti merkittävää korrelaatiota munuaisensisäisen EGF-mRNA:n, interstitiaalisen fibroosin/tubulaarisen atrofian, eGFR:n ja eGFR:n häviämisnopeuden kanssa, mikä viittaa siihen, että uEGF voisi olla hyvä CKD:n etenemisen ennustaja. Toinen tutkimus osoitti, että hemodialyysi vaikuttaa seerumin miRNA-profiiliin, mikä lisää hedelmällisyyttä ja lisää syövän kehittymisen riskiä. Siksi transkriptomiikka voisi tarjota parempia diagnostisia työkaluja, prognostisia biomarkkereita ja signalointireittejä, jotka soveltuvat terapeuttiseen kohdistamiseen.