Del 2| Genetisk variasjon impliserer plasmaangiopoietin-2 i utviklingen av subfenotyper for akutt nyreskade

Klikk her for del 1

For mer informasjon, kontakt emily.li@wecistanche.com

Cistanche kan forbedre nyrefunksjonen

Diskusjon

Søket etter mottakelighetsgener i AKI har blitt hindret av heterogenitet innenfor den kliniske sykdomsfenotypen. Ved hjelp avAKIsub-fenotyper, har vi oppdaget at en genetisk variant nær ANGPT2-genet, rs2920656, er beskyttende mot utviklingen av AKI-SP2. Årsaksslutningsanalyse tyder på at plasma ANG-2-konsentrasjoner medierte 41,5 prosent av den genetiske assosiasjonen mellom rs2920656 ogAKI-SP2risiko i emner av europeiske aner. Videre viste in vitro-eksperimenter at den mindre allelen til rs2920656 kan føre til lavere ANG-2-proteinfrigjøring vedhumane nyre-endotelceller. I tillegg er plasma ANG-2 minimalt virkelig fjernet, noe som tyder på at forhøyede plasma ANG-2-konsentrasjoner sannsynligvis ikke skyldesnyreskade. Samlet sett gir disse funnene.

bevis på at plasma ANG-2 spiller en mekanistisk rolle i vertens respons på kritisk sykdom som fører til AKI-SP2. Forsøk på å målrette Ang-Tie2-aksen kan begrense AKI-alvorlighet og resultere i dårlige kliniske resultater [35]. ANPT2-genet er 100 prosent nestet i mikrocefalin-genet (MCPH1). Mutasjoner i MCPH1-genet har vært assosiert med sykdommer i nevrogenese og nyrecellekarsinom [36]. Vi har vist at rs2920656 er en intronisk variant i MCPH1 som regulerer plasma ANG-2-konsentrasjoner. Tidligere studier har identifisert genetiske varianter i MCPH1 [37] og ANGPT2 [38] som er assosiert med ANG-2-konsentrasjoner. Det kan også tenkes at rs2920656 påvirker MCPH1-uttrykk. Men så vidt vi vet, ingen rolle for MCPH1 ved akutt eller kronisknyresykdomeller vaskulær skade er beskrevet. I motsetning til dette har flere prekliniske og kliniske studier vist den viktige rollen til plasma ANG-2 i utviklingen av AKI [16, 39, 40].

Flere rapporter har implisert plasmabiomarkører for endotelfunksjon i patofysiologien til AKI [39, 41, 42]. ANG-1 og -2 er vaskulære endoteliale vekstfaktorer som begge binder seg til den endoteliale tyrosinkinasereseptoren (Tie-2), men som har kontekstavhengige aktiviteter [43]. ANG-1 frigjøres av pericytter og blodplater og er en agonist for Tie-2-reseptoren. ANG-1 er beskyttende ved å stabilisere endotelet og forhindre mikrosirkulatorisk kapillærlekkasje, et kjennetegn på AKI [44]. I motsetning til dette, fungerer ANG-2 typisk som en antagonist til Tie-2-reseptoren og fremmer endotelpermeabilitet [45] og betennelse [46, 47]. ANGPT2-genet koder for sirkulerende ANG-2, som frigjøres fra endotelceller under en inflammatorisk stimulus. Dyrestudier har vist at hemming av ANG-2-binding, økende ANG-1-konsentrasjoner [41, 44] eller aktivering av Tie-2 [46] reduserer endotellekkasje og beskytter mot AKI. Til sammen impliserer disse studiene en mekanistisk rolle for ANG-Tie2-aksen i AKI. Her demonstrerer vi genomisk regulering av plasma ANG-2 som en annen del som støtter den kausative rollen til ANG-2 i utviklingen av en alvorlig form for AKI, AKI-SP2.

Den sterke assosiasjonen mellom plasma ANG-2 og utviklingen av AKI-SP2 reiser spørsmålet om ANG-2 ligner kreatinin: filtrert avnyreog forhøyede nivåer er ganske enkelt refleksjoner av nedsatt nyrefiltrering. For å demonstrere at plasma ANG-2-konsentrasjoner ikke bare er en markør, men årsak til utviklingen av alvorlig AKI, gir vi to bevislinjer. For det første, ved hjelp av genetisk kausal slutningsanalyse, har vi vist at genetisk variasjon nær ANGPT2-genet er assosiert med ANG-2 plasmakonsentrasjoner og utviklingen av AKI-SP2. For det andre, i motsetning til kreatinin (113 Da), er ANG-2 (57,000 Da) et stort molekyl som neppe blir regelmessig filtrert ved glomerulus. I en kritisk syk populasjon har vi vist minimal renal clearance av ANG-2. Det er derfor usannsynlig at økninger i plasma ANG-2-konsentrasjoner skyldes forskjeller i nyrefiltreringen, og kan i stedet være involvert i patofysiologien til AKI hos kritisk syke pasienter.

Det er viktig å merke seg at individuelle genetiske varianter sannsynligvis har små samlede effekter på sykdomsutvikling fordi AKI sannsynligvis er en polygen sykdom. Styrken til denne analysen er identifiseringen av en genetisk variant som støtter ANG{{0}} som årsak i utviklingen av AKI. Selv varianter med beskjedne effektstørrelser gir muligheter for undersøkelse av potensielle nye årsaksveier ved bruk av genetisk medikamentanalyse. For eksempel er kardiovaskulær sykdom, lik AKI, en polygen egenskap med mange genetiske varianter som hver forklarer en liten andel av risikoen. Uansett tillot tre SNP-er som bare forklarte 0,4 til 2 prosent av variasjonen i nivåer av c-reaktivt protein, avgjørelsen om at c-reaktivt protein ikke var årsak i utviklingen av iskemisk vaskulær sykdom [48], og disse funnene ble bekreftet i påfølgende studier [49].

Vårt arbeid har flere styrker. Først brukte vi AKI-underfenotyper for å utnytte presisjon i fenotypedefinisjonen og for å maksimere prøvestørrelsen for å oppdage genetiske varianter. For det andre antyder årsaksanalyse at 41,5 prosent av den rs2920656-assosierte risikoen for å utvikle AKI-SP2 er forklart av plasma ANG-2-nivåer. Dette gir klinisk bevis, for å bygge på arbeid fra dyrestudier, for at modulering av plasma ANG-2-konsentrasjoner kan forbedre resultatene i kritisk sykdom-assosiert AKI. For det tredje, for å ta hensyn til potensiell gjenværende forvirring og for å knytte Ang-2-produksjon spesifikt tilnyreendotelceller, fullførte vi in ​​vitro-eksperimenter ved å bruke HKMECs. For det fjerde, ved å bruke en unik ICU-kohort med tidsbestemte urinprøver og før og etter plasmaprøver, var vi i stand til å demonstrere at minimale mengder plasma ANG-2 filtreres avnyre. Dermed er den sterke assosiasjonen til ANG-2 mednyrespesifikkutfall er sannsynligvis ikke forvirret av problemer med omvendt årsakssammenheng.

Vår studie har begrensninger. Vår utvalgsstørrelse var relativt liten. Imidlertid tillot vår veldefinerte kvantitative egenskap (AKI-SP2) oss å identifisere en genetisk assosiasjon med det begrensede antallet kritisk syke pasienter med AKI. For det andre var analyser begrenset til pasienter av europeiske aner for å redusere genetisk blanding, maksimere kraften og på grunn av forskjeller i allelfrekvenser blant etnisk bakgrunn. Fremtidig arbeid er berettiget for å studere alternative etniske populasjoner for å finne ut om lignende genomisk variasjon påvirker plasma ANG-2-konsentrasjoner. For det tredje, mens det var en trend i lavere ANG-2-målinger i PTEC-er med den mindre allelen, var resultatene ikke statistisk signifikante. Imidlertid er de menneskelige prøvene vanskelige å få tak i, og selv med en liten prøvestørrelse så vi en konsistent retning. For det fjerde, på grunn av det unike med dette datasettet, klarte vi ikke å finne en lignende pasientpopulasjon for å gjenskape funnene våre. Datasettet vårt inkluderte godt fenotypede pasienter med AKI, med genomiske, plasma- og kliniske utfallsdata. Innenfor de fire individuelle populasjonene inkludert i iSPAAR var det imidlertid en konsistent retning i effekt mellom rs2920656 og utviklingen av AKI-SP2. Fremtidig arbeid er berettiget for å forstå påvirkningen av rs2920656 på sub-fenotypeutvikling og AKI-spesifikke kliniske utfall.

Konklusjon

Oppsummert identifiserte vi en genetisk variant nær ANGPT2-genet som er assosiert med plasma ANG-2-konsentrasjoner og utviklingen av AKI-SP2 blant en kritisk syk befolkning. Vi testet også denne assosiasjonen gjennom studier fullført i HKMECs. Funnene våre antyder at plasma ANG-2 spiller en kausal rolle i utviklingen av AKI-SP2 og tror at innsats for å målrette Ang-Tie2-aksen kan forhindre utvikling av dårlige kliniske resultater.

Referanser

1. Clermont G, Acker CG, Angus DC, Sirio CA, Pinsky MR, Johnson JP. Nyresvikt på intensivavdelingen: sammenligning av virkningen av akutt nyresvikt og nyresykdom i sluttstadiet på utfall på intensivavdelingen.NyreInt. 2002;62:986–96.

2. Ishani A, Xue JL, Himmelfarb J, Eggers PW, Kimmel PL, Molitoris BA, et al. Akuttnyreskade øker risikoen for ESRD blant eldre. J Am Soc Nephrol JASN. 2009;20:223–8.

3. Coca SG, Yusuf B, Shlipak MG, Garg AX, Parikh CR. Langsiktig risiko for dødelighet og andre uheldige utfall etter akuttnyreskade: en systematisk oversikt og metaanalyse. Am J Kidney Dis Off J NatlNyreFunnet. 2009;53:961–73.

4. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL. Akuttnyreskade og kronisknyresykdom som sammenkoblede syndromer. N Engl J Med. 2014;371:58–66.

5. Stafford-Smith M, Li YJ, Mathew JP, Li YW, Ji Y, Phillips-Bute BG, et al. Genomomfattende assosiasjonsstudie av akutt nyreskade etter koronar bypasstransplantatkirurgi identifiserer følsomhetsloci. Nyre Int. 2015;88:823–32.

6. Zhao B, Lu Q, Cheng Y, Belcher JM, Siew ED, Leaf DE, et al. En genomomfattende assosiasjonsstudie for å identifisere enkeltnukleotidpolymorfismer for akutt nyreskade. Am J Respir Crit Care Med. 2016;195:482–90.

7. Barasch J, Zager R, Bonventre JV. Akutt nyreskade: et definisjonsproblem. Lancet Lond Engl. 2017;389:779–81.

8. Copeland KT, Checkoway H, McMichael AJ, Holbrook RH. Bias på grunn av feilklassifisering i estimeringen av relativ risiko. Am J Epidemiol. 1977;105: 488–95.

9. Sioux V, González JR, Bouzigon E, Curjuric I, Boudier A, Imboden M, et al. Genetisk heterogenitet av astma-fenotyper identifisert ved en klyngetilnærming. Eur Respir J. 2014;43:439–52.

10. Bhatraju PK, Zelnick LR, Herting J, Katz R, Mikacenic C, Kosamo S, et al. Identifikasjon av subfenotyper av akutt nyreskade med forskjellige molekylære signaturer og respons på vasopressinbehandling. Am J Respir Crit Care Med. 2018;199:863–72.

11. Russell JA, Walley KR, Singer J, Gordon AC, Hébert PC, Cooper DJ, et al. Vasopressin versus noradrenalin infusjon hos pasienter med septisk sjokk. N Engl J Med. 2008;358:877–87.

12. Wu X, Guo R, Chen P, Wang Q, Cunningham PN. TNF induserer caspase-avhengig betennelse i renale endotelceller gjennom en rho- og myosin lett kjede kinase-avhengig mekanisme. Am J Physiol Renal Physiol. 2009;297:F316–26.

13. Xu C, Chang A, Hack BK, Eadon MT, Alper SL, Cunningham PN. TNF-mediert skade på det glomerulære endotelet er en viktig determinant for akutt nyreskade ved sepsis. Nyre Int. 2014;85:72–81.

14. Cunningham PN, Dyanov HM, Park P, Wang J, Newell KA, Quigg RJ. Akutt nyresvikt ved endotoksemi er forårsaket av TNF som virker direkte på TNF-reseptoren-1 i nyrene. J Immunol. 2002;168:5817–23.

15. Han S, Lee SJ, Kim KE, Lee HS, Oh N, Park I, et al. Forbedring av sepsis ved TIE2-aktiveringsindusert vaskulær beskyttelse. Sci Transl Med. 2016;8:335ra55.

16. Parikh SM. Angiopoietin-Tie2-signalaksen ved systemisk betennelse. J Am Soc Nephrol JASN. 2017;28:1973–82.

17. Wei Y, Tejera P, Wang Z, Zhang R, Chen F, Su L, et al. En missense genetisk variant i LRRC16A/CARMIL1 forbedrer overlevelsen av akutt respiratorisk distress syndrom ved å dempe nedgangen i antall blodplater. Am J Respir Crit Care Med. 2017;195:1353–61.

18. Trinder M, Genga KR, Kong HJ, Blauw LL, Lo C, Li X, et al. Kolesterylesteroverføringsprotein påvirker lipoproteinnivåer med høy tetthet og overlevelse ved sepsis. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199:854–62.

19. Reilly JP, Wang F, Jones TK, Palakshappa JA, Anderson BJ, Shashaty MGS,

et al. Plasma-angiopoietin-2 som en potensiell årsaksmarkør i sepsis-assosiert ARDS-utvikling: bevis fra Mendelsk randomisering og mediasjonsanalyse. Intensiv Med. 2018;44:1849–58.

20. Bhatraju PK, Mukherjee P, Robinson-Cohen C, O'Keefe GE, Frank AJ,

Christie JD, et al. Akutt nyreskade subfenotyper basert på

Kreatininbanen identifiserer pasienter med økt risiko for død. Crit Care Lond Engl. 2016;20:372.

21. National Heart, Lung, and Blood Institute Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) Clinical Trials Network, Matthay MA, Brower RG, Carson S, Douglas IS, Eisner M, et al. Randomisert, placebokontrollert klinisk studie av en aerosolisert₂-agonist for behandling av akutt lungeskade. Am J Respir Crit Care Med. 2011;184:561–8.

22. National Heart, Lung, and Blood Institute Acute Respiratory Distress Syndrome (Ards) Clinical Trials Network, Wheeler AP, Bernard GR, Thompson BT, Schoenfeld D, Wiedemann HP, et al. pulmonal-arterie versus sentralt venekateter for å veilede behandling av akutt lungeskade. N Engl J Med 2006;354:2213–2224.

23. Rice TW, Wheeler AP, Thompson BT, de Boisblanc BP, Steingrub J, Rock P, et al. Enteral omega-3 fettsyre, gamma-linolensyre og antioksidanttilskudd ved akutt lungeskade. JAMA. 2011;306:1574–81.

24. Gong MN, Zhou W, Williams PL, Thompson BT, Pothier L, Christiani DC. Polymorfismer i det mannosebindende lektin-2-genet og akutt respiratorisk distress-syndrom. Crit Care Med. 2007;35:48–56.

25. Liu KD, Glidden DV, Eisner MD, Parsons PE, Ware LB, Wheeler A, et al. Prediktiv og patogenetisk verdi av plasmabiomarkører for akutt nyreskade hos pasienter med akutt lungeskade. Crit Care Med. 2007;35:2755–61.

26. Liu KL, Lee KT, Chang CH, Chen YC, Lin SM, Chu PH. Forhøyet plasmatrombomodulin og angiopoietin-2 forutsier utvikling av akutt nyreskade hos pasienter med akutt hjerteinfarkt. Crit Care Lond Engl. 2014;18:R100.

27. Siew ED, Matheny ME, Ikizler TA, Lewis JB, Miller RA, Waitman LR, et al. Vanlige surrogater for baseline nyrefunksjon påvirker klassifiseringen og prognosen for akutt nyreskade. Nyre Int. 2010;77:536–42.

28. Howie BN, Donnelly P, Marchini J. En fleksibel og nøyaktig genotype-imputasjonsmetode for neste generasjon av genomomfattende assosiasjonsstudier. PLoS Genet. 2009;5:e1000529.

29. Marchini J, Howie B. Genotypeimputasjon for genomomfattende assosiasjonsstudier. Nat Rev Genet. 2010;11:499–511.

30. Lee PH, Bergen SE, Perlis RH, Sullivan PF, Sklar P, Smoller JW, et al. Modifikatorer og undertypespesifikke analyser i hel-genom assosiasjonsstudier: et sannsynlighetsrammeverk. Hum Hered. 2011;72:10–20.

31. Bhatraju P, Hsu C, Mukherjee P, Glavan BJ, Burt A, Mikacenic C, et al. Assosiasjoner mellom enkeltnukleotidpolymorfismer i FAS-banen og akutt nyreskade. Crit Care Lond Engl. 2015;19:368.

32. Yeboah J, Delaney JA, Nance R, McClelland RL, Polak JF, Sibley CT, et al. Formidling av kardiovaskulære risikofaktoreffekter gjennom subklinisk vaskulær sykdom: den multietniske studien av aterosklerose. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2014;34:1778–83.

33. Kosuke Imai, Luke Keele, Teppei Yamamoto. Identifikasjon, inferens og sensitivitetsanalyse for kausale medieringseffekter. JSTOR. 2010;25:51–71.

34. Skol AD, Scott LJ, Abecasis GR, Boehnke M. Fellesanalyse er mer effektiv enn replikasjonsbasert analyse for to-trinns genomomfattende assosiasjonsstudier. Nat Genet. 2006;38:209–13.

35. Higgins SJ, Purcell LA, Silver KL, Tran V, Crowley V, Hawkes M, et al. Dysregulering av angiopoietin-1 spiller en mekanistisk rolle i patogenesen av cerebral malaria. Sci Transl Med. 2016;8:358ra128.

36. Pulvers JN, Journiac N, Arai Y, Nardelli J. MCPH1: et vindu inn i hjernens utvikling og evolusjon. Frontcelle Neurosci. 2015 [sitert 19. mars 2019];9.

37. Lieb W, Chen MH, Larson MG, Safa R, Teumer A, Baumeister SE, et al. Genomomfattende assosiasjonsstudie for endotelvekstfaktorer. Circ Cardiovasc Genet. 2015;8:389–97.

38. Meyer NJ, Li M, Feng R, Bradfield J, Gallop R, Bellamy S, et al. ANGPT2 genetisk variant er assosiert med traume-assosiert akutt lungeskade og endret plasma angiopoietin -2 isoform ratio. Am J Respir Crit Care Med. 2011;183:1344–53.

39. Jongman RM, van Klarenbosch J, Molema G, Zijlstra JG, de Vries AJ, van Meurs M. Angiopoietin/Tie2 Dysbalanse er assosiert med akutt nyreskade etter hjertekirurgi assistert av kardiopulmonal bypass. PLoS One. 2015;10:e0136205.

40. Robinson-Cohen C, Katz R, Price BL, Harju-Baker S, Mikacenic C, Himmelfarb J, et al. Forening av markører for endotelial dysregulering Ang1 og Ang2 med akutt nyreskade hos kritisk syke pasienter. Crit Care Lond Engl. 2016;20:207.

41. David S, Park JK, van Meurs M, Zijlstra JG, Koenecke C, Schrimpf C, et al. Akutt administrering av rekombinant angiopoietin-1 forbedrer multipelorgandysfunksjonssyndromer og forbedrer overlevelse ved murin sepsis. Cytokin. 2011;55:251–9.

42. Kümpers P, Hafer C, David S, Hecker H, Lukasz A, Fliser D, et al. Angiopoietin-2 hos pasienter som trenger nyreerstatningsterapi på intensivavdelingen: forhold til akutt nyreskade, multippelorgandysfunksjonssyndrom og utfall. Intensiv Med. 2010;36:462–70.

43. Yuan HT, Khankin EV, Karumanchi SA, Parikh SM. Angiopoietin 2 er en delvis agonist/antagonist av Tie2-signalering i endotelet. Mol Cell Biol. 2009; 29:2011–22.

44. Kim DH, Jung YJ, Lee AS, Lee S, Kang KP, Lee TH, et al. COMP-angiopoietin- 1 reduserer lipopolysakkarid-indusert akutt nyreskade. Nyre Int. 2009;76:1180–91.

45. Felcht M, Luck R, Schering A, Seidel P, Srivastava K, Hu J, et al. Angiopoietin- 2 regulerer angiogenese differensielt gjennom TIE2 og integrinsignalering. J Clin Invest. 2012;122:1991–2005.

46. ​​Fiedler U, Reiss Y, Scharpfenecker M, Grunow V, Koidl S, Thurston G, et al. Angiopoietin-2 sensibiliserer endotelceller for TNF-alfa og har en avgjørende rolle i induksjon av betennelse. Nat Med. 2006;12:235–9.

47. Higgins SJ, De Ceunynck K, Kellum JA, Chen X, Gu X, Chaudhry SA, et al. Tie2 beskytter vaskulaturen mot trombedannelse ved systemisk betennelse. J Clin Invest. 2018;128:1471–84.

48. Zacho J, Tybjaerg-Hansen A, Jensen JS, Grande P, Sillesen H, Nordestgaard BG. Genetisk forhøyet C-reaktivt protein og iskemisk vaskulær sykdom. N Engl J Med. 2008;359:1897–908.

Emerging Risk Factors Samarbeid; Kaptoge S, Di Angelantonio E, Lowe G, Pepys MB, Thompson SG, Collins R, Danesh J. C-reaktiv proteinkonsentrasjon og risiko for koronar hjertesykdom, hjerneslag og dødelighet: en individuell deltakermetaanalyse. Lancet. 2010;375(9709):132-40