MicroARN urinar în boala renală diabetică: o revizuire a literaturii

Abstract:Boală renală diabeticăeste cea mai frecventă boală primară aboală de rinichi în stadiu terminalla nivel global; cu toate acestea, rămâne așteptat un biomarker sensibil și precis pentru a prezice această boală. MicroARN-urile sunt ARN-uri endogene necodificatoare monocatenar care au intervenit în diferite reglementări post-transcripționale ale diferitelor funcții biologice celulare. Literatura anterioară a raportat rolul său potențial în patofiziologia bolii renale diabetice, inclusiv reglarea creșterii transformatoare.Fibroza mediată de factor, matricea extracelulară și proteinele de adeziune celulară, hipertrofia celulară, factorul de creștere, producția de citokine și activarea sistemului redox. MicroARN-urile urinare au apărut ca o nouă biopsie lichidă neinvazivă pentrudiagnosticul bolii. În această revizuire, descriem dovezile experimentale și clinice disponibile ale microARN urinar în contextul diabeticuluiboală de rinichiși discutați despre aplicarea viitoare a microARN în practica de rutină.

Cuvinte cheie:diabetul zaharat; boli renale diabetice; exozomi; microARN; urinar

CLICK AICI PENTRU CISTANCHE PENTRU BOALA DIABETICĂ DE RINCHI

Diabetul zaharat(DM) este o amenințare majoră pentru sănătate, care implică 463 de milioane de persoane la nivel global [1,2].Boală renală diabetică(DKD) constituie cauza principală aboală de rinichi în stadiu terminalla nivel mondial [3,4]. Povara medicală este complicată de asocierea sa puternică cu bolile cardiovasculare, deces [5,6], precum și cererea financiară medicală crescută [7]. Îmbunătățirile în înțelegerea fiziopatologiei și predicția precoce a DKD rămân o nevoie clinică nesatisfăcută.

Cunoașterea biologiei sistemelor și progresele în tehnologia de secvențiere cu randament ridicat au revoluționat înțelegerea fiziopatologiei DKD și dezvoltarea biomarkerilor [8]. Traducerea clinică a diferiților biomarkeri omici pentru predicția DKD rămâne limitată în ceea ce privește dimensiunea eșantionului și cohorta de validare. Se așteaptă urgent o abordare care identifică cu precizie pacienții cu DZ cu risc ridicat predispuși la progresie renală.

Biomarkerii optimi trebuie să ofere sensibilitate și specificitate adecvate, să poată fi obținute într-o natură neinvazivă și să analizeze cu abilități prietenoase de laborator, folosind timp minim și consum economic. Urina reprezintă un biomarker neinvaziv ideal, în principal pentru bolile genito-urinar, deoarece se colectează cu ușurință în cantități mari fără a răni pacientul. Pe lângă diferitele tipuri de proteine, exozomii, care pot fi secretați de celulele diferitelor segmente de nefron, pot transporta și markeri de proteine, ARNm și microARN (miARN) produși în condiții dedisfuncție renalăsau daune structurale [9]. Din ele, exozomii urinari pot oferi o vedere panoramică a întregului sistem urinar.

În această revizuire a literaturii narative, examinăm dovezile emergente din cercetările experimentale și umane care sugerează rolul potențial al miARN-ului urinar pentru aplicarea clinică în contextul DKD.

1. Introducerea microARN

MiARN-urile sunt regulatori epigenetici importanți ai expresiei genelor care intervin în diferite procese celulare de sănătate și starea bolii. Genele care codifică miARN-urile sunt situate în regiunea necodifică sau în introni fie ai genelor care codifică proteine ​​(miR-trons) fie ai ARN-ului necodificator [10]. Acestea sunt structuri mici, cu mai puțin de 70 de nucleotide tulpină-buclă transcrise de ARN polimeraza II situată în nucleu. miARN-urile se leagă rareori la regiunile de codificare ale ARNm sau ADN-ului genomic, inclusiv regiunile promotoare. Cu toate acestea, ei pot juca în mod activ un rol ca regulatori ai diafoniei celulare prin modificarea programului lor transcripțional [11]. În prezent, există peste 38,000 secvențe mature de miARN incluse în baza aeriană, iar lista de înscrieri este încă în creștere [12].

Majoritatea miARN-urilor rămân stabile și au un timp de înjumătățire prelungit, dar alți miARN-uri individuale pot experimenta un declin rapid în anumite circumstanțe celulare din cauza existenței unor stimuli specifici de mediu sau factori celulari [13]. miARN-urile sunt omniprezente și pot fi prezente în diferite compartimente ale corpului, inclusiv în sânge, urină și alte fluide corporale. Pentru a evita degradarea miARN de către ribonucleaze, acestea sunt adesea împachetate sub formă de micro-vezicule sau exozomi sau transportate de proteinele care leagă ARN [14]. MiARN-urile sunt potențial biomarkeri superiori decât proteinele și ARNm, datorită stabilității lor în fluidele corporale și reproductibilității ridicate prin utilizarea metodelor de amplificare precise și sensibile. Cu toate acestea, izolarea și cuantificarea miARN-urilor sunt laborioase în tehnică și în timp, ceea ce limitează aplicațiile lor în practica clinică de rutină.

2. miARN în homeostazia rinichilor

Mai multe miARN-uri sunt exprimate în principal înrinichi uman adult(cum ar fi miR-215, miR-146a și miR-886); alte miARN (de exemplu, miR-192, miR-194, miR-21, miR-200a, miR-204 și las-7a –g), sunt crescute atât în ​​rinichi, cât și în alte organe [15]. Această expresie este specifică țesutului și poate fi dependentă de stadiul de dezvoltare. Ștergerea clusterului miR-17~92 duce la o embriogeneză defectuoasă, care afectează celulele progenitoare și dezvoltarea nefronilor. Șoarecii cu deficit de miR-17~92 sunt clasificați în funcție de hipoplazia renală și provoacă leziuni glomerulare și proteinurie [16].

miARN-urile sunt implicate în diferite procese celulare renale, hemodinamice glomerulară, precum și în menținerea echilibrului fluidelor și electroliților. Alți miARN din rinichi pot afecta și celulele juxtaglomerulare care exprimă renină, ceea ce duce la deteriorarea acestor celule. În consecință, nivelul reninei plasmatice a scăzut și a fost asociat cu hipotensiune arterială și fibroză renală [17]. De asemenea, miARN-urile pot ajuta la homeostazia osmolarității și au efecte asupra procesului de reglare a Na+, K+ și Ca2+ în condițiile mediilor hipertonice [18].

3. Rolul miARN în DKD: Experimente Murine

Hiperglicemia poate declanșa o interacțiune complexă între factorii metabolici și hemodinamici care duc la geneza diferitelor complicații diabetice, inclusiv DKD. Prezența unei concentrații mari de glucoză are o influență negativă asupra tuturor liniilor de celule renale (celule mezangiale, celule tubulare, podocite și celule endoteliale) și poate modula expresia miARN-urilor afectând intercomunicarea celulară șihomeostazia țesutului renal [19]. 

Numeroase studii au demonstrat diferența în expresia miARN-urilor circulante pe parcursul progresiei DKD [15]. O stare de glucoză ridicată afectează expresia miR-29a și miR{-29c, ducând la apoptoza podocitelor și la promovarea substanțelor pro-fibrotice [20–22]. Hiperglicemia reglează, de asemenea, expresia miR-25, miR-93 și miR{-192, care la rândul lor afectează sistemul redox, factorul de creștere a endoteliului vascular și fibroza tubulointerstițială [23–25]. O descriere cuprinzătoare a modificărilor în expresia a 41 de miARN în diferite studii pe animale este rezumată în Tabelul 1.

Tabelul 1. miARN implicat în modelul animal diabetic.

4. Cercetare miARN urinar: Dovezi umane

Cercetările asupra miRNA au dezvăluit puzzle-uri obscure ale fiziopatologiei DKD. Mai mult, alți anchetatori au interogat utilitatea clinică a acestor miARN pentru practica de rutină. Dovezile emergente indică rolurile probabile ale miARN-urilor urinare ca predictori ai dezvoltării sau progresiei DKD [66]. Nivelurile de miARN din urină oferă o reflectare directă a afectarii țesutului renal. Acești miARN provin din celule și sunt încapsulați în vezicule extracelulare, numite exozomi, și sunt secretați în diferite fluide biologice, inclusiv în urină. Exozomii pot exercita efecte paracrine și pot servi ca mediator al comunicării intercelulare. Sunt stabili în fluidul biologic, precum și în secțiuni încorporate în parafină, făcând acești exozomi potriviți ca „biopsie lichidă” sau biomarkeri ai unor afecțiuni specifice [67]. O serie de studii au examinat relația dintre microARN urinar și nivelurile de zahăr din sânge. Ei au descoperit că concentrațiile diferitelor miARN extravezicale urinare (cum ar fi miARN-941-5p, miARN 34c-5p și miARN-208a-3p) au fost corelate cu nivelurile de hemoglobină glicozilată. [68]. Tabelul 2 enumeră modificările în expresia miARN-ului urinar asociat cu DKD în cercetarea clinică. Am identificat 141 de miARN-uri urinare unice asociate cu DKD. În mod particular, direcția de exprimare a miARN specific diferă între tipurile de DM (tip 1 vs. 2) și, de asemenea, între cohorte de pacienți distincte (după cum este evidențiat cu aldine). O posibilă explicație ar putea rezida în mecanismele neclare între cele două tipuri de DM. În plus, mai multe preocupări tehnice pot afecta profilarea miARN, inclusiv metodele de colectare a specimenelor (procesare și depozitare), o fracțiune de urină extrasă (urină, extraveziculă urinară, fracțiune de urină epuizată extraveziculară), platforma analitică (qPCR, microarray). , profilarea la nivelul genomului prin secvențierea ARN-ului mic) și contaminarea artefactelor [68]. În cele din urmă, sursa celulară a miARN-ului urinar poate apărea din orice tract genito-urinar, iar funcția miARN-ului urinar nu este neapărat aceeași cu a celor circulante. Analiza bioinformatică sofisticată și hărțile de interacțiune cu rețeaua sunt capabile să identifice procesele Ontologiei genetice, clasificarea și căile relevante ale genelor țintă în această eră modernă [66,69]. Aceste abordări pot ajuta la descifrarea funcțiilor biologice ale miARN-ului urinar în patofiziologia DKD.

Tabelul 2. MiARN urinar implicat în studiile la om legate de boala renală diabetică.

5. Performanțe ale miARN-urilor urinare ca biomarker al bolii

Un corp de literatură a încercat să identifice potențiali biomarkeri din probele de urină pentru a prezice gradul de afectare a rinichilor. MiARN-uri individuale sau un grup de miARN au fost utilizați ca posibili biomarkeri ai DKD cu performanțe de predicție satisfăcătoare. Li şi colab. a constatat că expresia urinară a let{{0}}c-5p, miR29c-5p și miR{-15b{-5p ar putea prezice DKD cu zona sub curbele (AUC) de 0.818, {{10}},774 și 0.818, respectiv [7{{20}}] . Eissa S și colab. a observat că AUC-ul miR-15b, miR-34a și miR{-636 au fost 0,883, 0,917 și, respectiv, 0,984, pentru a distinge DKD de martori. Panoul compus din trei miARN a dat un AUC de 0,912 [78,81]. Nivelurile exprimate de miR-95-3p, miR{-185-5p, miR{- 1246 și miR{-631 în sedimentele urinare pot oferi, de asemenea, o precizie bună (AUC, 0.{{ 31}}) pentru diferențierea DKD de non-DKD sau de alte boli [88]. Colectiv, toate aceste dovezi sugerează utilizarea potențială a miARN-urilor urinare ca biomarkeri neinvazivi pentru prezicerea DKD.

6. Concluzii

Biomarkerii sensibili care să ghideze luarea deciziilor în gestionarea DKD rămân așteptați de urgență. MiRNA urinar poate reprezenta mijloace promițătoare neinvazive și ieftine, cu implicații diagnostice sau predictive în DKD. Cu toate acestea, aplicarea clinică este nesatisfăcătoare până în prezent din cauza inconsecvențelor dintre datele raportate. Majoritatea proiectelor de cercetare raportate au fost experimente de descoperire cu eșantioane mici și validare a limitării. În plus, discrepanțele pot fi parțial explicate prin diferențele în procedurile de izolare a urinei, proporția fracției de urină (urină proaspătă, concentrate de extra-vezicule sau fracții extra-veziculate epuizate) utilizate, eterogenitatea în raportarea rezultatului și în gradul de severitatea rinichilor (micro vs. macroalbuminurie, proteinurie intermitentă vs. persistentă). Mai mult, progresele metodologiei analitice au permis descoperirea de noi miARN. Recent, introducerea metodologiei bazate pe senzori folosind etichete pe margele magnetice poate mări puterea de măsurare. Încorporarea utilizării spectrofotometriei sau electrochimiei, mai degrabă decât vizualizarea directă, poate îmbunătăți și mai mult acuratețea cuantificării [89] cu dimensiuni reduse ale eșantionului și validare limitată. Consensul și standardizarea metodologiilor aplicate pentru a extrage, izola, stoca și măsura miARN-urile pot spori reproductibilitatea rezultatelor studiului. Validarea ulterioară cu o dimensiune extinsă a eșantionului este justificată pentru a avansa în câmpul translației clinice a miARN-ului urinar în DKD.

7. Criterii de revizuire

Am efectuat o revizuire narativă a studiilor pe animale și oameni în literatura publicată de la 1 octombrie 2013 până la 30 iulie 2022. Baza de date PubMed a fost utilizată pentru căutarea în literatura științifică folosind următorii termeni de căutare: „microARN”, „diabetic kidney disease”, „diabetic”. nefropatie”, și „urinar”. Această revizuire a literaturii narative s-a concentrat în principal pe articole originale scrise în limba engleză și publicate în reviste evaluate de colegi. Listele de referințe ale articolelor incluse au fost, de asemenea, căutate manual. Referințele au fost gestionate folosind EndNote 20.1.

Cercetătorii independenți (CKH și YTC) au gestionat titluri și rezumate pentru a identifica studiile potențial eligibile pentru revizuirea textului integral. Am inclus doar articole originale și serii de cazuri cu peste două cazuri în limba engleză pentru evaluare ulterioară. Extragerea datelor a fost efectuată în dublu exemplar de către doi evaluatori independenți (CCL, KJY). Când au fost identificate mai multe articole care raportează date din aceeași populație de studiu, au fost utilizate cele mai cuprinzătoare date. Toate miARN-urile raportate sunt indexate și adnotate ca o secvență matură de miARN identificată din baza de date miRbase. Studiile au fost necesare pentru a furniza date cuantizabile despre nivelurile de expresie ale miARN, cum ar fi schimbările de ori (expresie în jos, expresie în sus, nu modificare sau valoare absolută) sau zona sub curbe. Am contactat autorii studiului cu privire la posibilele date incomplete despre cantitățile de miARN prezentate în publicațiile selectate. Calitatea metodologică a studiilor incluse nu a fost evaluată în această revizuire narativă, deoarece eterogenitatea mare a fost prezentată în tehnicile de testare (ELISA, microarray, q-PCR, secvențiere etc.) și diferențele în raportarea rezultatelor.

Am identificat 247 de înregistrări din baza de date PubMed pentru evaluarea inițială și doar 63 de articole au fost incluse pentru revizuirea textului integral; 40 de articole legate de studii pe animale și, respectiv, 23 de articole de cercetare umană (Figura 1). Această revizuire a literaturii a inclus o evaluare amănunțită a 41 miARN din experimente pe animale și 141 miARN din probe de urină ale pacienților cu DKD.

Figura 1. Organigrama de căutare și selecție a literaturii

Referințe

1. OMS. Îmbunătățirea rezultatelor asupra sănătății persoanelor cu diabet zaharat: stabilirea țintelor pentru a reduce povara globală a diabetuluiMellitus până în 2030. 2021. Disponibil online:https://www.who.int/publications/m/item/improving-health-outcomes-of-peoplecu-diabet-mellitus(accesat la 30 octombrie 2022).

2. Federația, ID IDF Diabetes Atlas. Ediția a noua 2019. Disponibil online:www.diabetesatlas.org(accesat la 13 septembrie 2021).

3. Alicic, RZ; Cox, EJ; Neumiller, JJ; Tuttle, KR Medicamente Incretin în boala renală diabetică: mecanisme biologice și clinicedovezi.Nat. Rev. Nephrol.2021, 17, 227–244. [CrossRef] [PubMed]

4. Sistem, USRDRaport anual de date USRDS 2020: Epidemiologia bolilor de rinichi în Statele Unite; Institute Naționale de Sănătate,Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și de Rinichi: Bethesda, MD, SUA, 2020.

5. Webster, AC; Nagler, EV; Morton, RL; Masson, P. Boala cronică de rinichi.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.Mortalitatea de orice cauză atribuită bolii cronice de rinichi: un studiu de cohortă prospectiv bazat pe 462 293 adulți din Taiwan.Lancet2008, 371, 2173–2182. [CrossRef] [PubMed]

7. Colaborare pentru boala renală cronică GBD. Povara globală, regională și națională a bolii renale cronice, 1990–2017: Aanaliză sistematică pentru Studiul Global Burden of Disease 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.Peptidomica urinară într-un model de rozătoare de nefropatie diabetică evidențiază factorul de creștere epidermic ca biomarker pentru rinichideteriorare la pacienții cu diabet zaharat de tip 2.Rinichi Int.2016, 89, 1125–1135. [CrossRef] 

9. Alvarez, ML; Khosroheidari, M.; Kanchi Ravi, R.; Distefano, JK Compararea randamentelor de proteine, microARN și ARNm folosinddiferite metode de izolare a exozomului urinar pentru descoperirea biomarkerilor bolii renale.Rinichi Int.2012, 82, 1024–1032. [CrossRef] 

10. Krutzfeldt, J.; Rajewsky, N.; Braich, R.; Rajeev, KG; Tuschl, T.; Manoharan, M.; Stoffel, M. Silencing of microARNs in vivo with„antagomiri”.Natură2005, 438, 685–689. [CrossRef]