Lipidomics: Ny innsikt i nyresykdom

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com

Ying-Yong Zhao, Nosratola D. Vaziri, Rui-Chao Lin

Abstrakt

På grunn av forekomsten av type-2 diabetes og hypertensjon, kronisknyresykdom (CKD) har dukket opp som et stort folkehelseproblem over hele verden. CKD resulterer i for tidlig død fra akselerert kardiovaskulær sykdom og forskjellige andre komplikasjoner. Tidlig påvisning, nøye overvåking av nyrefunksjonen og respons på terapeutisk intervensjon er avgjørende for forebygging av CKD-progresjon og dens komplikasjoner. Dessverre er tradisjonelle biomarkører for nyrefunksjon utilstrekkelig sensitive eller spesifikke til å oppdage tidlige stadier av sykdom når terapeutisk intervensjon er mest effektiv. Derfor mer sensitive biomarkører avnyresykdomer nødvendig for tidlig diagnose, overvåking og effektiv behandling. CKD resulterer i dyptgripende endringer i lipid- og lipoproteinmetabolismen som igjen bidrar til progresjonen av CKD og dens kardiovaskulære komplikasjoner. Lipider og lipid-avledede metabolitter spiller forskjellige og kritisk viktige roller i strukturen og funksjonen til celler, vev og biovæsker. Lipidomics er en gren av metabolomics, som omfatter den globale studien av lipider og deres biologiske funksjon i helse og sykdom, inkludert identifisering av biomarkører for diagnose, prognose, forebygging og terapeutisk respons for ulike sykdommer. Denne anmeldelsen oppsummerer den siste utviklingen innen lipidomi og dens anvendelse på ulikenyresykdommerinkludert kronisk glomerulonefritt, IgA nefropati, kronisk nyresvikt, nyrecellekarsinom, diabetisk nefropati og akutt nyresvikt i klinisk og eksperimentell forskning. Analytiske teknologier, dataanalyse, samt kjente metabolske biomarkører for nyresykdommer tas opp. Fremtidsperspektiver og potensielle begrensninger ved lipidomi diskuteres.

Cistanche deserticola forhindrernyresykdom, klikk her for å få prøven

1. INTRODUKSJON

På grunn av forekomsten av type-2 diabetes og hypertensjon, kronisknyresykdom(CKD) har dukket opp som et stort folkehelseproblem over hele verden. CKD resulterer i funksjonshemming og for tidlig død fra akselerert kardiovaskulær sykdom og dens medfølgende komplikasjoner [1]. Tallrike patologiske tilstander inkluderer genetiske, metabolske, toksiske, immunologiske, smittsomme, hemodynamiske, mekaniske og andre lidelser som fører til utvikling og progresjon avnyresykdom. Tidlig påvisning, nøye overvåking av nyrefunksjonen og respons på terapeutisk intervensjon er avgjørende for rettidig diagnose og forebygging av progresjon av CKD og dens komplikasjoner. Dessverre er tradisjonelle markører for nyrefunksjon utilstrekkelig sensitive eller spesifikke til å oppdage CKD og dens kardiovaskulære eller andre komplikasjoner på et tidlig stadium når terapeutisk intervensjon er mest effektiv. For eksempel er de mest brukte biomarkørene, dvs. serumkreatinin og urea og kreatininclearance, sterkt påvirket av faktorer uavhengig av iboende nyrefunksjon og struktur. I denne sammenhengen påvirker muskelmassen kreatinin betydelig, proteininntak og væskebalanse modulerer urea, og bruk av angiotensin-konverterende enzymhemmere eller angiotensinreseptorblokkere, samt proteininntak i kosten, påvirker kreatininclearance. Det er derfor nødvendig å utvikle sensitive og spesifikke biomarkører for tidlig påvisning av nyresykdom og overvåking av dens progresjon og respons på terapeutisk intervensjon. Innsikt i de dynamiske forskjellene i genetisk, protein- og metabolittregulering, interaksjon og funksjon i nyresykdommer kan identifisere nye diagnostiske og prognostiske biomarkører og terapeutiske mål [2-4].

CKD resulterer i dyptgripende endringer i lipid- og lipoproteinmetabolismen [5–7]. De tilknyttede lipidforstyrrelsene bidrar på sin side til progresjonen av CKD og dens kardiovaskulære og andre komplikasjoner [8–10]. Lipidomics, den globale studien av lipider i celler, vev og biofluider, involverer analyse av lipidarter og deres overflod for å belyse biologisk funksjon, subcellulær lokalisering og vevsfordeling. Lipider med liten molekylvekt som fettsyrer, glyserolipider, glyserofosfolipider (GPs) og sfingolipider tjener forskjellige og komplekse funksjoner innen helse og sykdom. De spiller viktige roller i reguleringen av normalnyrefunksjon og patogenesen avnyresykdom. Tidligere studier har vist signifikant økt glomerulær cyklooksygenase-1 eller -2-ekspresjon i pasient- og dyremodeller av glomerulonefritt [11–13] og oppregulering av glomerulær cyklooksygenase-2-ekspresjon i pasient- og dyremodeller av lupus nefritt [13,14]. Syklooksygenase-hemming har vist seg å lindre passiv Heymann-nefritt og lupus-nefritt hos forsøksdyr [14–16]. Leukotriener, assosiert med inflammatorisk glomerulær skade og lipoksygenaseprodukt (12-hydroksyeikosatetraensyre), mediert angiotensin II og transformerende vekstfaktor- -induserte mesangial ekspansjon ved diabetisk nefropati (DN) [17]. 20-Hydroxyeicosatetraenoic og epoxyeicosatrienoic syrer var involvert i flere former for nyreskade, inkludert nyreskade ved metabolsk syndrom [18–20] og ceramider har vist seg å spille en rolle i patogenesen av akutt nyreskade. Samlet er det økende bevis som støtter rollen til lipider og lipid-avledede metabolitter i patogenesen av nyresykdom. Dermed har analyse av sentrale lipidmediatorer dukket opp som et viktig verktøy i diagnostisering, prognose og behandling av nyresykdom.

Denne artikkelen gjennomgår nylige fremskritt i bruken av lipidomik for å belyse patogenesen og potensialetbehandling avnyresykdom.

2. NYRESYKDOM

Systembiologi tillater tidsmessig analyse av regulatoriske og biologiske nettverk i cellemetabolisme [21–23]. Omfattende karakterisering av nyresykdommer kan gi viktig og integrerende informasjon for bedre å karakterisere molekylære forhold som ligger til grunn for denne patofysiologien for å utvikle mer pålitelige og spesifikke markører for diagnose, prognose, forebygging og terapeutisk respons [2,24]. Veksten av systembiologi og utviklingen av nye eksperimentelle og beregningsmessige verktøy har gjort det mulig å koble gen-celle-organ-reguleringsmekanismer på flere nivåer for å integrere molekylær- og cellebiologien tilnyrestruktur og funksjon [25–29]. Lipider spiller forskjellige og viktige roller i biologiske systemer, inkludert membran-dobbeltlagsstruktur, energilagring, signaloverføring, og gir også funksjonell støtte for membranproteiner og deres interaksjoner [30]. For eksempel er arakidonsyre forløperen til eikosanoider, som fungerer som signalmolekyler via spesifikke reseptorer som fører til inflammatoriske prosesser [31]. Triacylglyserider tjener som cellulær energilagring og spiller en viktig rolle i metabolisme og sykdom [32]. Noen lipidarter, dvs. lysofosfatidylkoliner (LPC), glycerofosfoetanolaminer (PE), fosfatidylkoliner (PC) og glycerofosfoinositoler (PI), ser ut til å være potensiellenyresykdomsmarkører [33]. Her gir vi en oversikt over den lipidomiske tilnærmingen inyresykdom.

fordel med cistanche: behandling av nyresykdommer

3.LIPIDER OG LIPIDOMIKKER

3.1.Definisjon, klassifisering og biologisk funksjon av lipider

Lipider, de grunnleggende komponentene i biologiske membraner, er en strukturelt og funksjonelt mangfoldig klasse av molekyler. Avhengig av biosyntese og kjemisk struktur, er lipider definert som hydrofobe eller amfifile. Amfifile lipider finnes i vesikler, membraner eller liposomer i et vandig miljø. Biologiske lipider stammer fra to forskjellige typer biokjemiske underenheter: isopren- og ketoacylgrupper [34]. Basert på denne definisjonen kan lipider deles inn i åtte kategorier: fettsyrer, glyserolipider, sfingolipider, fastleger, sakkarolipider, sterollipider, prenollipider og polyketider (fig. 1) [34]. Fettsyrer og glyserolipider har relativt enkle strukturer. Fettsyrer er en av de viktigste lipidklassene og grunnleggende komponentene i alle lipider. Fettsyrer har mettede eller umettede rette karbonkjeder med lengder på 4–24 karbonatomer og 0–6 dobbeltbindinger. Fettsyrer er forløpere til ulike bioaktive lipider. Eikosanoider inkluderer leukotriener, prostaglandiner og tromboksaner som spiller viktige roller i utviklingen av inflammatoriske prosesser [35]. Glyserolipider er sammensatt av mono-, di- og tri-substituerte glyseroler som er forskjellige i fettsyreinnhold forestret til hydroksylgruppene i glyserolryggraden [36]. En rekke studier har vist at endret triglyseridsyntese og katabolisme spiller viktige roller i forekomsten og utviklingen av mange sykdommer [37,38]. Sterollipider, inkludert kolesterol og deres derivater sammensatt av en sammensmeltet fireringskjernestruktur, er viktige komponenter i membranlipider. Sterollipider har forskjellige biologiske roller som den regulerende funksjonen til cellesignalering og modulering av cellevæske [39].

GP, også kjent som fosfolipider, er allestedsnærværende i naturen og er viktige komponenter i lipid-dobbeltlag, og er involvert i cellesignalering og metabolisme. Basert på arten av den polare hodegruppen ved sn-3-posisjonen til glyserolryggraden i eukaryoter og eubakterier eller sn-1-posisjonen når det gjelder arkebakterier [40], kan GP deles inn i distinkte klasser inkludert glycerofosfokoliner, glycerofosfatidinsyrer, glycerofosfoglyseroler (PG), glycerofosfoseriner (PS), PE og PI. Hjernevev inneholder relativt høy G, og endringer i sammensetningen deres har vært involvert i nevrologiske lidelser [41]. Noen fastleger som LPC, PC, PE og PI har blitt identifisert som potensielle biomarkører for kreft, nyre og kardiovaskulær sykdom [33,42,43]. Sfingolipider består av en kompleks familie av forbindelser som består av en grunnleggende ryggrad av 1,3- dihydroksyl, 2-aminoalkan eller alken (sfingoidebase). Sfingomyelin (SM) og sfingosin er to viktige sfingolipider som består av en fosforylkolin-hodegruppe og fettsyre knyttet til henholdsvis en 1-hydroksylgruppe og 2-aminogruppe i sfingoidekjeden. Tidligere studier har vist at ceramider, som tilhører N-acyl-derivater av sfingosin, er assosiert med CKD [44].

3.2.Lipidomics

Selv om en underfraksjon av metabolomet, har dets kompleksitet av lipidarter, deres distinkte kjemiske egenskaper og viktig biologisk aktivitet gjort lipidom til fokus for betydelig forskning. Metabolomikk er definert som "kvantitativ måling av den dynamiske multiparametriske metabolske responsen til levende systemer på patofysiologiske stimuli eller genetisk modifikasjon" [45,46]. Metabolomics er en ikke-målrettet kvantitativ analyse av biofluider og vev for endogene metabolitter med lav molekylmasse. Lipidomics, som en gren av metabolomics, ble først introdusert av Han og Gross i 2003 [47]. Lipidomics har blitt definert som "full karakterisering av lipidmolekylære arter og deres biologiske roller i uttrykket av proteiner involvert i lipidmetabolisme og funksjon, inkludert genregulering" [48]. Lipidomics representerer et skifte fra individuell lipidstudie til undersøkelse av globale lipidmetabolitter i en systemintegrert kontekst for å bedre forstå deres rolle i patofysiologiske prosesser. I løpet av de siste 10 årene har lipidomi dukket opp som et nytt felt innen systembiologi og har økt interessen for sykdomsdiagnostikk og biomarkøroppdagelse (fedme, diabetes, hjerte- og karsykdommer, Alzheimers sykdom, kreft i bukspyttkjertelen, etc.), farmasøytisk oppdagelse og utvikling, menneskelig mat- og ernæringsforskning [49–55]. Denne kraftige tilnærmingen kan avsløre unike metabolske egenskaper ved normale, patologiske eller behandlingsspesifikke hendelser. Nylig har et økt antall lipidomiske studier og oversikter blitt publisert ved bruk av massespektrometri (MS), kjernemagnetisk resonans (NMR) og andre spektroskopiske modaliteter [56–61]. Separasjonsteknologier, gasskromatografi (GC), væskekromatografi (LC), superkritisk væskekromatografi og kapillærelektroforese, er kritiske for lipidomisk undersøkelse av komplekse prøver [62]. For å få informasjon om strukturell molekylær ion, brukes MS med lav kollisjonsenergi først etterfulgt av MS2-forhold med høyere kollisjonsenergi for å oppnå fragmentioner. Vanligvis velges forløperionet og fragmenteringen overvåkes ved tandemmassespektrometri (MS/MS). Denne tilnærmingen gir større strukturell informasjon og deteksjon av individuelle lipidarter i komplekse biologiske prøver. I tillegg har MS/MS i økende grad blitt brukt til å utvikle kvantitative metoder for målrettet lipidomi [63]. Denne tilnærmingen krever imidlertid informasjon basert på en tidligere fullskannings-MS. I 2005, Wrona et al. [64] introduserte MSE-teknikken der to skannefunksjoner er samtidige for datainnsamling. MSE ga parallelle alternerende skanninger for innsamling ved lav kollisjonsenergi for forløperioninformasjon (MS) eller høy kollisjonsenergi for fullskanning for nøyaktige massefragmenter, forløperioner og informasjon om nøytraltap (MSE). Denne tilnærmingen ga lignende informasjon som konvensjonell MS2 (MS/MS) i en enkelt analysekjøring og strukturell informasjon nødvendig for identifisering av ukjente biomarkører i umålrettede analyser [65–70]

cistanche helsemessige fordeler

3.3.Analytiske metoder for lipidomi

De tradisjonelle metodene for lipidanalyse involverer vanligvis løsemiddelekstraksjon av de biologiske prøvene (blod, vev, celle og organisme) etterfulgt av separasjon av lipider ved bruk av tynnsjiktskromatografi, fastfaseekstraksjon eller normalfase LC og separering av spesielle klasser av lipider til individuelle molekylarter ved høyytelses væskekromatografi (HPLC) - ultrafiolett detektor eller fordampende lysspredningsdetektor. Ved å bruke disse tradisjonelle metodene kan enkeltmolekylære arter av mange lipidklasser analyseres [71]. Selv om GC har blitt brukt til å bestemme fettsyreinnholdet i de forskjellige lipidene ved metylestermetoden, har denne tilnærmingen en tendens til å være tidkrevende og involverer prøvehydrolyse og derivatisering. Generelt krever konvensjonell lipidanalyse vanligvis en stor prøvemengde fordi mange biologisk aktive arter er tilstede i svært små mengder. På grunn av deres iboende kompleksitet, kan prøvepreparering involvere flere ekstraksjoner og dermed redusere følsomheten og oppløsningen ytterligere. I tillegg er disse metodene arbeidskrevende og krever ofte derivatisering og begrenser dermed gjennomstrømningen.

Derimot kan direkte prøveanalyse brukes for MS lipidomics [72,73]. Direkte-infusjon MS-teknologier har god reproduserbarhet, nøyaktighet og høy følsomhet og er mindre tidkrevende enn tradisjonelle metoder. Vanligvis er elektrosprayionisering quadrupol-time-of-flight (ESI-QTOF) og matriseassistert laserdesorpsjonsionisering (MALDI) de mest brukte ionekildene i direkte-infusjon MS-analyse [74,75]. Direkte-infusjon MS er enkel og rask. Dens hovedbegrensning er ioneundertrykkelse, som hemmer følsomhet og kvantitativ nøyaktighet. Dessverre er denne metoden ikke i stand til å identifisere isobare og isomere lipider, hvis masser er identiske og ofte produserer lignende fragmenteringsmønstre. Selv om MS med direkte infusjon er relativt begrenset når det gjelder å søke etter nye og ukjente forbindelser fra lipiddatabaser, kan det være nyttig å screene biokjemiske veier i ulike sykdommer i fremtiden. Omfattende gjennomganger av direkte-infusjon ESI/MS, ESI-QTOF/MS og MALDI/MS og deres anvendelser i lipidomics er publisert [74,75].

MS kombineres ofte med LC for lipidomi og LC–MS-baserte studier i lipidomi har blitt gjennomgått [76]. Vanligvis er fordelene med LC-MS-tilnærmingen god reproduserbarhet, nøyaktighet og høy følsomhet for identifisering av kjente eller nye lipider. I løpet av det siste tiåret har HPLC–MS blitt mye brukt for både målrettede og umålrettede analyser innen metabolomikk og lipidomik ved bruk av enkelt kvadrupol, hybrid og høyoppløselige instrumenter. For global profilering er kombinasjoner av ultra-performance væskekromatografi (UPLC) kombinert med QTOF/MS eller tandemionmobilitet TOF/MS populære valg [77–80]. Disse gir rask analyse med høyoppløselig MS. UPLC bruker partikler på under-2 μm størrelse og opererer ved økte trykk (6000–15 000 psi) og gir dermed høy kromatografisk oppløsning sammenlignet med konvensjonell HPLC med 5 μm partikler [81]. Økt oppløsning er resultatet av forbedret signal/støyforhold og smal toppbredde sammenlignet med konvensjonell HPLC. Denne tilnærmingen er fordelaktig for metabolsk profilering fordi et enormt antall metabolitter kan påvises ved fysiologiske konsentrasjoner. Selv om lipider fra ulike biologiske kilder kan separeres ved UPLC-MS [82], har matriseeffekter en viktig innflytelse på globale profiler [83]. Dessverre er følsomheten vanligvis ikke så høy som målrettet lipidomi. I tillegg kan de eksperimentelle betingelsene for hver separerte forbindelse ikke optimaliseres. Vanligvis brukes trippel quadrupol MS for målrettede analyser av UPLC–MS med selektiv ioneovervåking. Målrettede lipidmetoder kan inkludere steroler og eikosanoider som gallesyrer og steroider [84,85]. GC-baserte metoder er egnet for flyktige komponenter og kan ikke brukes for de fleste lipider. Interessant nok er GC–MS den mest brukte metoden for analyse av frie fettsyrer, forestrede fettsyrer og steroider. Frie fettsyrer og steroider krever derivatisering eller silylering, mens forestrede fettsyrer ofte analyseres som metylestere [86]. Superkritisk væskekromatografi er en annen høyoppløselig teknikk som kan brukes til separasjon av forskjellige lipider. Superkritisk væskekromatografi MS kan brukes for omfattende lipidprofilering av store prøveantall [87].

Ionemobilitets-MS (IM-MS) og flerdimensjonale metoder blir sett på som nye metoder og har blitt brukt i lipidomi [88,89]. Isomerer, konformere og enantiomerer kan raskt separeres med IM-MS og har vist seg nyttige i analysen av komplekse biologiske prøver [78]. Utviklingen av avbildnings-MS har også spilt en viktig rolle i utviklingen av avbildende ionemobilitetsspektrometri med MS for lipidanalyse. Ionemobilitetsspektrometri med MS kombinert med molekylær dynamikk beregningsmodellering kan brukes til fremtidig karakterisering av strukturen og stabiliteten til lipid-inkorporerte komplekser. I tillegg er omfattende flerdimensjonal LC-MS en attraktiv fremvoksende tilnærming for omfattende lipidomisk karakterisering av komplekse biologiske prøver [90].

3.4.Analyse av lipidomikdata

Lipidomics produserer enorme data og analysen spiller en nøkkelrolle, spesielt i umålrettede studier. Som sådan er robust bioinformatikk kritisk. Før statistisk analyse kreves dataforbehandling inkludert signalbehandling, datanormalisering og transformasjon, slik at rådata transformeres til et format som er kompatibelt med statistisk dataanalyse [91,92]. Gitt den store graden av lipidvariasjon, er det første trinnet av uovervåket og overvåket statistisk analyse datareduksjon. Dette kan oppnås ved hjelp av en rekke metoder, inkludert ortogonal partiell minste kvadraters-diskriminerende analyse, hovedkomponentanalyse (PCA) og partiell minste kvadraters-diskriminerende analyse (PLS-DA). Både uveilede og veiledede metoder kan brukes, avhengig av målet for den spesifikke analysen. I uovervåket dataanalyse brukes ukjent informasjon om ulike grupper av PCA og hierarkisk klyngeanalyse. I den overvåkede tilnærmingen er hver prøve eller metabolitt assosiert med kjente forbindelser, og denne tidligere informasjonen brukes deretter til analyse via hovedkomponentregresjon og nevrale nettverk [91,92]. Andre regresjonsmetoder inkludert Elastic Net og Least Absolute Shrinkage and Selection Operator er også tilgjengelige for analyse av lipidomiske datasett for å fastslå forholdet mellom variabler [93].

cistanche testosteron: forbedre nyrefunksjonen

4. ANVENDELSE AV LIPIDOMICS VED NYRESYKDOMMER

Fosfolipider representerer en klasse av viktige cellulære bestanddeler som deltar i en rekke biologiske prosesser og veier som reflekterer metabolsk status i helse og sykdom. Lipidomics er et egnet verktøy for oppdagelse av sykdomsbiomarkører i systembiologi [94,95]. En omfattende forståelse av dens anvendelser er kritisk viktig for lipidomi. Mange studier har vist at metabolske forstyrrelser eller abnormiteter av ulike lipider fører til nyresykdom [96–99]. Ved å bruke kronisk nyresvikt (CRF), nyrecellekarsinom (RCC), kronisk glomerulonefritt, IgA nefropati og DN, diskuterer vi lipidomi i nyresykdom hos mennesker og dyr - og cellemodellstudier.

4.1.Lipidomics ved klinisk nyresykdom

4.1.1 Effekt av kronisk nyresykdom og glomerulonefritt

Lipidavvik er vanlige ved nyresykdom [100,101] og bidrar til en høy forekomst av kardiovaskulære lidelser i denne populasjonen. Plasma- og erytrocyttlipidprofiler ble undersøkt hos CRF-pasienter på hemodialyse i 30 måneder [102]. Økt triglyserid ble observert i plasma- og erytrocyttmembraner. Økte plasma palmitinsyrer og enumettede fettsyrer og redusert plasma flerumettede fettsyrer ble også observert ved CRF. Lipidavvik var tydelige etter 18 måneder og ble mer alvorlige etter 30 måneder. Lipidmønstre i plasma og erytrocyttmembraner endret seg ikke under dialyseperioden. CRF-pasienter under regelmessig hemodialyse viste en gradvis forverring av triglyserid- og fettsyreprofilene. I en annen studie ble HPLC-MS brukt til å profilere plasmafosfolipider hos pasienter med kronisk glomerulonefritt og CRF uten nyreerstatningsterapi [103]. Resultatene viste at primær kronisk glomerulonefritt og CRF hadde unormale metabolske fosfolipidprofiler. En rekke fosfolipider (n ¼ 19) ble identifisert som potensielle biomarkører. En mulig mekanisme som førte til denne abnormiteten inkluderte hydrolyse av fosfatidylinositol (PI) via aktivering av PI-spesifikk fosfolipase C, noe som førte til produksjon av to-sekunders budbringere, inositol (1,4,5)-trisfosfat (IP3) og diacylglycerol [104] , som deltar i signaloverføring uavhengig. IP3 øker cytoplasmatisk Ca2 pluss ved å stimulere frigjøringen av Ca2 pluss fra det sarkoplasmatiske retikulum [105]. Proteinkinase C (PKC) aktiveres av fosfatidylserin, Ca2 pluss og diacylglycerol. Aktivering av det intracellulære PKC-signaltransduksjonssystemet utløser i sin tur en rekke fysiologiske og fysiokjemiske reaksjoner.

Basert på morfologiske og genetiske egenskaper er RCC klassifisert i forskjellige undertyper. RCC-prognose varierer og metastatisk eller tilbakevendende RCC er assosiert med dårlig prognose med sjelden langtidsoverlevelse. Desorpsjon ESI/MS ble brukt i en avbildningsmodus for å studere lipidprofileringen av tynne vevsseksjoner av human papillær RCC versus tilstøtende normalt vev (11 prøvepar) og klarcellet RCC versus tilstøtende normalt vev (9 prøvepar) [106]. Økt GP og frie fettsyrer ble observert i tumorregionen. PLS-DA skilte svulst i papillær og klarcellet RCC og papillær fra klarcellet RCC. Endret sammensetning av fastlegevev forekommer i kreft [107] og ser ut til å være integrert assosiert med ondartet transformasjon [108]. Micro-LC-QTOF/MS ble brukt til å undersøke urinlipider hos RCC versus friske forsøkspersoner. Trettifem lipidarter ble foreløpig identifisert inkludert lipidomiske endringer i urineksosomer [109]. Vevslege og deres enzymatiske biprodukter ser ut til å være relatert til ondartet transformasjon [110,111] og signifikant økt PI er observert i transformerte celler [112].

4.1.2 Effekt av DN

DN er et alvorlig problem over hele verden. Fosfolipider og deres metabolitter er nært knyttet til patogenesen og progresjonen av DN. Umålrettet lipidomik av serumfosfolipider ved bruk av normalfase LC-TOF/MS og ionefelle-MS/MS ble utført på DN-pasienter [113]. Sammenligning med friske forsøkspersoner avslørte åtte lipider i syv fosfolipidklasser som potensielle DN-biomarkører. To nye biomarkører inkludert PI (18:0/22:6) og SM (d18:0/20:2) diskriminerte effektivt DN-pasienter. Forutsigbart har den samme fosfolipidklassen en lignende variasjonstrend med DN-progresjon. Oppregulert LPC, PE, PG, SM, en PC og en PI og nedregulert PE, PS og to PC ble notert. En rekke studier har vist lipidakkumulering i nyrene til diabetiske forsøksdyr og mennesker, og at lipider påvirket DN-patogenesen [114,115]. Det ble rapportert at lipidfosfatase fremmet podocyttapoptose som førte til DN og lipidfosfatase ble økt før histologisk endring [116]. Ytterligere bevis har vist at unormal lipidmetabolisme og akkumulering av lipider i nyrene spilte en viktig rolle i DN-patogenesen [117–119] og oksiderte PC-arter var relatert til nyredysfunksjon [120]. Mulige mekanismer involverer lipidavsetning på grunn av økt serumkonsentrasjon samt glomerulær filtrering av proteinbundne lipider assosiert med proteinuri. Akkumulerte lipider økte ekspresjonen av vaskulære endoteliale vekstfaktorer og transformert vekstfaktor - samt fremme av proteinuri og diabetisk glomerulosklerose [121]. På den annen side kan tilstedeværelsen av unormale fosfolipider fremme aktivering av sorbitolveien, oksidativt stress og aktivering av PKC [122–124]. I DN var redusert PI relatert til aktivering av sorbitolveien som førte til nedbrytning av intracellulær inositol, reduksjon av myoinositol og reduksjon av PI-syntese.

4.1.3 Effekter av nyreerstatningsmodaliteter

Kliniske komplikasjoner forbundet med peritonealdialyse har blitt stadig tydeligere. En online todimensjonal LC-QTOF/MS ble utviklet for plasmalipidprofilering hos peritonealdialysepasienter [125]. Denne omfattende studien inkluderte 10 lipidklasser og 190 lipidarter. Tretti biomarkører ble identifisert inkludert PE og PC som indikatorer på underernæring, betennelse og aterosklerotisk syndrom. Denne studien undersøkte også forskjeller i lipidprofiler i plasma fra individer med dårlig væskekontroll og de med god volumstatus. Signifikant økt PC og PE (og plasmalogen underklasser av PC og PE) ble observert hos de med dårlig volumstatus. Interessant nok viste en annen lignende studie at forekomsten av underernæring var assosiert med plasmalogene fosfolipider [126]. Disse funnene støttet en sammenheng mellom volum og ernæringsstatus ved peritonealdialyse [127]. GC–MS ble brukt til å kvantifisere F2-isoprostaner hos hemodialysepasienter med nyresykdom i sluttstadiet [128]. F2-isoprostaner ble økt ~100- ganger etter jern/askorbat-indusert oksidativt stress og 2- til 4- ganger etter pentylenetetrazol-induserte anfall hos hemodialysepasienter. Både menneskelige og eksperimentelle studier støtter en assosiasjon mellom F2-isoprostaner og betennelse.

cistanche dosering

4.2.Lipidomics i dyremodeller eller cellemodeller

4.2.1 Effekt av IgA nefropati

IgA nefropati er den vanligste formen for glomerulonefritt og kan utvikle seg til nyresvikt i sluttstadiet. For å identifisere markører for progresjon ble HPLC-MS med PCA og PLS-DA brukt til å evaluere fosfolipidmetabolske profiler i plasma i en eksperimentell Balb/c-musemodell [129]. PC-, LPC-, PI-, PS-, PE- og SM-lipidklasser inkludert 9 0 lipidarter ble identifisert. PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5), og PI(18:{{20}}/ 20:4) ble identifisert som potensielle biomarkører. Forholdet mellom fosfolipider og uttrykk for intercellulært adhesjonsmolekyl-1 (ICAM-1) ble også undersøkt. Sistnevnte er sterkt korrelert til proteinuri. En annen studie identifiserte ICAM-1-uttrykk som en indikator på sykdomsprogresjon og foreslo PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5) og PI(18:0 /20:4) som mulige biomarkører for IgA nefropati [130].

Imaging MS lipidomics er nyttig for å visualisere lokaliseringen av ulike lipider i nyrene og annet vev [131,132]. Nylig ble den molekylære fordelingen av lipider analysert i hyper-IgA murinenyrerved bruk av MALDI-quadrupol ion trap-TOF-basert bildebehandling MS [133]. To PC, PC(18:2/22:6) og PC(16:0/22:6) ble primært funnet i cortex og to triacylglyseroler, TAG(18:1/18:2/18: 1) og TAG(16:0/18:2/18:1), ble funnet i hilum. Imidlertid ble flere andre lipider observert i hyper-IgA nyrer, spesielt i den tubulære regionen. To hyper-IgA-spesifikke lipider var O-PC inkludert PC(O-18:1/22:6) og PC(O-16:0/22:6). Det ble rapportert at PC(O-18:1/22:6) og PC(O{{40}}:0/22:6) var analoger av plasmalogen og blodplateaktiverende faktor, henholdsvis [134,135]. Denne studien indikerte også at alle de hyper-IgA-spesifikke lipidene var avledet fra urin og at stagnasjon på grunn av unilateral ureteral obstruksjon forårsaket den hyper-IgA-spesifikke distribusjonen av lipider i nyretubuli.

En mulig mekanisme involverte aktivering av PKC-veien som førte til utvidelse av ekstracellulær matrise og fortykning av glomerulær basalmembran [136]. Faktisk har PKC-aktivering vist seg å øke permeabiliteten til det endoteliale monolaget for albumin [137]. Epitelceller og basalmembranen fra den glomerulære kapillærbarrieren. PKC-aktivering har vist seg å skade den glomerulære kapillærbarrieren som fører til proteinuri [138,139].

4.2.2 Effekt av DN

Rapamycin ble vist å forhindre utvikling av DN hos streptozotocin-induserte diabetiske rotter. MALDI-TOF/MS i nyrebarken avslørte tre klasser av sfingolipider inkludert ceramider, SM og ceramidmonoheksoser [140]. Én ceramidmetabolitt ble signifikant økt, mens tre forsvant. Sfingolipidsammensetningen ble sterkt endret ved rapamycinbehandling. Økt ceramid(d18:0/16:0), ceramidmonoheksosid(d18:1/15:0), SM(d16:1/18:0 ), og SM(d18:1/18:0) ble reversert av rapamycin. Den forrige studien viste at ceramidøkning i diabetisk nyre og reduksjon etter rapamycinbehandling og det lenge etablerte forholdet mellom ceramid og apoptose støtter ceramid som en rimelig biomarkørkandidat [141]. Streptozotocin økte syntesen av mange sfingolipider betydelig som ble hemmet av rapamycin. Andre studier viste at ceramidhemming, via blokkering av ceramidsyntase eller serinpalmitoyltransferase, effektivt reduserte celledød forårsaket av hypoksi-reoksygenering, kjemisk hypoksi og radiokontrastmedier i renale tubulære epitelceller [142–144].

4.2.3 Effekt av akutt nyresvikt

Betennelse spiller en nøkkelrolle i patogenesen av akutt nyresvikt [145,146]. LC-MS lipidomics ble brukt til å undersøke effekten av kortsiktige diett-ω-3 eller ω-6 flerumettede fettsyrer på iskemisk nyreskade og renale lipid-autacoidkretser [147]. Nyreiskemi (30 min) resulterte i signifikant redusert nyrefunksjon og signifikant økt serumkreatinin hos mus som fikk en ω-6-supplert diett, men forble normal hos mus som fikk en ω-3-supplert diett. Dessuten forårsaket en forlengelse av nyreiskemi (45 min) 100 prosent dødelighet hos ω-6-supplerte mus, men ingen død i ω-3-supplert-gruppen. Den beskyttende effekten av ω-3 flerumettede fettsyrer mot iskemisk nyreskade var assosiert med redusert polymorfonukleær leukocyttrekruttering, kjemokin- og cytokinproduksjon, opphevet dannelse av lipoksygenase- og cyklooksygenase-avledede eikosanoider og økt [1448]-ekspresjon. . Systemisk behandling med protectin D1 reduserte nyrepolymorfonukleær leukocytttilstrømning og oppregulerte ekspresjonen av hem oksygenase-1 protein og mRNA hos skadde og uskaddenyrer. Protectin D1 virket effektivt i forebygging av akuttnyreskade samt effekten av diettbaserte ω-3 og ω-6 flerumettede fettsyrer på autacoid dannelse i nyrene og utfall av iskemisk nyreskade [149].

4.2.4 Celleforskning

ESI/MS lipidomics ble brukt til å identifisere fosfolipidforandringer i den humane embryonale nyren (HEK293) og menneskelignyrekarsinomer (Caki{{0}}) celledød [150]. Signifikant redusert PC(14:0/16:0) og PC(16:0/16:0) ble observert i cisplatin-behandlet HEK293 og Cake{{ 12}} celler. Bromfenollaktonbehandling før cisplatineksponering reduserte PC(14:0/16:0), plasmenylkolin(16:0/16:1) og plasmenylkolin(16:{{) ytterligere 41}}/18:1) i HEK293 og hemmet cisplatin-indusert økning i plasmenylkolin(16:1/22:6) i Caki-1. Behandling med bromfenollakton før eksponering for cisplatin økte også flere arakidonholdige fosfolipider, inkludert PC(16:0/20:4), PC(18:1/20:4) og PC(18) :0/20:4) versus kun cisplatinbehandling. Disse resultatene viste at fosfolipase A2-hemming beskyttet mot kjemoterapi-indusert celledød i flere humane nyrecellelinjer og identifiserte også fosfolipider som ble spesifikt endret under celledød. Resultatene viste videre at endringer i disse fosfolipidene korrelerte med beskyttelse mot celledød i nærvær av fosfolipase A2-hemmere. Masood og medarbeidere brukte normal og reversert fase LC-MS/MS for å kvantifisere flere sfingolipidklasser i HEK293-celler [151]. Disse resultatene viste at mer enn 75 prosent av ceramidene, monoheksosylceramidene og SM eksisterer som d18:1Δ4 c16:0, d18:1Δ4 c24:1 og d18:1-4 c24:0.

5. AVSLUTENDE KOMMENTARER OG PERSPEKTIV

Novel lipidomics er en fremvoksende metodikk som lover en systematisk og omfattende studie av lipider og deres derivater innen helse og sykdom. Diversenyresykdommer er assosiert med betydelige endringer i metabolisme og plasmakonsentrasjon av lipider og lipoproteiner, samt lipid-relaterte metabolitter og metabolske veier. Disse endringene spiller en viktig rolle i patogenesen av lokal og systemisk betennelse, svekket energimetabolisme og progresjon avnyresykdom. Kombinasjonen av lipidprofilering og multivariat statistikk er nyttig for oppdagelsen av potensielle biomarkører og nye terapeutiske modaliteter, samt overvåking av respons på terapeutisk intervensjon.

Nylige fremskritt innen MS-baserte teknologier og raske forbedringer innen kromatografi, spesielt UPLC–MS kombinert med bioinformatikk, har forbedret vår forståelse av rollen til lipid-avledede metabolitter i patogenesen og progresjonen avnyresykdom. Selv om tilgjengelige verktøy tillater identifikasjon av lipid-avledet metabolittstruktur med høy oppløsning, er ytterligere fremskritt innen analytiske teknikker og datahåndtering klart nødvendig for mer effektiv dataforbehandling, datautvinning, statistisk analyse, biomarkøridentifikasjon og tolkning av biokjemiske veier.

cistancheekstrakt: bedre nyrefunksjon

TAKK

Denne studien ble støttet av Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-13-0954) og Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT1174) fra Ministry of Education of China, National Natural Science Foundation of China (J1210063) , 81202909, 81274025, 81001622), prosjektet "As a Major New Drug to Create a Major National Science and Technology Special" (2014ZX09304307- 002), China Postdoctoral Science Foundation (2012M521831, 2014T70984 National Innovation Training Program), (201310697004), nøkkelprogram for de internasjonale S&T-samarbeidsprosjektene i Shaanxi-provinsen (2013KW31-01), Natural Science Foundation ved Shaanxi Provincial Education Department (2013JK0811), og administrasjonen av tradisjonell kinesisk medisin i Shaanxi ({{17} }ZY006).

*Nøkkellaboratoriet for ressursbiologi og bioteknologi i Vest-Kina, utdanningsdepartementet, The College of Life Sciences, Northwest University, Xi'an, Shaanxi, PR Kina

†Division of Nephrology and Hypertension, School of Medicine, University of California, Irvine, California, USA

{School of Chinese Materia Medica, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing, PR Kina

REFERANSER

[1]A. Levin, NR Powe, J. Rosset, et al., Kronisk nyresykdom som et globalt folkehelseproblem: tilnærminger og initiativer – en posisjonserklæring fra Kidney Disease Improving Global Outcomes, Kidney Int. 72 (2007) 247–259.

[2]K. Makris, N. Kafkas, Nøytrofil gelatinase-assosiert lipokalin ved akutt nyreskade, Adv. Clin. Chem. 58 (2012) 141–191.

[3]XB Ling, ED Mellins, KG Sylvester, HJ Cohen, Urine peptidomics for clinical biomarker discovery, Adv. Clin. Chem. 51 (2010) 181–213.

[4]TK Sigdel, RB Klassen, MM Sarwal, Tolking av proteomet og peptidomet ved transplantasjon, Adv. Clin. Chem. 47 (2009) 139–169.

[5] ND Vaziri, Dyslipidemia av kronisk nyresvikt: natur, mekanismer og potensielle konsekvenser, Am. J. Physiol. Renal Physiol. 290 (2006) 262–272.

[6]ND Vaziri, J. Yuan, Z. Ni, SB Nicholas, KC Norris, Lipoproteinlipase-mangel ved kronisk nyresykdom er ledsaget av nedregulering av endotelial GPIHBP1-ekspresjon, Clin. Exp. Nephrol. 16 (2012) 238–243.

[7] ND Vaziri, Molecular mechanisms of lipid disorders in nephrotic syndrome, Kidney Int. 63 (2003) 1964–1976.

[8]ND Vaziri, Lipotoksisitet og svekket HDL-mediert revers kolesterol/lipidtransport ved kronisk nyresykdom, J. Ren. Nutr. 20 (2010) S35–S43.

[9]ND Vaziri, K. Norris, Lipidforstyrrelser og deres relevans for utfall ved kronisk nyresykdom, Blood Purif. 31 (2011) 189–196.

[10] ND Vaziri, Rolle av dyslipidemi i svekkelse av energimetabolisme, oksidativt stress, betennelse og kardiovaskulær sykdom ved kronisk nyresykdom, Clin. Exp. Nephrol. 18 (2014) 265–268.

[11]C. Waldner, G. Heise, K. Schroer, P. Heering, COX-2-hemming og prostaglandinreseptorer ved eksperimentell nefritt, Eur. J. Clin. Investere. 33 (2003) 969–975.

[12]A. Hartner, A. Pahl, K. Brune, M. Goppelt-Strube, Upregulation of cyclooxygenase-1 and the PGE2 receptor EP2 in rotte and human mesangial proliferative glomerulonephritis, Inflamm. Res. 49 (2000) 345–354.

[13]S. Tomasoni, M. Noris, S. Zappella, et al., Upregulation of renal and systemic cyclooxygenase-2 in patients with active lupus nephritis, J. Am. Soc. Nephrol. 9 (1998) 1202-1212.

[14]C. Zoja, A. Benigni, M. Noris, et al., Mycophenolate mofetil kombinert med en cyclooxygenase-2-hemmer lindrer murin lupus nefritt, Kidney Int. 60 (2001) 653–663.

[15]T. Takano, AV Cybulsky, WA Cupples, et al., Inhibition of cyclooxygenases reduserer komplementindusert glomerulær epitelcelleskade og proteinuri ved passiv Heymann-nefritt, J. Pharmacol. Exp. Ther. 305 (2003) 240–249.

[16]G. Heise, B. Grabensee, K. Schro€r, P. Heering, Forskjellige virkninger av cyclooxygenase 2-selektiv hemmer flosulid hos rotter med passiv Heymann-nefritt, Nephron 80 (1998) 220–226.

[17]ZG Xu, SL Li, L. Lanting, et al., Forholdet mellom 12/15-lipoksygenase og COX-2 i mesangiale celler: potensiell rolle i diabetisk nefropati, Kidney Int. 69 (2006) 512–519.

[18]A. Dey, RS Williams, DM Pollock, et al., Endret nyre CYP2C og cyclooxygenase-2 nivåer er assosiert med fedme-relatert albuminuri, obes. Res. 12 (2004) 1278–1289.

[19]X. Zhao, JE Quigley, J. Yuan, et al., PPAR-alfa-aktivator fenofibrat øker nyre-CYP-avledet eikosanoid-syntese og forbedrer endotelial dilatatorfunksjon hos overvektige Zucker-rotter, Am. J. Physiol. 290 (2006) H2187–H2195.

[20]Y. Zhou, S. Lin, HH Chang, et al., Kjønnsforskjeller i nyre-CYP-avledet eikosanoid-syntese hos rotter matet med en fettrik diett, Am. J. Hypertens. 18 (2005) 530–537.