Identifiering av biomarkörer för diabetisk nefropati genom transkriptomik

Typ 2-diabetes (T2D) definieras som en grupp av metabola sjukdomar som kännetecknas av kronisk hyperglykemi, till följd av defekter i insulinutsöndring, insulinverkan eller båda. Enligt National Health Survey 2012, i Mexiko, är ungefär 1 av 10 personer drabbade av T2D, men det är viktigt att nämna att dessa data endast återspeglar försökspersoner som tidigare diagnostiserats med sjukdomen, men vi förväntar oss en tvåfaldig ökning av detta antal när inklusive nydiagnostiserade T2D-patienter. Dessutom har förekomsten av T2D i yngre åldersgrupper ökat (25 % av diabetesfallen i Mexiko inträffar hos unga vuxna <43 år), vilket innebär att >20 år lever med sjukdomen. Följaktligen finns T2D bland de främsta dödsorsakerna, vilket utgör en hälsobörda för landet.

Det har uppskattats att mer än 40 % av personer med diabetes kommer att utveckla kronisk njursjukdom (CKD), vilket står för cirka 40 % av alla patienter som påbörjar njurersättningsterapi. I Instituto Mexicano del Seguro Social är nefropati bland de fem främsta orsakerna till medicinsk vård på allmänna sjukhus i området och på högspecialiserade sjukhus. En studie i Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, visade att en 35 % förekomst av nefropati observerades hos diabetespatienter. Cueto-Manzano et al., rapporterade en 40 % incidens av tidig nefropati och 29 % av etablerad nefropati hos 756 diabetespatienter från Jalisco. En annan studie i Mexiko som inkluderade 3 609 diabetespatienter i Guanajuato, rapporterade 23,8 % av diabetisk nefropati. En nyligen genomförd studie utförd i delstaten Mexiko, som inkluderade 44 458 patienter diagnostiserade med T2D, registrerade förekomsten av diabetisk nefropati hos 9,1 %.

Diabetisk njursjukdom är ovanlig om diabetes varar mindre än ett decennium. Den högsta incidensen på 3 % per år ses i genomsnitt 10 till 20 år efter diabetesdebut, varefter frekvensen av nefropati minskar. Det är viktigt att säga att en diabetespatient i 20 till 25 år utan kliniska tecken på diabetisk nefropati har låg chans att utveckla en sådan komplikation. Progressionen av T2D till diabetisk nefropati har blivit ett hälsoproblem, inte bara för kostnaderna för hälsosektorn, utan för försämringen av patientens livskvalitet och resultaten.

De viktigaste riskfaktorerna för progression till diabetisk nefropati inkluderar: hyperglykemi, respons på läkemedel och långvarig diabetes, högt blodtryck, fetma och dyslipidemi. De flesta av dessa faktorer kan modifieras av droger eller förändringar i livsstil. Därför är hanteringen av de modifierbara riskfaktorerna en nyckel för att förebygga och fördröja nedgången i njurfunktionen. Tidig diagnos av diabetisk nefropati är en annan viktig komponent i behandlingen av diabetes och dess komplikationer såsom nefropati. American Diabetes Association (ADA) rekommenderar rutinscreening till diabetiker med progressiv diabetisk nefropati och CKD. De mest accepterade riktlinjerna från National Kidney Foundation var inblandade i mätning av glomerulär filtrationshastighet (GFR) och stadier av CKD med användning av serumkreatinin hos patienter. På grund av att kreatinin genomgår tubulär sekretion förutom glomerulär filtration och dess extrarenala eliminering via mag-tarmkanalen, särskilt vid avancerad njursvikt, kan GFR överskattas. Vid GFR är teknikerna överväldigande på grund av invasiva metoder och vissa markörer är svåra att hantera. En annan markör som används på kliniken är mikroalbuminuri, hos de flesta patienter är det första tecknet på diabetisk nefropati den måttliga ökningen av urinalbuminussöndring, dvs 30-300 mg/g kreatinin i ett urinprov (även kallat mikroalbuminuri). Patienter som utvecklar makroalbuminuri (>30-300 mg/g kreatinin) löper hög risk att utveckla diabetisk nefropati. Icke desto mindre återgår ungefär upp till 40 % av patienterna med måttlig albuminuri till normoalbuminuri. Dessutom upplever upp till 50 % av patienterna med typ 1-diabetes eller T2D en minskning av eGFR, trots förekomsten av endast måttlig albuminuri eller till och med normoalbuminuri. Följaktligen är de faktiska markörerna som finns tillgängliga på kliniken felaktiga, så det är nödvändigt att identifiera nya markörer som kan känna igen de patienter med hög risk att utveckla diabetisk nefropati för att fördröja utvecklingen av komplikationerna och vidta lämpliga åtgärder.

Transkriptomiken

Utvecklingen av nya teknologier under den genomiska eran hade möjliggjort ett accelererat framsteg inom systembiologi och generering av kunskap om njurutveckling, homeostas och sjukdomar. I detta sammanhang kan transkriptomsignaturer associerade med specifika sjukdomstillstånd ge stor information om patogena mekanismer och lyfta fram prioriterade genuttrycksbiomarkörkandidater. Dessutom möjliggör jämförelse av transkriptom identifiering av gener som är differentiellt uttryckta i distinkta populationer.

Generellt sett är RNA-Seq-teknologin mycket användbar för differentiell expressionsanalys, i vilken vanligen används i fem steg. Först fragmenteras RNA-proverna till små komplementära DNA-sekvenser (cDNA) och sekvenseras sedan från en plattform med hög genomströmning. För det andra mappas de små genererade sekvenserna till ett transkriptom. För det tredje uppskattas expressionsnivåerna för varje gen eller isoform. För det fjärde normaliseras de mappade datan och t.ex. med hjälp av statistiska metoder och metoder för maskininlärning identifieras de differentiellt uttryckta generna (DEG). Slutligen utvärderas slutligen relevansen av den producerade datan ur ett biologiskt sammanhang.

En färsk studie av O´Conell et al. identifierade en uppsättning av 13 gener som var förutsägande för utvecklingen av njurfibros vid 1 års njurtransplantation, genom mikroarray-expressionsanalys av njurallotransplantatmottagarnas biopsier. Således föreslår författarna att uppsättningen av 13 gener skulle kunna användas för att identifiera njurtransplanterade mottagare med risk för förlust av allotransplantat innan utvecklingen av irreversibel skada. En studie av Ju et al., avslöjade att epidermal tillväxtfaktor (EGF), ett tubulspecifikt protein som är avgörande för celldifferentiering och regenerering, förutspådde eGFR, genom hela transkriptomanalys på mikrodissekerade tubulointerstitialkomponenter av humana njurbiopsier av patienter med CKD. Dessutom visade mängden EGF-protein i urinen (uEGF) signifikant korrelation med intrarenalt EGF-mRNA, interstitiell fibros/tubulär atrofi, eGFR och hastigheten för eGFR-förlust, vilket tyder på att uEGF kan vara en bra prediktor för CKD-progression. En annan studie visade att serum miRNA-profilen påverkas av hemodialys vilket bidrar till subfertilitet och ökad risk för cancerutveckling. Därför kan transkriptomik ge bättre diagnostiska verktyg, prognostiska biomarkörer och signalvägar som är mottagliga för terapeutisk inriktning.