Идентификация биомаркеров диабетической нефропатии с помощью транскриптомики

Диабет 2 типа (СД2) определяется как группа метаболических заболеваний, характеризующихся хронической гипергликемией, возникающей в результате дефектов секреции инсулина, действия инсулина или того и другого. Согласно Национальному исследованию здравоохранения 2012 г., в Мексике примерно 1 из 10 человек страдает СД2, хотя важно отметить, что эти данные отражают только лиц, у которых ранее было диагностировано это заболевание, но мы ожидаем двукратного увеличения этого числа, когда в том числе у пациентов с недавно диагностированным СД2. Кроме того, увеличилась распространенность СД2 в более молодых возрастных группах (25% случаев диабета в Мексике приходится на молодых людей в возрасте до 43 лет), что предполагает наличие заболевания старше 20 лет. Как следствие, СД2 входит в число основных причин смерти, что представляет собой бремя для здоровья в стране.

Было подсчитано, что более чем у 40% людей с диабетом разовьется хроническая болезнь почек (ХБП), что составляет около 40% всех пациентов, начинающих заместительную почечную терапию. По данным Instituto Mexicano del Seguro Social, нефропатия входит в пятерку основных причин обращения за медицинской помощью в больницах общего профиля в этом районе и в специализированных больницах. Исследование, проведенное в Тустла-Гутьеррес, штат Чьяпас, показало, что у пациентов с диабетом наблюдается 35% случаев нефропатии. Cueto-Manzano et al. сообщили о 40% случаев ранней нефропатии и 29% установленной нефропатии у 756 пациентов с диабетом из Халиско. Другое исследование в Мексике, включавшее 3609 пациентов с диабетом в Гуанахуато, сообщило о 23,8% случаев диабетической нефропатии. Недавнее исследование, проведенное в штате Мехико, в котором приняли участие 44 458 человек с диагнозом СД2, зарегистрировало наличие диабетической нефропатии у 9,1% пациентов.

Диабетическая болезнь почек встречается редко, если длительность диабета составляет менее одного десятилетия. Самые высокие показатели заболеваемости, составляющие 3% в год, наблюдаются в среднем через 10–20 лет после начала диабета, после чего частота нефропатии снижается. Важно отметить, что у больного сахарным диабетом в течение 20-25 лет без клинических признаков диабетической нефропатии вероятность развития такого осложнения мала. Прогрессирование СД2 до диабетической нефропатии стало проблемой здравоохранения не только из-за затрат сектора здравоохранения, но и из-за ухудшения качества жизни пациента и исходов.

К основным факторам риска прогрессирования диабетической нефропатии относятся: гипергликемия, ответ на лекарственные препараты, длительное течение диабета, высокое кровяное давление, ожирение и дислипидемия. Большинство из этих факторов можно изменить с помощью лекарств или изменений в образе жизни. Таким образом, управление модифицируемыми факторами риска является ключом к предотвращению и замедлению снижения почечной функции. Ранняя диагностика диабетической нефропатии является еще одним важным компонентом лечения диабета и его осложнений, таких как нефропатия. Американская диабетическая ассоциация (ADA) рекомендует рутинный скрининг больным диабетом с прогрессирующей диабетической нефропатией и ХБП. Наиболее широко принятыми рекомендациями National Kidney Foundation были измерения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и стадий ХБП с использованием креатинина сыворотки у пациентов. Однако из-за того, что креатинин подвергается канальцевой секреции в дополнение к клубочковой фильтрации и его внепочечной элиминации через желудочно-кишечный тракт, особенно при выраженной почечной недостаточности, СКФ может быть завышена. В случае СКФ методы перегружены из-за инвазивных методов, а с некоторыми маркерами трудно работать. Другим маркером, используемым в клинике, является микроальбуминурия, у большинства пациентов первым признаком диабетической нефропатии является умеренное увеличение экскреции альбумина с мочой, т.е. 30-300 мг/г креатинина в образце мочи (также называемое микроальбуминурией). Пациенты, у которых развивается макроальбуминурия (>30-300 мг/г креатинина), имеют высокий риск развития диабетической нефропатии. Тем не менее примерно до 40% пациентов с умеренной альбуминурией возвращаются к нормоальбуминурии. Более того, до 50% пациентов с СД 1 типа или СД2 имеют снижение рСКФ, несмотря на наличие только умеренной альбуминурии или даже нормоальбуминурии. Следовательно, фактические маркеры, имеющиеся в клинике, являются неточными, поэтому необходимо выявление новых маркеров, которые могут распознать пациентов с высоким риском развития диабетической нефропатии, чтобы отсрочить прогрессирование осложнений и принять адекватные меры.

Транскриптомика

Развитие новых технологий в геномную эру позволило ускорить развитие системной биологии и получить знания о развитии почек, гомеостазе и заболеваниях. В этом контексте сигнатуры транскриптома, связанные с конкретными болезненными состояниями, могут предоставить важную информацию о патогенных механизмах и выявить приоритетных кандидатов в биомаркеры экспрессии генов. Кроме того, сравнение транскриптомов позволяет идентифицировать гены, которые по-разному экспрессируются в разных популяциях.

В целом, технология RNA-Seq очень полезна для анализа дифференциальной экспрессии, в котором обычно используются пять этапов. Сначала образцы РНК фрагментируются на небольшие комплементарные последовательности ДНК (кДНК), а затем секвенируются на высокопроизводительной платформе. Во-вторых, небольшие сгенерированные последовательности сопоставляются с транскриптомом. В-третьих, оцениваются уровни экспрессии для каждого гена или изоформы. В-четвертых, сопоставленные данные нормализуются и, например, с помощью статистических методов и методов машинного обучения идентифицируют дифференциально экспрессируемые гены (ДЭГ). Наконец, релевантность полученных данных окончательно оценивается в биологическом контексте.

Недавнее исследование O'Conell et al. идентифицировали набор из 13 генов, которые предсказывали развитие почечного фиброза через 1 год после трансплантации почки, с помощью анализа экспрессии биоптатов реципиентов почечного аллотрансплантата на микрочипах. Таким образом, авторы предполагают, что набор из 13 генов может быть использован для выявления реципиентов почечного трансплантата с риском потери аллотрансплантата до развития необратимых повреждений. Исследование, проведенное Ju et al., показало, что эпидермальный фактор роста (EGF), канальцево-специфический белок, критический для дифференцировки и регенерации клеток, предсказывал рСКФ, в ходе анализа транскриптома микрорассеченных тубулоинтерстициальных компонентов биоптатов почек пациентов с ХБП. Кроме того, количество белка EGF в моче (uEGF) показало значительную корреляцию с внутрипочечной мРНК EGF, интерстициальным фиброзом/атрофией канальцев, eGFR и скоростью потери eGFR, предполагая, что uEGF может быть хорошим предиктором прогрессирования ХБП. Другое исследование показало, что гемодиализ влияет на профиль миРНК в сыворотке, что способствует снижению фертильности и повышенному риску развития рака. Следовательно, транскриптомика может предоставить лучшие диагностические инструменты, прогностические биомаркеры и сигнальные пути, поддающиеся терапевтическому нацеливанию.