Urinary MicroRNA in Diabetic Kidney Disease: En litteraturgjennomgang

Abstrakt:Diabetisk nyresykdomer den vanligste primærsykdommen avnyresykdom i sluttstadietglobalt; Imidlertid er det fortsatt ventet på en sensitiv og nøyaktig biomarkør for å forutsi denne sykdommen. MikroRNA er endogene enkelttrådet ikke-kodende RNA som har intervenert i forskjellige post-transkripsjonelle reguleringer av forskjellige cellulære biologiske funksjoner. Tidligere litteratur har rapportert dens potensielle rolle i patofysiologien til diabetisk nyresykdom, inkludert regulering av transformerende vekstFaktor- 1-mediert fibrose, ekstracellulær matrise og celleadhesjonsproteiner, cellulær hypertrofi, vekstfaktor, cytokinproduksjon og redokssystemaktivering. Urin mikroRNA har dukket opp som en ny, ikke-invasiv væskebiopsi forsykdomsdiagnose. I denne gjennomgangen beskriver vi tilgjengelige eksperimentelle og kliniske bevis på urin mikroRNA i sammenheng med diabetikerenyresykdomog diskutere fremtidig anvendelse av mikroRNA i rutinepraksis.

Nøkkelord:sukkersyke; diabetisk nyresykdom; eksosomer; mikroRNA; urin

KLIKK HER FOR Å FÅ CISTANCHE FOR DIABETISK NYRESYKDOM

Sukkersyke(DM) er en stor helsetrussel som involverer 463 millioner mennesker globalt [1,2].Diabetisk nyresykdom(DKD) utgjør hovedårsaken tilnyresykdom i sluttstadietover hele verden [3,4]. Den medisinske byrden er komplisert av dens sterke assosiasjon til hjerte- og karsykdommer, død [5,6], samt økt medisinsk økonomisk etterspørsel [7]. Forbedringer i forståelsen av patofysiologi og tidlig prediksjon av DKD er fortsatt et udekket klinisk behov.

Kunnskap om systembiologi og fremskritt innen high-throughput sekvenseringsteknologi har revolusjonert forståelsen av patofysiologien til DKD og biomarkørutvikling [8]. Klinisk oversettelse av forskjellige omiske biomarkører for prediksjon av DKD forblir begrenset når det gjelder prøvestørrelse og valideringskohort. En tilnærming som presist identifiserer predisponerte høyrisiko DM-pasienter for nyreprogresjon, er påtrengende.

Optimale biomarkører må gi tilstrekkelig sensitivitet og spesifisitet, være tilgjengelig i en ikke-invasiv natur og analysere med vennlige laboratorieferdigheter ved å bruke minimal tid og økonomisk forbruk. Urin representerer en ideell ikke-invasiv biomarkør, hovedsakelig for genitourinære sykdommer, fordi den lett samles i store mengder uten å skade pasienten. I tillegg til ulike typer proteiner, kan eksosomene, som kan skilles ut av celler fra forskjellige nefronsegmenter, også transportere protein-, mRNA- og mikroRNA (miRNA)-markører produsert under forhold mednyresvikteller strukturelle skader [9]. Fra dem kan urineksosomene gi en panoramautsikt over hele urinsystemet.

I denne narrative litteraturgjennomgangen undersøker vi nye bevis fra eksperimentell og menneskelig forskning som antyder den potensielle rollen til urin-miRNA for klinisk anvendelse i sammenheng med DKD.

1. Introduksjon av mikroRNA

MiRNA-ene er viktige epigenetiske regulatorer av genuttrykk som griper inn i ulike cellulære prosesser for helse og sykdomsstatus. Gener som koder for miRNA er lokalisert i den ikke-kodende regionen eller i introner av enten proteinkodende gener (miR-troner) eller ikke-kodende RNA [10]. Dette er små, mindre enn 70 nukleotider stamme-løkke-strukturer transkribert av RNA-polymerase II lokalisert i kjernen. miRNA binder sjelden til de kodende regionene til mRNA eller genomisk DNA, inkludert promoterregioner. Imidlertid kan de aktivt spille en rolle som regulatorer av cellulær krysstale ved å modifisere deres transkripsjonsprogram [11]. For tiden er det mer enn 38,000 modne sekvenser av miRNA inkludert i flybasen, og oppføringslisten vokser fortsatt [12].

De fleste miRNA-er forblir stabile og har en forlenget halveringstid, men andre individuelle miRNA-er kan oppleve en rask nedgang i visse cellulære forhold på grunn av eksistensen av spesifikke miljøstimuli eller cellulære faktorer [13]. miRNA er allestedsnærværende og kan være tilstede i forskjellige deler av kroppen, inkludert blod, urin og andre kroppsvæsker. For å unngå nedbrytning av miRNA av ribonukleaser, pakkes de ofte i form av mikrovesikler eller eksosomer eller bæres av RNA-bindende proteiner [14]. MiRNA-ene er potensielt overlegne biomarkører enn proteiner og mRNA-er på grunn av deres stabilitet i kroppsvæsker og den høye reproduserbarheten ved å bruke nøyaktige og følsomme amplifikasjonsmetoder. Imidlertid er isolering og kvantifisering av miRNA-er teknikk og tidkrevende, noe som begrenser deres anvendelser i rutinemessig klinisk praksis.

2. miRNA i nyrehomeostase

Flere miRNA-er uttrykkes primært ivoksen menneskelig nyre(som miR-215, miR-146a og miR-886); andre miRNA (for eksempel miR-192, miR-194, miR-21, miR-200a, miR-204 og la-7a –g), øker i nyrene så vel som i andre organer [15]. Dette uttrykket er vevsspesifikt og kan være avhengig av utviklingsstadiet. Sletting av miR-17~92-klyngen fører til defekt embryogenese, som påvirker stamceller og utvikling av nefroner. Mus med mangel på miR-17~92 kategoriseres etter nyrehypoplasi og forårsaker glomerulær skade og proteinuri [16].

miRNA er involvert i forskjellige nyrecellulære prosesser, glomerulær hemodynamisk, samt vedlikehold av væske- og elektrolyttbalanse. Andre miRNA-er i nyrene kan også påvirke renin-uttrykkende juxtaglomerulære celler, noe som fører til skade på disse cellene. Følgelig sank plasmareninnivået, og det var assosiert med hypotensjon og nyrefibrose [17]. MiRNA-ene kan også hjelpe til med osmolaritetshomeostase og ha effekter på prosessen med Na+, K+ og Ca2+-regulering i tilstanden til hypertoniske miljøer [18].

3. Rolle miRNA i DKD: Murine Experiments

Hyperglykemi kan utløse et komplekst samspill mellom metabolske og hemodynamiske faktorer som fører til oppkomsten av ulike diabetiske komplikasjoner, inkludert DKD. Tilstedeværelsen av høy glukosekonsentrasjon har en negativ innvirkning på alle nyrecellelinjer (mesangiale celler, tubulære celler, podocytter og endotelceller) og kan modulere uttrykket av miRNA som påvirker cellulær interkommunikasjon ognyrevevshomeostase [19]. 

Tallrike studier har vist forskjellen i uttrykket av sirkulerende miRNA gjennom hele progresjonen av DKD [15]. En tilstand med høyt glukose påvirker uttrykket av miR-29a og miR-29c, noe som fører til apoptose av podocytter og fremme av profibrotiske stoffer [20–22]. Hyperglykemi regulerer også uttrykket av miR-25, miR-93 og miR-192, som igjen påvirker redokssystemet, vaskulær endotelial vekstfaktor og tubulointerstitiell fibrose [23–25]. En omfattende beskrivelse av endringer i uttrykket av 41 miRNA i forskjellige dyrestudier er oppsummert i tabell 1.

Tabell 1. miRNA implisert i den diabetiske dyremodellen.

4. MiRNA-forskning i urin: menneskelig bevis

Forskning på miRNA har avslørt obskure gåter om patofysiologien til DKD. Videre har andre etterforskere avhørt den kliniske nytten av disse miRNA-ene for rutinemessig praksis. Nye bevis indikerer de sannsynlige rollene til urin miRNA som prediktorer for DKD utvikling eller progresjon [66]. Urin miRNA-nivåer gir en direkte refleksjon av nyrevevsskade. Disse miRNA-ene stammer fra celler og er innkapslet i ekstracellulære vesikler, kalt eksosomer, og skilles ut i forskjellige biologiske væsker, inkludert urin. Eksosomer kan utøve parakrine effekter og tjene som en formidler av intercellulær kommunikasjon. De er stabile i biologisk væske så vel som i parafininnstøpte seksjoner, noe som gjør disse eksosomer egnet som "væskebiopsi" eller biomarkører for spesifikke sykdomstilstander [67]. En rekke studier har undersøkt sammenhengen mellom urin mikroRNA og blodsukkernivåer. De fant at konsentrasjoner av forskjellige ekstravesikale miRNA-er i urin (som miRNA-941-5p, miRNA 34c-5p og miRNA-208a-3p) var korrelert med nivåer av glykosylert hemoglobin [68]. Tabell 2 viser endringer i uttrykket av urin miRNA assosiert med DKD i klinisk forskning. Vi identifiserte 141 unike urin miRNA assosiert med DKD. Spesielt er uttrykksretningen for spesifikk miRNA forskjellig mellom typer DM (type 1 vs. 2) og også mellom distinkte pasientkohorter (som uthevet med fet skrift). En mulig forklaring kan ligge i uklare mekanismer mellom de to typene DM. I tillegg kan flere tekniske bekymringer påvirke miRNA-profileringen, inkludert metoder for prøvetaking (behandling og lagring), en brøkdel av ekstrahert urin (urin, ekstra vesikkel fra urin, ekstra vesikkel utarmet urinfraksjon), analytisk plattform (qPCR, mikroarray) , genomomfattende profilering ved små-RNA-sekvensering) og artefaktforurensning [68]. Til slutt kan cellekilden til urin-miRNA oppstå fra alle kjønnsorganer, og funksjonen til urin-miRNA er ikke nødvendigvis den samme som sirkulerende. Sofistikert bioinformatikkanalyse og nettverksinteraksjonskart er i stand til å identifisere genontologiprosesser, klassifisering og relevante veier for målgener i denne moderne tid [66,69]. Disse tilnærmingene kan bidra til å dechiffrere de biologiske funksjonene til urin miRNA i patofysiologien til DKD.

Tabell 2. Urin miRNA implisert i humane studier relatert til diabetisk nyresykdom.

5. Ytelser av urin-miRNA som sykdomsbiomarkør

En del litteratur forsøkte å identifisere potensielle biomarkører fra urinprøver for å forutsi graden av nyreskade. Individuelle miRNA-er eller en klynge av miRNA-er ble brukt som mulige biomarkører for DKD med tilfredsstillende prediksjonsytelse. Li et al. fant at urinuttrykk av let{{0}}c-5p, miR29c-5p og miR-15b-5p kunne forutsi DKD med arealet under kurver (AUC) på henholdsvis 0.818, {{10}}.774 og 0.818 [7{{20}}] . Eissa S et al. observerte at AUC for miR-15b, miR-34a og miR-636 var henholdsvis 0.883, 0.917 og 0.984 for å skille DKD fra kontroller. Panelet sammensatt av tre miRNA ga en AUC på 0,912 [78,81]. De uttrykte nivåene av miR-95-3p, miR-185-5p, miR- 1246 og miR-631 i urinsedimenter kan også gi en god nøyaktighet (AUC, 0.{{ 31}}) for å skille DKD fra ikke-DKD eller andre sykdomstilstander [88]. Samlet antyder alle disse bevisene potensiell bruk av urin miRNA som ikke-invasive biomarkører for å forutsi DKD.

6. Konklusjoner

Sensitive biomarkører for å veilede beslutningsprosesser i forvaltningen av DKD forblir etterlengtet. Urin-miRNA kan representere lovende ikke-invasive og billige midler med diagnostiske eller prediktive implikasjoner ved DKD. Imidlertid er den kliniske anvendelsen utilfredsstillende til dags dato på grunn av inkonsistens mellom rapporterte data. De fleste forskningsprosjektene som ble rapportert, var oppdagelseseksperimenter med små prøver og begrensningsvalidering. I tillegg kan avvikene delvis forklares av forskjeller i prosedyrer for urinisolering, andelen urinfraksjon (fersk urin, konsentrater av ekstra-vesikler eller ekstra-vesikkel-utarmet fraksjon) som brukes, heterogenitet i rapportering av utfall og i graden av alvorlighetsgrad av nyrene (mikro vs. makroalbuminuri, intermitterende vs. vedvarende proteinuri). Videre muliggjorde fremskrittene innen analytisk metodikk oppdagelsen av nye miRNA-er. Nylig kan introduksjonen av den sensorbaserte metodikken ved bruk av etiketter på magnetiske perler forstørre måleeffekten. Inkorporering av bruk av spektrofotometri eller elektrokjemi, snarere enn direkte visualisering, kan ytterligere forbedre kvantifiseringsnøyaktigheten [89] med små prøvestørrelser og begrenset validering. Konsensus og standardisering av metoder brukt for å hente, isolere, lagre og måle miRNA-er kan forbedre reproduserbarheten av studieresultatene. Ytterligere validering med en utvidet prøvestørrelse er garantert for å flytte feltet fremover klinisk translasjon av urin-miRNA i DKD.

7. Gjennomgå kriterier

Vi gjennomførte en narrativ gjennomgang av dyre- og menneskestudier i publisert litteratur fra 1. oktober 2013 til 30. juli 2022. PubMed-databasen ble brukt til å søke i vitenskapelig litteratur ved å bruke følgende søkeord: "microRNA", "diabetic kidney disease", "diabetic". nefropati", og "urinveier". Denne narrative litteraturgjennomgangen fokuserte først og fremst på originalartikler skrevet på engelsk og publisert i fagfellevurderte tidsskrifter. Referanselistene over inkluderte artikler ble også håndsøkt. Referanser ble administrert ved hjelp av EndNote 20.1.

Uavhengige forskere (CKH og YTC) administrerte titler og sammendrag for å identifisere potensielt kvalifiserte studier for fulltekstgjennomgang. Vi inkluderte kun originalartikler og caseserier med over to case på engelsk for videre vurdering. Dataekstraksjon ble utført i duplikat av to uavhengige anmeldere (CCL, KJY). Når flere artikler som rapporterte data fra samme studiepopulasjon ble identifisert, ble de mest omfattende dataene brukt. Alle rapporterte miRNA-er er indeksert og annotert som en moden sekvens av miRNA identifisert fra miRbase-databasen. Studier var nødvendig for å gi kvantiserbare data om ekspresjonsnivåene til miRNA, for eksempel foldendringer (neduttrykk, opputtrykk, ikke endring eller absolutt verdi) eller arealet under kurver. Vi kontaktet studieforfatterne angående mulige ufullstendige data om miRNA-mengder presentert i utvalgte publikasjoner. Den metodiske kvaliteten på de inkluderte studiene ble ikke vurdert i denne narrative gjennomgangen fordi stor heterogenitet presentert i testteknikkene (ELISA, mikroarray, q-PCR, sekvensering, etc.) og forskjeller i rapporteringsresultater.

Vi identifiserte 247 poster fra PubMed-databasen for den første vurderingen, og bare 63 artikler ble inkludert for fulltekstgjennomgang; 40 artikler relatert til henholdsvis dyrestudier og 23 humane forskningsartikler (Figur 1). Denne litteraturgjennomgangen inkluderte en grundig vurdering av 41 miRNA fra dyreforsøk og 141 miRNA fra urinprøver fra DKD-pasienter.

Figur 1. Flytskjema over litteratursøk og utvalg

Referanser

1. WHO. Forbedre helseresultater for personer med diabetes mellitus: Målsetting for å redusere den globale byrden av diabetesMellitus innen 2030. 2021. Tilgjengelig på nett:https://www.who.int/publications/m/item/improving-health-outcomes-of-peoplemed-diabetes-mellitus(åpnet 30. oktober 2022).

2. Federation, ID IDF Diabetes Atlas. Niende utgave 2019. Tilgjengelig på nett:www.diabetesatlas.org(åpnet 13. september 2021).

3. Alicic, RZ; Cox, EJ; Neumiller, JJ; Tuttle, KR Inkretinmedisiner ved diabetisk nyresykdom: biologiske mekanismer og kliniskebevis.Nat. Rev. Nephrol.2021, 17, 227–244. [Kryssref] [PubMed]

4. System, USRD2020 USRDS årlige datarapport: Epidemiology of Kidney Disease i USA; National Institutes of Health,National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases: Bethesda, MD, USA, 2020.

5. Webster, AC; Nagler, EV; Morton, RL; Masson, P. Kronisk nyresykdom.Lancet2017, 389, 1238–1252. [Kryssref] [PubMed] 

6. Wen, CP; Cheng, TYD; Tsai, MK; Chang, YC; Chan, HT; Tsai, SP; Chiang, PH; Hsu, CC; Sung, PK; Hsu, YH; et al.Dødelighet av alle årsaker som kan tilskrives kronisk nyresykdom: En prospektiv kohortstudie basert på 462 293 voksne i Taiwan.Lancet2008, 371, 2173–2182. [Kryssref] [PubMed]

7. GBD Kronisk Nyresykdom Samarbeid. Global, regional og nasjonal byrde av kronisk nyresykdom, 1990–2017: Asystematisk analyse for Global Burden of Disease Study 2017.Lancet2020, 395, 709–733. [Kryssref] 

8. Betz, BB; Jenks, SJ; Cronshaw, AD; Lamont, DJ; Cairns, C.; Manning, JR; Goddard, J.; Webb, DJ; Mullins, JJ;Hughes, J.; et al.Urinpeptidomikk i en gnagermodell av diabetisk nefropati fremhever epidermal vekstfaktor som en biomarkør for nyreforverring hos pasienter med type 2 diabetes.Nyre Int.2016, 89, 1125–1135. [Kryssref] 

9. Alvarez, ML; Khosroheidari, M.; Kanchi Ravi, R.; Distefano, JK Sammenligning av protein-, mikroRNA- og mRNA-utbytter ved hjelp avforskjellige metoder for isolasjon av urineksosomer for oppdagelse av biomarkører for nyresykdom.Nyre Int.2012, 82, 1024–1032. [Kryssref] 

10. Krutzfeldt, J.; Rajewsky, N.; Braich, R.; Rajeev, KG; Tuschl, T.; Manoharan, M.; Stoffel, M. Silencing av mikroRNA in vivo med'antagomirer'.Natur2005, 438, 685–689. [Kryssref]