Identifikasjon av biomarkører for diabetisk nefropati gjennom transkriptomikk

Type 2-diabetes (T2D) er definert som en gruppe metabolske sykdommer karakterisert ved kronisk hyperglykemi, som følge av defekter i insulinsekresjon, insulinvirkning eller begge deler. I følge National Health Survey 2012, i Mexico, er omtrent 1 av 10 personer rammet av T2D, men det er viktig å nevne at disse dataene kun gjenspeiler personer som tidligere har blitt diagnostisert med sykdommen, men vi forventer en dobling av dette antallet når inkludert nydiagnostiserte T2D-pasienter. I tillegg har prevalensen av T2D i yngre aldersgrupper økt (25 % av diabetestilfellene i Mexico forekommer hos unge voksne <43 år), noe som innebærer at >20 år lever med sykdommen. Som en konsekvens er T2D funnet blant de ledende dødsårsakene, noe som representerer en helsebelastning for landet.

Det er anslått at mer enn 40 % av personer med diabetes vil utvikle kronisk nyresykdom (CKD), og utgjør omtrent 40 % av alle pasienter som begynner med nyreerstatningsterapi. I Instituto Mexicano del Seguro Social er nefropati blant de fem ledende årsakene til medisinsk behandling på generelle sykehus i området og på sykehus med høy spesialitet. En studie i Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, informerte om at 35 % forekomst av nefropati ble observert hos diabetikere. Cueto-Manzano et al., rapporterte en 40 % forekomst av tidlig nefropati og 29 % av etablert nefropati hos 756 diabetespasienter fra Jalisco. En annen studie i Mexico som inkluderte 3609 diabetespasienter i Guanajuato, rapporterte 23,8 % av diabetisk nefropati. En fersk studie utført i delstaten Mexico, som inkluderte 44 458 personer diagnostisert med T2D, registrerte tilstedeværelsen av diabetisk nefropati hos 9,1 %.

Diabetisk nyresykdom er uvanlig hvis diabetes varer mindre enn ett tiår. De høyeste insidensratene på 3 % per år sees i gjennomsnitt 10 til 20 år etter diabetesdebut, hvoretter frekvensen av nefropati avtar. Det er viktig å si at en diabetespasient i 20 til 25 år uten kliniske tegn på diabetisk nefropati har lav sjanse for å utvikle en slik komplikasjon. Progresjonen av T2D til diabetisk nefropati har blitt et helseproblem, ikke bare for kostnadene for helsesektoren, men for forverringen av livskvaliteten til pasienten og resultatene.

De viktigste risikofaktorene for progresjon til diabetisk nefropati inkluderer: hyperglykemi, respons på legemidler og langvarig diabetes, høyt blodtrykk, fedme og dyslipidemi. De fleste av disse faktorene kan modifiseres av rusmidler eller endringer i livsstil. Derfor er håndteringen av de modifiserbare risikofaktorene en nøkkel for å forebygge og forsinke nedgangen i nyrefunksjonen. Tidlig diagnose av diabetisk nefropati er en annen viktig komponent i behandlingen av diabetes og dens komplikasjoner som nefropati. American Diabetes Association (ADA) anbefaler rutinemessig screening til diabetikere med progressiv diabetisk nefropati og CKD. De mest aksepterte retningslinjene til National Kidney Foundation var involvert i måling av glomerulær filtrasjonshastighet (GFR) og stadier av CKD ved bruk av serumkreatinin hos pasienter. Men på grunn av at kreatinin gjennomgår tubulær sekresjon i tillegg til glomerulær filtrasjon og dets ekstrarenale eliminering via mage-tarmkanalen, spesielt ved avansert nyresvikt, kan GFR overvurderes. Ved GFR er teknikkene overveldende på grunn av invasive metoder og noen markører er vanskelige å håndtere. En annen markør som brukes i klinikken er mikroalbuminuri, hos de fleste pasienter er det første tegnet på diabetisk nefropati den moderate økningen av urinalalbuminutskillelse, dvs. 30-300 mg/g kreatinin i en urinprøve (også kalt mikroalbuminuri). Pasienter som utvikler makroalbuminuri (>30-300 mg/g kreatinin) har høy risiko for å utvikle diabetisk nefropati. Likevel går omtrent opptil 40 % av pasientene med moderat albuminuri tilbake til normoalbuminuri. Dessuten opplever opptil 50 % av pasientene med type 1 diabetes eller T2D en nedgang i eGFR, til tross for tilstedeværelsen av bare moderat albuminuri eller til og med normoalbuminuri. Følgelig er de faktiske markørene som er tilgjengelige i klinikken unøyaktige, så det er nødvendig å identifisere nye markører som kan gjenkjenne de pasientene med høy risiko for å utvikle diabetisk nefropati for å forsinke utviklingen av komplikasjonene ved å ta de nødvendige tiltakene.

Transkriptomikken

Utviklingen av nye teknologier i den genomiske æraen hadde muliggjort akselerert fremskritt innen systembiologi og generering av kunnskap innen nyreutvikling, homeostase og sykdom. I denne sammenhengen kan transkriptomsignaturer assosiert med spesifikke sykdomstilstander gi god informasjon om patogene mekanismer og bringe frem i lyset prioriterte genekspresjonsbiomarkørkandidater. I tillegg tillater sammenligning av transkriptomer identifisering av gener som er differensielt uttrykt i distinkte populasjoner.

Generelt er RNA-Seq-teknologien veldig nyttig for differensiell ekspresjonsanalyse, der det vanligvis brukes fem trinn. Først blir RNA-prøvene fragmentert til små komplementære DNA-sekvenser (cDNA) og deretter sekvensert fra en høykapasitetsplattform. For det andre blir de små genererte sekvensene kartlagt til et transkriptom. For det tredje estimeres ekspresjonsnivåene for hvert gen eller isoform. For det fjerde normaliseres de kartlagte dataene og f.eks. ved hjelp av statistiske og maskinlæringsmetoder identifiseres de differensielt uttrykte genene (DEGs). Til slutt blir relevansen til de produserte dataene endelig evaluert fra en biologisk kontekst.

En fersk studie av O´Conell et al. identifiserte et sett med 13 gener som var prediktive for utvikling av nyrefibrose ved 1 år med nyretransplantasjon, gjennom mikroarray-ekspresjonsanalyse av nyreallograftmottakeres biopsier. Derfor foreslår forfatterne at settet med 13 gener kan brukes til å identifisere nyretransplanterte mottakere med risiko for tap av allograft før utvikling av irreversibel skade. En studie av Ju et al., avslørte at epidermal vekstfaktor (EGF), et tubuluspesifikt protein som er kritisk for celledifferensiering og regenerering, spådde eGFR, gjennom transkriptomanalyse på mikrodisseksjonerte tubulointerstitielle komponenter av humane nyrebiopsier av pasienter med CKD. I tillegg viste mengden av EGF-protein i urin (uEGF) signifikant korrelasjon med intrarenalt EGF-mRNA, interstitiell fibrose/tubulær atrofi, eGFR og hastigheten på eGFR-tap, noe som tyder på at uEGF kan være en god prediktor for CKD-progresjon. Andre studier viste at serum miRNA-profilen påvirkes av hemodialyse som bidrar til subfertilitet og økt risiko for kreftutvikling. Derfor kan transkriptomikk gi bedre diagnostiske verktøy, prognostiske biomarkører og signalveier tilgjengelig for terapeutisk målretting.