Identificatie van biomarkers voor diabetische nefropathie door middel van transcriptomica

Diabetes type 2 (T2D) wordt gedefinieerd als een groep stofwisselingsziekten die wordt gekenmerkt door chronische hyperglykemie, als gevolg van defecten in insulinesecretie, insulinewerking of beide. Volgens de National Health Survey 2012 heeft in Mexico ongeveer 1 op de 10 personen T2D, hoewel het belangrijk is om te vermelden dat deze gegevens alleen betrekking hebben op personen die eerder met de ziekte zijn gediagnosticeerd, maar we verwachten een verdubbeling van dit aantal wanneer inclusief nieuw gediagnosticeerde T2D-patiënten. Bovendien is de prevalentie van T2D in jongere leeftijdsgroepen toegenomen (25% van de diabetesgevallen in Mexico komt voor bij jongvolwassenen <43 jaar), wat betekent dat er meer dan 20 jaar met de ziekte wordt geleefd. Bijgevolg wordt T2D gevonden als een van de belangrijkste doodsoorzaken, wat een gezondheidslast vormt voor het land.

Geschat wordt dat meer dan 40% van de mensen met diabetes een chronische nierziekte (CKD) zal ontwikkelen, goed voor ongeveer 40% van alle patiënten die beginnen met nierfunctievervangende therapie. In het Instituto Mexicano del Seguro Social is nefropathie een van de vijf belangrijkste oorzaken van medische zorg in algemene ziekenhuizen in de omgeving en in hooggespecialiseerde ziekenhuizen. Een studie in Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, meldde dat een incidentie van nefropathie van 35% werd waargenomen bij diabetespatiënten. Cueto-Manzano et al. rapporteerden een incidentie van 40% van vroege nefropathie en 29% van gevestigde nefropathie bij 756 diabetespatiënten uit Jalisco. Een ander onderzoek in Mexico met 3.609 diabetespatiënten in Guanajuato rapporteerde een diabetische nefropathie van 23,8%. Een recent onderzoek uitgevoerd in de staat Mexico, waarbij 44.458 proefpersonen met de diagnose T2D waren betrokken, registreerde de aanwezigheid van diabetische nefropathie bij 9,1%.

Diabetische nierziekte komt niet vaak voor als diabetes minder dan een decennium duurt. De hoogste incidentiepercentages van 3% per jaar worden gemiddeld 10 tot 20 jaar na het begin van diabetes gezien, waarna het aantal nefropathie afneemt. Het is belangrijk om te zeggen dat een diabetespatiënt gedurende 20 tot 25 jaar zonder klinische tekenen van diabetische nefropathie weinig kans heeft om een ​​dergelijke complicatie te ontwikkelen. De progressie van T2D naar diabetische nefropathie is een gezondheidsprobleem geworden, niet alleen voor de kosten voor de gezondheidssector, maar ook voor de verslechtering van de levenskwaliteit van de patiënt en de resultaten.

De belangrijkste risicofactoren voor progressie naar diabetische nefropathie zijn: hyperglykemie, reactie op medicijnen en langdurige diabetes, hoge bloeddruk, obesitas en dyslipidemie. De meeste van deze factoren kunnen worden beïnvloed door medicijnen of veranderingen in levensstijl. Daarom is het beheersen van de beïnvloedbare risicofactoren een sleutel voor het voorkomen en vertragen van de achteruitgang van de nierfunctie. Vroege diagnose van diabetische nefropathie is een ander essentieel onderdeel bij de behandeling van diabetes en de complicaties ervan, zoals nefropathie. De American Diabetes Association (ADA) beveelt de routinematige screening aan bij diabetespatiënten met progressieve diabetische nefropathie en CKD. De meest algemeen aanvaarde richtlijnen van de National Kidney Foundation waren betrokken bij het meten van de glomerulaire filtratiesnelheid (GFR) en stadia van CKD met behulp van serumcreatinine bij patiënten. Omdat creatinine echter tubulaire secretie ondergaat naast glomerulaire filtratie en extrarenale eliminatie via het maagdarmkanaal, met name bij gevorderd nierfalen, kan de GFR worden overschat. In het geval van GFR zijn de technieken overweldigend vanwege invasieve methoden en sommige markers zijn moeilijk te hanteren. Een andere marker die in de kliniek wordt gebruikt, is microalbuminurie. Bij de meeste patiënten is het eerste teken van diabetische nefropathie de matige toename van albumine-excretie in de urine, d.w.z. 30-300 mg/g creatinine in een urinemonster (ook wel microalbuminurie genoemd). Patiënten die macroalbuminurie ontwikkelen (>30-300 mg/g creatinine) lopen een hoog risico op het ontwikkelen van diabetische nefropathie. Desalniettemin keert ongeveer 40% van de patiënten met matige albuminurie terug naar normoalbuminurie. Bovendien ervaart tot 50% van de patiënten met diabetes type 1 of T2D een afname van de eGFR, ondanks de aanwezigheid van slechts matige albuminurie of zelfs normoalbuminurie. Bijgevolg zijn de eigenlijke markers die beschikbaar zijn in de kliniek onnauwkeurig, dus het is noodzakelijk om nieuwe markers te identificeren die patiënten met een hoog risico op het ontwikkelen van diabetische nefropathie kunnen herkennen om de voortgang van de complicaties te vertragen door de juiste maatregelen te nemen.

De transcriptomica

De ontwikkeling van nieuwe technologieën in het genomische tijdperk had de versnelde vooruitgang in de systeembiologie en het genereren van kennis op het gebied van nierontwikkeling, homeostase en ziekte mogelijk gemaakt. In deze context kunnen transcriptoomsignaturen geassocieerd met specifieke ziektetoestanden geweldige informatie verschaffen over pathogene mechanismen en prioritaire biomarkerkandidaten voor genexpressie aan het licht brengen. Bovendien maakt vergelijking van transcriptomen de identificatie mogelijk van genen die differentieel tot expressie worden gebracht in verschillende populaties.

Over het algemeen is de RNA-Seq-technologie erg handig voor differentiële expressie-analyse, waarbij gewoonlijk vijf stappen worden toegepast. Eerst worden de RNA-monsters gefragmenteerd in kleine complementaire DNA-sequenties (cDNA) en vervolgens gesequenced vanaf een platform met hoge doorvoer. Ten tweede worden de kleine gegenereerde sequenties toegewezen aan een transcriptoom. Ten derde worden de expressieniveaus voor elk gen of isovorm geschat. Ten vierde worden de in kaart gebrachte gegevens genormaliseerd en b.v. met behulp van statistische en machine learning-methoden worden de differentieel tot expressie gebrachte genen (DEG's) geïdentificeerd. Ten slotte wordt de relevantie van de geproduceerde gegevens uiteindelijk geëvalueerd vanuit een biologische context.

Een recente studie van O'Conell et al. identificeerde een set van 13 genen die voorspellend waren voor de ontwikkeling van nierfibrose na 1 jaar niertransplantatie, door middel van microarray-expressieanalyse van biopsieën van ontvangers van niertransplantaten. De auteurs suggereren dus dat de set van 13 genen gebruikt zou kunnen worden om ontvangers van een niertransplantaat te identificeren die het risico lopen op allotransplantaatverlies vóór de ontwikkeling van onomkeerbare schade. Een studie door Ju et al., onthulde dat epidermale groeifactor (EGF), een tubulusspecifiek eiwit dat cruciaal is voor celdifferentiatie en regeneratie, eGFR voorspelde tijdens transcriptoomanalyse van microdissected tubulo-interstitiële componenten van menselijke nierbiopten van patiënten met CKD. Bovendien vertoonde de hoeveelheid EGF-eiwit in urine (uEGF) een significante correlatie met intrarenaal EGF-mRNA, interstitiële fibrose/tubulaire atrofie, eGFR en snelheid van eGFR-verlies, wat suggereert dat uEGF een goede voorspeller zou kunnen zijn van CKD-progressie. Andere studies toonden aan dat het serum-miRNA-profiel wordt beïnvloed door hemodialyse, wat bijdraagt ​​aan subfertiliteit en een verhoogd risico op de ontwikkeling van kanker. Daarom zou transcriptomics betere diagnostische hulpmiddelen, prognostische biomarkers en signaalroutes kunnen bieden die vatbaar zijn voor therapeutische targeting.