Identyfikacja biomarkerów nefropatii cukrzycowej poprzez transkryptomikę

Cukrzycę typu 2 (T2D) definiuje się jako grupę chorób metabolicznych charakteryzujących się przewlekłą hiperglikemią, wynikającą z defektów wydzielania, działania insuliny lub obu jednocześnie. Według National Health Survey 2012 w Meksyku około 1 na 10 osób jest dotkniętych T2D, chociaż należy wspomnieć, że dane te dotyczą tylko osób, u których wcześniej zdiagnozowano tę chorobę, ale spodziewamy się dwukrotnego wzrostu tej liczby, gdy w tym nowo zdiagnozowanych pacjentów z T2D. Ponadto częstość występowania T2D w młodszych grupach wiekowych wzrosła (25% przypadków cukrzycy w Meksyku występuje u młodych dorosłych <43 lat), co oznacza ponad 20 lat życia z tą chorobą. W konsekwencji T2D znajduje się wśród głównych przyczyn zgonów, co stanowi obciążenie zdrowotne dla kraju.

Oszacowano, że u ponad 40% osób z cukrzycą rozwinie się przewlekła choroba nerek (CKD), co stanowi około 40% wszystkich pacjentów rozpoczynających terapię nerkozastępczą. W Instituto Mexicano del Seguro Social nefropatia jest jedną z pięciu głównych przyczyn opieki medycznej w szpitalach ogólnych w okolicy oraz w szpitalach wysokospecjalistycznych. Badanie przeprowadzone w Tuxtla Gutiérrez w stanie Chiapas wykazało, że u pacjentów z cukrzycą zaobserwowano 35% przypadków nefropatii. Cueto-Manzano i wsp. odnotowali 40% częstość występowania wczesnej nefropatii i 29% utrwalonej nefropatii u 756 pacjentów z cukrzycą z Jalisco. Inne badanie przeprowadzone w Meksyku, które obejmowało 3609 pacjentów z cukrzycą w Guanajuato, wykazało 23,8% nefropatii cukrzycowej. Niedawne badanie przeprowadzone w stanie Meksyk, w którym wzięło udział 44 458 osób ze zdiagnozowaną cukrzycą typu 2, wykazało obecność nefropatii cukrzycowej u 9,1% .

Cukrzycowa choroba nerek jest rzadka, jeśli cukrzyca trwa krócej niż jedną dekadę. Najwyższe wskaźniki zachorowalności wynoszące 3% rocznie obserwuje się średnio 10 do 20 lat po wystąpieniu cukrzycy, po czym częstość występowania nefropatii maleje. Należy podkreślić, że pacjent z cukrzycą od 20 do 25 lat bez klinicznych objawów nefropatii cukrzycowej ma małe szanse na wystąpienie tego powikłania. Progresja T2D do nefropatii cukrzycowej stała się problemem zdrowotnym, nie tylko ze względu na koszty dla sektora opieki zdrowotnej, ale także pogorszenie jakości życia pacjenta i jego wyników.

Głównymi czynnikami ryzyka progresji nefropatii cukrzycowej są: hiperglikemia, odpowiedź na leki oraz długotrwała cukrzyca, nadciśnienie tętnicze, otyłość i dyslipidemia. Większość z tych czynników można modyfikować za pomocą leków lub zmian w stylu życia. Dlatego zarządzanie modyfikowalnymi czynnikami ryzyka jest kluczem do zapobiegania i opóźniania pogorszenia czynności nerek. Wczesne rozpoznanie nefropatii cukrzycowej jest kolejnym istotnym elementem leczenia cukrzycy i jej powikłań, takich jak nefropatia. American Diabetes Association (ADA) zaleca rutynowe badania przesiewowe u chorych na cukrzycę z postępującą nefropatią cukrzycową i przewlekłą chorobą nerek. Najszerzej akceptowane wytyczne National Kidney Foundation dotyczyły pomiaru współczynnika przesączania kłębuszkowego (GFR) i stadiów PChN za pomocą kreatyniny w surowicy u pacjentów. Jednak ze względu na wydzielanie kanalikowe kreatyniny, oprócz przesączania kłębuszkowego i jej wydalania pozanerkowego przez przewód pokarmowy, szczególnie w zaawansowanej niewydolności nerek, GFR może być przeszacowany. W przypadku GFR techniki są przytłaczające ze względu na metody inwazyjne, a niektóre markery są trudne w obsłudze. Innym markerem stosowanym w klinice jest mikroalbuminuria, u większości pacjentów pierwszym objawem nefropatii cukrzycowej jest umiarkowany wzrost wydalania albumin z moczem, tj. 30-300 mg/g kreatyniny w próbce moczu (nazywany też mikroalbuminurią). Pacjenci, u których rozwinęła się makroalbuminuria (>30-300 mg/g kreatyniny) są narażeni na wysokie ryzyko rozwoju nefropatii cukrzycowej. Niemniej jednak u około 40% pacjentów z umiarkowaną albuminurią powraca normoalbuminuria. Co więcej, nawet u 50% pacjentów z cukrzycą typu 1 lub T2D obserwuje się spadek eGFR, pomimo obecności jedynie umiarkowanej albuminurii lub nawet normoalbuminurii. W związku z tym obecne markery dostępne w klinice są niedokładne, dlatego konieczna jest identyfikacja nowych markerów, które mogą rozpoznać pacjentów wysokiego ryzyka rozwoju nefropatii cukrzycowej, aby opóźnić postęp powikłań i podjąć odpowiednie działania.

Transkryptomika

Rozwój nowych technologii w erze genomicznej umożliwił przyspieszony postęp w biologii systemowej i generowanie wiedzy na temat rozwoju nerek, homeostazy i chorób. W tym kontekście sygnatury transkryptomu związane z określonymi stanami chorobowymi mogą dostarczyć cennych informacji o mechanizmach patogennych i ujawnić kandydatów na priorytetowe biomarkery ekspresji genów. Ponadto porównanie transkryptomów pozwala na identyfikację genów, które ulegają zróżnicowanej ekspresji w różnych populacjach.

Ogólnie rzecz biorąc, technologia RNA-Seq jest bardzo przydatna do różnicowej analizy ekspresji, w której powszechnie przyjmuje się pięć etapów. Najpierw próbki RNA są fragmentowane na małe komplementarne sekwencje DNA (cDNA), a następnie sekwencjonowane z platformy o dużej przepustowości. Po drugie, małe wygenerowane sekwencje są mapowane na transkryptom. Po trzecie, szacuje się poziomy ekspresji dla każdego genu lub izoformy. Po czwarte, odwzorowane dane są normalizowane i np. za pomocą metod statystycznych i uczenia maszynowego identyfikuje się geny o zróżnicowanej ekspresji (DEG). Wreszcie istotność uzyskanych danych jest ostatecznie oceniana z kontekstu biologicznego.

Niedawne badanie przeprowadzone przez O´Conell et al. zidentyfikowali zestaw 13 genów, który przewidywał rozwój zwłóknienia nerek po 1 roku od przeszczepu nerki, poprzez analizę ekspresji mikromacierzy biopsji biorców alloprzeszczepu nerki. Dlatego autorzy sugerują, że zestaw 13 genów można wykorzystać do identyfikacji biorców przeszczepu nerki zagrożonych utratą alloprzeszczepu przed rozwojem nieodwracalnych uszkodzeń. Badanie przeprowadzone przez Ju i wsp. wykazało, że naskórkowy czynnik wzrostu (EGF), białko specyficzne dla kanalików, kluczowe dla różnicowania i regeneracji komórek, przewidywało eGFR w analizie transkryptomu na mikrodysekcyjnych kanalikowo-śródmiąższowych składnikach biopsji ludzkiej nerki pacjentów z przewlekłą chorobą nerek. Ponadto ilość białka EGF w moczu (uEGF) wykazywała istotną korelację z mRNA EGF wewnątrznerkowego, zwłóknieniem śródmiąższowym/zanikiem cewek nerkowych, eGFR i tempem utraty eGFR, co sugeruje, że uEGF może być dobrym predyktorem progresji CKD. Inne badanie wykazało, że hemodializa wpływa na profil miRNA w surowicy, przyczyniając się do obniżonej płodności i zwiększonego ryzyka rozwoju raka. Dlatego transkryptomika może zapewnić lepsze narzędzia diagnostyczne, prognostyczne biomarkery i szlaki sygnałowe podatne na celowanie terapeutyczne.