Urinarna mikroRNA u dijabetičkoj bubrežnoj bolesti: pregled literature

sažetak:Dijabetička bolest bubregaje najčešća primarna bolestzavršnom stadijumu bolesti bubregaglobalno; međutim, ostaje da se čeka osjetljiv i precizan biomarker za predviđanje ove bolesti. MikroRNA su endogene jednolančane nekodirajuće RNA koje su intervenirale u različitim post-transkripcijskim regulacijama različitih ćelijskih bioloških funkcija. Prethodna literatura je izvijestila o njegovoj potencijalnoj ulozi u patofiziologiji dijabetičke bolesti bubrega, uključujući regulaciju transformirajućeg rasta.Faktor{0}}posredovana fibroza, ekstracelularni matriks i proteini stanične adhezije, ćelijska hipertrofija, faktor rasta, proizvodnja citokina i aktivacija redoks sistema. Urinarne mikroRNA su se pojavile kao nova, neinvazivna tečna biopsija zadijagnoza bolesti. U ovom pregledu opisujemo dostupne eksperimentalne i kliničke dokaze mikroRNA u urinu u kontekstu dijabetičara.bolest bubregai razgovarati o budućoj primjeni mikroRNA u rutinskoj praksi.

Ključne riječi:dijabetes melitus; dijabetička bolest bubrega; egzosomi; mikroRNA; urinarni

KLIKNITE OVDJE DA DOBIJETE CISTANCHE ZA DIJABETSKU BOLESTI BUBREGA

dijabetes melitus(DM) je velika zdravstvena prijetnja koja uključuje 463 miliona ljudi širom svijeta [1,2].Dijabetička bolest bubrega(DKD) predstavlja glavni uzrokzavršnom stadijumu bolesti bubregaširom svijeta [3,4]. Medicinski teret je komplikovan zbog njegove jake povezanosti sa kardiovaskularnim bolestima, smrću [5,6], kao i povećanom medicinskom finansijskom potražnjom [7]. Poboljšanja u razumijevanju patofiziologije i ranog predviđanja DKD-a ostaju neispunjena klinička potreba.

Poznavanje sistemske biologije i napredak u tehnologiji sekvenciranja visoke propusnosti revolucionirali su razumijevanje patofiziologije DKD i razvoja biomarkera [8]. Klinički prevod različitih omskih biomarkera za predviđanje DKD ostaje ograničen u smislu veličine uzorka i validacijske grupe. Hitno se čeka pristup koji precizno identifikuje predisponirane visokorizične pacijente sa DM za progresiju bubrega.

Optimalni biomarkeri moraju da obezbede adekvatnu osetljivost i specifičnost, da se mogu dobiti u neinvazivnoj prirodi i testirati uz prijateljske laboratorijske veštine uz minimalno vreme i ekonomičnu potrošnju. Urin predstavlja idealan neinvazivni biomarker, uglavnom za genitourinarne bolesti, jer se lako sakuplja u velikim količinama bez ozljeda za pacijenta. Pored različitih tipova proteina, egzosomi, koje mogu lučiti ćelije različitih segmenata nefrona, takođe mogu prenositi proteine, mRNA i mikroRNA (miRNA) markere proizvedene u uslovimakvar bubregaili strukturno oštećenje [9]. Iz njih urinarni egzosomi mogu pružiti panoramski pogled na cijeli mokraćni sistem.

U ovom pregledu narativne literature, ispitujemo nove dokaze iz eksperimentalnih i ljudskih istraživanja koji sugeriraju potencijalnu ulogu miRNA u urinu za kliničku primjenu u kontekstu DKD.

1. Uvođenje mikroRNA

MiRNA su važni epigenetski regulatori ekspresije gena koji intervenišu u različitim ćelijskim procesima zdravlja i statusa bolesti. Geni koji kodiraju miRNA nalaze se u nekodirajućoj regiji ili u intronima bilo gena koji kodiraju protein (miR-troni) ili nekodirajuće RNK [10]. To su male, manje od 70 nukleotidnih struktura stablo-petlja transkribovane RNA polimerazom II koja se nalazi u jezgru. miRNA se rijetko vezuju za kodirajuće regije mRNA ili genomske DNK, uključujući promotorske regije. Međutim, oni mogu aktivno igrati ulogu regulatora ćelijskog preslušavanja modificirajući svoj transkripcijski program [11]. Trenutno postoji više od 38,000 zrelih sekvenci miRNA uključenih u zračnu bazu, a lista za unos još uvijek raste [12].

Većina miRNA ostaje stabilna i ima produženi poluživot, ali druge pojedinačne miRNA mogu doživjeti brz pad u određenim ćelijskim okolnostima zbog postojanja specifičnih stimulansa iz okoline ili ćelijskih faktora [13]. miRNA su sveprisutne i mogu biti prisutne u različitim dijelovima tijela, uključujući krv, urin i druge tjelesne tekućine. Kako bi se izbjegla degradacija miRNA od strane ribonukleaza, one se često pakuju u obliku mikrovezikula ili egzosoma ili nose proteini koji vežu RNK [14]. MiRNA su potencijalno superiorni biomarkeri od proteina i mRNA zbog njihove stabilnosti u tjelesnim tekućinama i visoke reproduktivnosti korištenjem preciznih i osjetljivih metoda amplifikacije. Međutim, izolacija i kvantifikacija miRNA je zahtjevna tehnika i vrijeme, što ograničava njihovu primjenu u rutinskoj kliničkoj praksi.

2. miRNA u homeostazi bubrega

Nekoliko miRNA je izraženo prvenstveno ububrega odraslog čoveka(kao što su miR-215, miR-146a i miR-886); druge miRNA (na primjer, miR-192, miR-194, miR-21, miR-200a, miR-204, i let{8}}a –g), povećani su u bubrezima kao iu drugim organima [15]. Ovaj izraz je specifičan za tkivo i može ovisiti o fazi razvoja. Brisanje klastera miR-17~92 dovodi do defektne embriogeneze, utičući na progenitorne ćelije i razvoj nefrona. Miševi s nedostatkom miR-17~92 kategorizirani su po hipoplaziji bubrega i uzrokuju oštećenje glomerula i proteinuriju [16].

miRNA su uključene u različite ćelijske procese bubrega, glomerularnu hemodinamiku, kao i održavanje ravnoteže tekućine i elektrolita. Druge miRNA u bubrezima također mogu utjecati na jukstaglomerularne stanice koje eksprimiraju renin, što dovodi do oštećenja ovih stanica. Posljedično, nivo renina u plazmi je smanjen, a to je bilo povezano sa hipotenzijom i renalnom fibrozom [17]. MiRNA također mogu pomoći u homeostazi osmolarnosti i djelovati na proces regulacije Na+, K+ i Ca2+ u uslovima hipertonične sredine [18].

3. Uloga miRNA u DKD: eksperimenti na mišima

Hiperglikemija može izazvati složenu interakciju između metaboličkih i hemodinamskih faktora koji dovode do nastanka različitih dijabetičkih komplikacija, uključujući DKD. Prisutnost visoke koncentracije glukoze ima negativan utjecaj na sve linije bubrežnih stanica (mesangijalne ćelije, tubularne ćelije, podocite i endotelne ćelije) i može modulirati ekspresiju miRNA koja utječe na staničnu međukomunikaciju ihomeostaza bubrežnog tkiva [19]. 

Brojne studije su pokazale razliku u ekspresiji cirkulirajućih miRNA tokom progresije DKD [15]. Stanje visokog nivoa glukoze utiče na ekspresiju miR-29a i miR-29c, što dovodi do apoptoze podocita i promocije profibroznih supstanci [20–22]. Hiperglikemija takođe reguliše ekspresiju miR-25, miR-93 i miR-192, što zauzvrat utiče na redoks sistem, faktor rasta vaskularnog endotela i tubulointersticijalnu fibrozu [23–25]. Sveobuhvatan opis promjena u ekspresiji 41 miRNA u različitim studijama na životinjama sažet je u Tabeli 1.

Tabela 1. miRNA uključena u životinjski model dijabetičara.

4. Istraživanje miRNA u urinu: ljudski dokazi

Istraživanje miRNA je razotkrilo nejasne zagonetke patofiziologije DKD. Nadalje, drugi istraživači su ispitivali kliničku korisnost ovih miRNA za rutinsku praksu. Novi dokazi ukazuju na vjerovatnu ulogu miRNA u urinu kao prediktora razvoja ili progresije DKD [66]. Nivo miRNA u urinu daje direktan odraz oštećenja bubrežnog tkiva. Ove miRNA potiču iz ćelija i inkapsulirane su u ekstracelularne vezikule, nazvane egzosomi, i luče se u različitim biološkim tečnostima, uključujući urin. Egzosomi mogu imati parakrine efekte i služiti kao posrednik međustanične komunikacije. Oni su stabilni u biološkoj tečnosti kao i u parafinskim delovima, što ove egzozome čini pogodnim kao "tečna biopsija" ili biomarkeri specifičnih bolesti [67]. Brojne studije su ispitivale vezu između mikroRNA u urinu i nivoa šećera u krvi. Otkrili su da su koncentracije različitih ekstravezikalnih miRNA u urinu (kao što su miRNA-941-5p, miRNA 34c-5p i miRNA-208a-3p) u korelaciji sa nivoima glikoziliranog hemoglobina [68]. Tabela 2 navodi promjene u ekspresiji miRNA u urinu povezane s DKD u kliničkim istraživanjima. Identificirali smo 141 jedinstvenu miRNA u urinu koja je povezana s DKD. Posebno, smjer ekspresije specifične miRNA se razlikuje između tipova DM (tip 1 naspram 2), kao i između različitih kohorti pacijenata (kao što je istaknuto podebljanim slovima). Moguće objašnjenje bi moglo biti u nejasnim mehanizmima između dva tipa DM. Osim toga, nekoliko tehničkih problema može utjecati na profiliranje miRNA, uključujući metode prikupljanja uzoraka (obrada i skladištenje), frakciju ekstrahiranog urina (urin, ekstra-vezikula urina, frakcija osiromašene ekstra-vezikulom urina), analitičku platformu (qPCR, mikromreža , profiliranje u cijelom genomu sekvenciranjem malih RNK) i kontaminacija artefakta [68]. Konačno, ćelijski izvor urinarne miRNA može nastati iz bilo kojeg genitourinarnog trakta, a funkcija urinarne miRNA nije nužno ista kao ona koja cirkulira. Sofisticirana bioinformatička analiza i mape mrežnih interakcija su u stanju da identifikuju procese ontologije gena, klasifikaciju i relevantne puteve ciljnih gena u ovoj modernoj eri [66,69]. Ovi pristupi mogu pomoći u dešifriranju bioloških funkcija miRNA u urinu u patofiziologiji DKD.

Tabela 2. MiRNA u urinu uključena u studije na ljudima koje se odnose na dijabetesnu bolest bubrega.

5. Performanse urinarnih miRNA kao biomarkera bolesti

Brojna literatura pokušala je identificirati potencijalne biomarkere iz uzoraka urina u predviđanju stepena oštećenja bubrega. Pojedinačne miRNA ili klaster miRNA su korištene kao mogući biomarkeri DKD sa zadovoljavajućim performansama predviđanja. Li et al. otkrili da urinarni izraz let{{0}}c-5p, miR29c-5p i miR-15b-5p može predvidjeti DKD sa površinom ispod krivih (AUC) od 0.818, {{10}}.774 i 0.818, respektivno [7{{20}}] . Eissa S et al. primijetili su da su AUC miR-15b, miR{14}}a i miR-636 0,883, 0,917 i 0,984, respektivno, za razlikovanje DKD od kontrola. Panel sastavljen od tri miRNA dao je AUC od 0,912 [78,81]. Izraženi nivoi miR-95-3p, miR-185-5p, miR- 1246 i miR-631 u urinarnim sedimentima takođe mogu dati dobru tačnost (AUC, 0.{{ 31}}) za razlikovanje DKD od ne-DKD ili drugih bolesti [88]. Zajedno, svi ovi dokazi sugeriraju potencijalnu upotrebu miRNA u urinu kao neinvazivnih biomarkera za predviđanje DKD.

6. Zaključci

Hitno se čekaju osjetljivi biomarkeri koji će voditi donošenje odluka u upravljanju DKD-om. Urinarna miRNA može predstavljati obećavajuće neinvazivno i jeftino sredstvo sa dijagnostičkim ili prediktivnim implikacijama u DKD. Međutim, klinička primjena je do danas nezadovoljavajuća zbog nedosljednosti između prijavljenih podataka. Većina prijavljenih istraživačkih projekata bili su eksperimenti otkrića s malim uzorcima i validacijom ograničenja. Osim toga, razlike se dijelom mogu objasniti razlikama u postupcima izolacije urina, udjelu frakcije urina (svježi urin, koncentrati ekstra-vezikula ili frakcija osiromašene ekstra-vezikule) koji se koristi, heterogenošću u izvještaju o ishodu i stepenu ozbiljnost bubrega (mikro vs. makroalbuminurija, intermitentna vs. perzistentna proteinurija). Nadalje, napredak u analitičkoj metodologiji omogućio je otkrivanje novih miRNA. Nedavno je uvođenje metodologije zasnovane na senzorima koristeći naljepnice na magnetnim perlama moglo povećati snagu mjerenja. Uključivanje upotrebe spektrofotometrije ili elektrohemije, umjesto direktne vizualizacije, može dodatno poboljšati točnost kvantifikacije [89] s malim veličinama uzoraka i ograničenom validacijom. Konsenzus i standardizacija metodologija primijenjenih za pronalaženje, izolaciju, skladištenje i mjerenje miRNA mogu poboljšati reproduktivnost rezultata studije. Dalja validacija sa proširenom veličinom uzorka je zagarantovana kako bi se pomerilo polje unapred klinički prevod miRNA u urinu u DKD.

7. Kriteriji pregleda

Proveli smo narativni pregled studija na životinjama i ljudima u objavljenoj literaturi od 1. oktobra 2013. do 30. jula 2022. Baza podataka PubMed je korištena za pretraživanje naučne literature koristeći sljedeće pojmove za pretraživanje: "mikroRNA", "dijabetička bolest bubrega", "dijabetičar nefropatija" i "urinarni". Ovaj pregled narativne literature prvenstveno se fokusirao na originalne članke napisane na engleskom jeziku i objavljene u recenziranim časopisima. Referentne liste uključenih članaka također su ručno pretraživane. Referencama je upravljano korištenjem EndNote 20.1.

Nezavisni istraživači (CKH i YTC) upravljali su naslovima i sažetcima kako bi identificirali potencijalno prihvatljive studije za pregled punog teksta. Uključili smo samo originalne članke i serije slučajeva sa preko dva slučaja na engleskom jeziku za dalju procjenu. Ekstrakcija podataka obavljena je u duplikatu od strane dva nezavisna recenzenta (CCL, KJY). Kada je identifikovano više članaka koji izvještavaju o podacima iz iste studijske populacije, korišteni su najsveobuhvatniji podaci. Sve prijavljene miRNA su indeksirane i označene kao zrela sekvenca miRNA identificirana iz baze podataka miRbase. Studije su bile potrebne da bi se obezbijedili kvantizirajući podaci o nivoima ekspresije miRNA, kao što su promjene na preklopu (izraz naniže, ekspresija naviše, ne promjena ili apsolutna vrijednost) ili površina ispod krivulja. Kontaktirali smo autore studije u vezi sa mogućim nepotpunim podacima o količinama miRNA predstavljenih u odabranim publikacijama. Metodološki kvalitet uključenih studija nije procijenjen u ovom narativnom pregledu zbog velike heterogenosti prikazane u tehnikama testiranja (ELISA, mikroniz, q-PCR, sekvenciranje, itd.) i razlika u rezultatima izvještavanja.

Identifikovali smo 247 zapisa iz PubMed baze podataka za početnu procenu, a samo 63 članka su uključena za pregled punog teksta; 40 članaka vezanih za studije na životinjama i 23 istraživačka članka na ljudima (Slika 1). Ovaj pregled literature uključivao je detaljnu procjenu 41 miRNA iz eksperimenata na životinjama i 141 miRNA iz uzoraka urina pacijenata sa DKD.

Slika 1. Dijagram toka pretraživanja i odabira literature

Reference

1. SZO. Poboljšanje zdravstvenih ishoda osoba s dijabetesom melitusom: postavljanje cilja za smanjenje globalnog tereta dijabetesaMellitus do 2030. 2021. Dostupno na internetu:https://www.who.int/publications/m/item/improving-health-outcomes-of-peoplesa-dijabetes-mellitusom(pristupljeno 30. oktobra 2022.).

2. Federacija, IDF Atlas dijabetesa. Deveto izdanje 2019. Dostupno na internetu:www.diabetesatlas.org(pristupljeno 13. septembra 2021.).

3. Aličić, RZ; Cox, EJ; Neumiller, JJ; Tuttle, KR Inkretinski lijekovi u dijabetičkoj bolesti bubrega: biološki mehanizmi i kliničkadokazi.Nat. Rev. Nephrol.2021, 17, 227–244. [CrossRef] [PubMed]

4. Sistem, USRDGodišnji izvještaj USRDS-a 2020: Epidemiologija bolesti bubrega u Sjedinjenim Državama; Nacionalni instituti za zdravlje,Nacionalni institut za dijabetes i bolesti probave i bubrega: Bethesda, MD, SAD, 2020.

5. Webster, AC; Nagler, EV; Morton, RL; Masson, P. Hronična bolest bubrega.Lancet2017, 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; et al.Smrtnost od svih uzroka koja se može pripisati hroničnoj bolesti bubrega: prospektivna kohortna studija zasnovana na 462 293 odraslih osoba na Tajvanu.Lancet2008, 371, 2173–2182. [CrossRef] [PubMed]

7. GBD Chronic Bubrey Disease Collaboration. Globalno, regionalno i nacionalno opterećenje hronične bolesti bubrega, 1990-2017: Asistematsku analizu za Globalnu studiju o teretu bolesti 2017.Lancet2020, 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.; et al.Urinarna peptidomika u modelu dijabetičke nefropatije kod glodavaca ističe epidermalni faktor rasta kao biomarker za bubrežne funkcijepogoršanje stanja kod pacijenata sa dijabetesom tipa 2.Kidney Int.2016, 89, 1125–1135. [CrossRef] 

9. Alvarez, ML; Khosroheidari, M.; Kanchi Ravi, R.; Distefano, JK Poređenje prinosa proteina, mikroRNK i mRNA korištenjemrazličite metode izolacije urinarnog egzosoma za otkrivanje biomarkera bolesti bubrega.Kidney Int.2012, 82, 1024–1032. [CrossRef] 

10. Krutzfeldt, J.; Rajewsky, N.; Braich, R.; Rajeev, KG; Tuschl, T.; Manoharan, M.; Stoffel, M. Silence of microRNAs in vivo with'antagomiri'.Priroda2005, 438, 685–689. [CrossRef]