Močová mikroRNA u diabetického onemocnění ledvin: literární přehled

Abstraktní:Diabetické onemocnění ledvinje nejčastější primární onemocněníkonečné stadium onemocnění ledvinglobálně; stále se však čeká na citlivý a přesný biomarker k předpovědi tohoto onemocnění. MikroRNA jsou endogenní jednovláknové nekódující RNA, které zasahovaly do různých post-transkripčních regulací různých buněčných biologických funkcí. Předchozí literatura uváděla jeho potenciální roli v patofyziologii diabetického onemocnění ledvin, včetně regulace transformujícího růstuFaktorem- 1-zprostředkovaná fibrózaextracelulární matrix a proteiny buněčné adheze, buněčná hypertrofie, růstový faktor, produkce cytokinů a aktivace redoxního systému. Urinární mikroRNA se objevily jako nová, neinvazivní tekutá biopsie prodiagnostika onemocnění. V tomto přehledu popisujeme dostupné experimentální a klinické důkazy mikroRNA v moči u diabetikůnemoc ledvina diskutovat o budoucí aplikaci microRNA v běžné praxi.

klíčová slova:cukrovka mellitus; diabetické onemocnění ledvin; exosomy; mikroRNA; močový

KLIKNĚTE ZDE A ZÍSKEJTE CISTANCHE PRO DIABETICKÉ ONEMOCNĚNÍ LEDVIN

Diabetes mellitus(DM) je hlavní zdravotní hrozbou zahrnující 463 milionů osob na celém světě [1,2].Diabetické onemocnění ledvin(DKD) představuje hlavní příčinukonečné stadium onemocnění ledvincelosvětově [3,4]. Medicínská zátěž je komplikována její silnou asociací s kardiovaskulárními chorobami, úmrtím [5,6] a také zvýšenou lékařskou finanční náročností [7]. Zlepšení v chápání patofyziologie a časné predikce DKD zůstává neuspokojenou klinickou potřebou.

Znalost systémové biologie a pokroky v technologii vysoce výkonného sekvenování způsobily revoluci v chápání patofyziologie DKD a vývoje biomarkerů [8]. Klinický překlad různých omických biomarkerů pro predikci DKD zůstává omezený z hlediska velikosti vzorku a validační kohorty. Naléhavě se očekává přístup, který přesně identifikuje predisponované pacienty s vysokým rizikem DM k renální progresi.

Optimální biomarkery musí poskytovat adekvátní senzitivitu a specifičnost, být dosažitelné neinvazivní povahou a testovat s přátelskými laboratorními dovednostmi s minimálním časem a ekonomickou spotřebou. Moč představuje ideální neinvazivní biomarker, zejména pro urogenitální onemocnění, protože se snadno odebírá ve velkém množství bez poranění pacienta. Kromě různých typů proteinů mohou exosomy, které mohou být vylučovány buňkami různých segmentů nefronů, také transportovat proteinové, mRNA a mikroRNA (miRNA) markery produkované v podmínkáchselhání ledvinnebo poškození konstrukce [9]. Z nich mohou močové exozomy poskytnout panoramatický pohled na celý močový systém.

V tomto narativním literárním přehledu zkoumáme nové důkazy z experimentálního a lidského výzkumu, které naznačují potenciální roli močové miRNA pro klinickou aplikaci v kontextu DKD.

1. Zavedení mikroRNA

MiRNA jsou důležité epigenetické regulátory genové exprese, které zasahují do různých buněčných procesů zdravotního stavu a stavu onemocnění. Geny kódující miRNA se nacházejí v nekódující oblasti nebo v intronech buď genů kódujících protein (miR-trony) nebo nekódující RNA [10]. Jedná se o malé, méně než 70 nukleotidové struktury s kmenem se smyčkou transkribované RNA polymerázou II lokalizovanou v jádře. miRNA se zřídka váží na kódující oblasti mRNA nebo genomové DNA, včetně oblastí promotorů. Mohou však aktivně hrát roli regulátorů buněčného přeslechu modifikací svého transkripčního programu [11]. V současné době je na letecké základně zahrnuto více než 38 000 zralých sekvencí miRNA a seznam vstupů stále roste [12].

Většina miRNA zůstává stabilní a má prodloužený poločas, ale jiné jednotlivé miRNA mohou za určitých buněčných okolností zaznamenat rychlý pokles kvůli existenci specifických environmentálních stimulů nebo buněčných faktorů [13]. miRNA jsou všudypřítomné a mohou být přítomny v různých částech těla, včetně krve, moči a dalších tělesných tekutin. Aby se zabránilo degradaci miRNA ribonukleázami, jsou často zabaleny ve formě mikrovezikul nebo exozomů nebo jsou neseny proteiny vázajícími RNA [14]. MiRNA jsou potenciálně lepšími biomarkery než proteiny a mRNA kvůli jejich stabilitě v tělesných tekutinách a vysoké reprodukovatelnosti pomocí přesných a citlivých amplifikačních metod. Izolace a kvantifikace miRNA jsou však technicky a časově náročné, což omezuje jejich použití v běžné klinické praxi.

2. miRNA v homeostáze ledvin

Několik miRNA je exprimováno primárně vledviny dospělého člověka(například miR-215, miR-146a a miR-886); jiné miRNA (například miR-192, miR-194, miR-21, miR-200a, miR-204 a nechť-7a –g), jsou zvýšené v ledvinách i v jiných orgánech [15]. Tato exprese je tkáňově specifická a může záviset na vývojovém stádiu. Delece klastru miR-17~92 vede k defektní embryogenezi, která ovlivňuje progenitorové buňky a vývoj nefronů. Myši s deficitem miR-17~92 jsou kategorizovány podle hypoplazie ledvin a způsobují glomerulární poškození a proteinurii [16].

miRNA se účastní různých renálních buněčných procesů, glomerulární hemodynamiky a také udržování rovnováhy tekutin a elektrolytů. Jiné miRNA v ledvinách mohou také ovlivnit juxtaglomerulární buňky exprimující renin, což vede k poškození těchto buněk. Následkem toho poklesla hladina reninu v plazmě a byla spojena s hypotenzí a renální fibrózou [17]. MiRNA mohou také pomáhat při homeostáze osmolarity a mají vliv na proces regulace Na+, K+ a Ca2+ v podmínkách hypertonického prostředí [18].

3. Role miRNA v DKD: Experimenty s myší

Hyperglykémie může spustit komplexní souhru mezi metabolickými a hemodynamickými faktory vedoucí ke vzniku různých diabetických komplikací, včetně DKD. Přítomnost vysoké koncentrace glukózy má nepříznivý vliv na všechny buněčné linie ledvin (mezangiální buňky, tubulární buňky, podocyty a endoteliální buňky) a může modulovat expresi miRNA ovlivňujících buněčnou interkomunikaci ahomeostáza ledvinové tkáně [19]. 

Četné studie prokázaly rozdíl v expresi cirkulujících miRNA v průběhu progrese DKD [15]. Stav s vysokou hladinou glukózy ovlivňuje expresi miR-29a a miR{2}}c, což vede k apoptóze podocytů a podpoře profibrotických látek [20–22]. Hyperglykémie také reguluje expresi miR-25, miR{7}} a miR{8}}, což následně ovlivňuje redoxní systém, vaskulární endoteliální růstový faktor a tubulointersticiální fibrózu [23–25]. Komplexní popis změn v expresi 41 miRNA v různých studiích na zvířatech je shrnut v tabulce 1.

Tabulka 1. miRNA implikovaná v diabetickém zvířecím modelu.

4. Výzkum miRNA v moči: lidské důkazy

Výzkum miRNA odhalil nejasné hádanky patofyziologie DKD. Kromě toho další výzkumníci zjišťovali klinickou užitečnost těchto miRNA pro rutinní praxi. Nové důkazy naznačují pravděpodobné role miRNA v moči jako prediktorů rozvoje nebo progrese DKD [66]. Hladiny miRNA v moči poskytují přímý odraz poškození ledvinové tkáně. Tyto miRNA pocházejí z buněk a jsou zapouzdřeny do extracelulárních vezikul, nazývaných exozomy, a jsou vylučovány v různých biologických tekutinách, včetně moči. Exosomy mohou vyvíjet parakrinní účinky a sloužit jako zprostředkovatel mezibuněčné komunikace. Jsou stabilní v biologické tekutině i v řezech zalitých v parafínu, díky čemuž jsou tyto exozomy vhodné jako „tekutá biopsie“ nebo biomarkery specifických chorobných stavů [67]. Řada studií zkoumala vztah mezi mikroRNA v moči a hladinou cukru v krvi. Zjistili, že koncentrace různých extravezikálních miRNA v moči (jako je miRNA-941-5p, miRNA 34c-5p a miRNA-208a-3p) korelovaly s hladinami glykosylovaného hemoglobinu [68]. Tabulka 2 uvádí změny v expresi miRNA v moči spojené s DKD v klinickém výzkumu. Identifikovali jsme 141 unikátních močových miRNA spojených s DKD. Směr exprese specifické miRNA se liší mezi typy DM (typ 1 vs. 2) a také mezi různými kohortami pacientů (jak je zvýrazněno tučně). Možné vysvětlení by mohlo spočívat v nejasných mechanismech mezi těmito dvěma typy DM. Kromě toho může profilování miRNA ovlivnit několik technických problémů, včetně metod odběru vzorků (zpracování a uchovávání), frakce extrahované moči (moč, močové extra-vezikuly, extra-vezikuly ochuzené frakce moči), analytická platforma (qPCR, microarray , profilování celého genomu sekvenováním malých RNA) a kontaminace artefakty [68]. Konečně, buněčný zdroj močové miRNA může pocházet z jakéhokoli genitourinárního traktu a funkce močové miRNA není nutně stejná jako u cirkulujících. Sofistikovaná bioinformatická analýza a mapy síťových interakcí jsou schopny identifikovat procesy genové ontologie, klasifikaci a relevantní dráhy cílových genů v této moderní době [66,69]. Tyto přístupy mohou pomoci dešifrovat biologické funkce močové miRNA v patofyziologii DKD.

Tabulka 2. Urinární miRNA zapojená do studií u lidí souvisejících s diabetickým onemocněním ledvin.

5. Výkony močových miRNA jako biomarkerů onemocnění

Řada literatury se pokusila identifikovat potenciální biomarkery ze vzorků moči při předpovědi stupně poškození ledvin. Jednotlivé miRNA nebo shluk miRNA byly použity jako možné biomarkery DKD s uspokojivou predikcí. Li a kol. zjistili, že močový výraz let{{0}}c{1}}p, miR29c-5p a miR-15b-5p by mohl předpovědět DKD s oblastí pod křivkami (AUC) 0,818, {{10}},774, respektive 0,818 [7{{20}}] . Eissa S a kol. pozorovali, že AUC miR-15b, miR{14}}a a miR{15}} byly 0,883, 0,917 a 0,984, v daném pořadí, pro rozlišení DKD od kontrol. Panel složený ze tří miRNA poskytl AUC 0,912 [78,81]. Vyjádřené hladiny miR-95-3p, miR-185-5p, miR- 1246 a miR-631 v močových sedimentech mohou také poskytnout dobrou přesnost (AUC, 0.{{{101} 31}}) pro odlišení DKD od non-DKD nebo jiných chorobných stavů [88]. Souhrnně všechny tyto důkazy naznačují potenciální použití miRNA v moči jako neinvazivních biomarkerů pro predikci DKD.

6. Závěry

Naléhavě se čeká na citlivé biomarkery, které by vedly k rozhodování při léčbě DKD. Močová miRNA může představovat slibné neinvazivní a levné prostředky s diagnostickými nebo prediktivními důsledky v DKD. Klinická aplikace je však dosud neuspokojivá kvůli nesrovnalostem mezi uváděnými údaji. Většina hlášených výzkumných projektů byly objevné experimenty s malými vzorky a ověřování limitů. Kromě toho mohou být nesrovnalosti částečně vysvětleny rozdíly v postupech izolace moči, podílem frakce moči (čerstvá moč, koncentráty extra-vezikuly nebo extra-vezikuly ochuzené frakce) použité, heterogenitou ve výsledcích hlášení a ve stupni závažnost ledvin (mikro vs. makroalbuminurie, intermitentní vs. perzistující proteinurie). Kromě toho pokroky v analytické metodologii umožnily objev nových miRNA. Nedávno zavedení metodologie založené na senzorech využívající štítky na magnetických kuličkách může zvýšit výkon měření. Začlenění použití spektrofotometrie nebo elektrochemie spíše než přímé vizualizace může dále zvýšit přesnost kvantifikace [89] s malými velikostmi vzorků a omezenou validací. Konsensus a standardizace metodologií aplikovaných k získávání, izolaci, ukládání a měření miRNA může zvýšit reprodukovatelnost výsledků studie. Další validace s rozšířenou velikostí vzorku je zaručena, aby se posunula vpřed klinická translace močové miRNA v DKD.

7. Kritéria kontroly

Provedli jsme narativní přehled studií na zvířatech a lidech v publikované literatuře od 1. října 2013 do 30. července 2022. Databáze PubMed byla použita pro vyhledávání ve vědecké literatuře pomocí následujících vyhledávacích pojmů: „mikroRNA“, „diabetické onemocnění ledvin“, „diabetik nefropatie“ a „močové“. Tato narativní literární revue se primárně soustředila na původní články psané v angličtině a publikované v recenzovaných časopisech. Rovněž byly ručně prohledávány referenční seznamy zahrnutých článků. Reference byly spravovány pomocí EndNote 20.1.

Nezávislí vědci (CKH a YTC) spravovali tituly a abstrakty, aby identifikovali potenciálně způsobilé studie pro fulltextovou recenzi. K dalšímu posouzení jsme zahrnuli pouze původní články a série případů s více než dvěma případy v angličtině. Extrakce dat byla provedena duplicitně dvěma nezávislými recenzenty (CCL, KJY). Když bylo identifikováno více článků uvádějících data ze stejné studované populace, byla použita nejkomplexnější data. Všechny uvedené miRNA jsou indexovány a anotovány jako zralá sekvence miRNA identifikovaná z databáze miRbase. Byly požadovány studie, aby poskytly kvantifikovatelná data o hladinách exprese miRNA, jako jsou násobné změny (směrová exprese, vzestupná exprese, beze změny nebo absolutní hodnota) nebo plocha pod křivkami. Kontaktovali jsme autory studie ohledně možných neúplných údajů o množství miRNA prezentovaných ve vybraných publikacích. Metodologická kvalita zahrnutých studií nebyla v tomto narativním přehledu hodnocena z důvodu velké heterogenity prezentované v testovacích technikách (ELISA, microarray, q-PCR, sekvenování atd.) a rozdílům ve výsledcích podávání zpráv.

Pro prvotní posouzení jsme identifikovali 247 záznamů z databáze PubMed a pouze 63 článků bylo zahrnuto do plného znění; 40 článků se týkalo studií na zvířatech a 23 článků o výzkumu na lidech (obrázek 1). Tento přehled literatury zahrnoval důkladné posouzení 41 miRNA z experimentů na zvířatech a 141 miRNA ze vzorků moči pacientů s DKD.

Obrázek 1. Vývojový diagram vyhledávání a výběru literatury

Reference

1. SZO. Zlepšení zdravotních výsledků u lidí s diabetem mellitus: stanovení cíle pro snížení globální zátěže diabetemMellitus do roku 2030. 2021. Dostupné online:https://www.who.int/publications/m/item/improving-health-outcomes-of-peoples-diabetes-mellitus(vstup 30. října 2022).

2. Federace, ID IDF Diabetes Atlas. Deváté vydání 2019. Dostupné online:www.diabetesatlas.org(vstup 13. září 2021).

3. Alicic, RZ; Cox, EJ; Neumiller, JJ; Tuttle, KR Inkretinové léky u diabetického onemocnění ledvin: Biologické mechanismy a klinickédůkaz.Nat. Rev. Nephrol.2021, 17, 227–244. [CrossRef] [PubMed]

4. Systém, USRDVýroční zpráva USRDS za rok 2020: Epidemiologie onemocnění ledvin ve Spojených státech; Národní institut zdraví,Národní institut diabetu a trávicích a ledvinových chorob: Bethesda, MD, USA, 2020.

5. Webster, AC; Nagler, EV; Morton, RL; Masson, P. Chronické onemocnění ledvin.Lanceta2017, 389, 1238–1252. [CrossRef] [PubMed] 

6. Wen, CP; Cheng, TYD; Tsai, MK; Chang, YC; Chan, HT; Tsai, SP; Chiang, PH; Hsu, CC; Sung, PK; Hsu, YH; a kol.Úmrtnost ze všech příčin způsobená chronickým onemocněním ledvin: Prospektivní kohortová studie založená na 462 293 dospělých na Tchaj-wanu.Lanceta2008, 371, 2173–2182. [CrossRef] [PubMed]

7. Spolupráce GBD na chronické onemocnění ledvin. Globální, regionální a národní zátěž chronickým onemocněním ledvin, 1990–2017: Asystematická analýza pro studii Global Burden of Disease 2017.Lanceta2020, 395, 709–733. [CrossRef] 

8. Betz, BB; Jenks, SJ; Cronshaw, AD; Lamont, DJ; Cairns, C.; Manning, JR; Goddard, J.; Webb, DJ; Mullins, JJ;Hughes, J.; a kol.Urinární peptidomika na hlodavčím modelu diabetické nefropatie zdůrazňuje epidermální růstový faktor jako biomarker ledvinzhoršení u pacientů s diabetem 2. typu.Kidney Int.2016, 89, 1125–1135. [CrossRef] 

9. Alvarez, ML; Khosroheidari, M.; Kanchi Ravi, R.; Distefano, JK Srovnání výtěžků proteinu, mikroRNA a mRNA pomocírůzné metody izolace močového exosomu pro objev biomarkerů onemocnění ledvin.Kidney Int.2012, 82, 1024–1032. [CrossRef] 

10. Krutzfeldt, J.; Rajewsky, N.; Braich, R.; Rajeev, KG; Tuschl, T.; Manoharan, M.; Stoffel, M. Silencing of microRNAs in vivo with'antagomirs'.Příroda2005, 438, 685–689. [CrossRef]