Lipidomics: Wawasan Baru Mengenai Penyakit Buah Pinggang

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

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

Abstrak

Disebabkan kejadian diabetes jenis-2 dan hipertensi, kronikbuah pinggangpenyakit (CKD) telah muncul sebagai masalah kesihatan awam utama di seluruh dunia. CKD mengakibatkan kematian pramatang akibat penyakit kardiovaskular yang dipercepatkan dan pelbagai komplikasi lain. Pengesanan awal, pemantauan teliti fungsi buah pinggang, dan tindak balas terhadap campur tangan terapeutik adalah penting untuk pencegahan perkembangan CKD dan komplikasinya. Malangnya, biomarker tradisional fungsi buah pinggang tidak cukup sensitif atau khusus untuk mengesan peringkat awal penyakit apabila campur tangan terapeutik adalah paling berkesan. Oleh itu, biomarker yang lebih sensitif daripadabuah pinggangpenyakitdiperlukan untuk diagnosis awal, pemantauan, dan rawatan yang berkesan. CKD mengakibatkan perubahan mendalam dalam metabolisme lipid dan lipoprotein yang seterusnya menyumbang kepada perkembangan CKD dan komplikasi kardiovaskularnya. Lipid dan metabolit terbitan lipid memainkan peranan yang pelbagai dan sangat penting dalam struktur dan fungsi sel, tisu, dan biobendalir. Lipidomics ialah cabang metabolomik, yang merangkumi kajian global lipid dan fungsi biologinya dalam kesihatan dan penyakit termasuk pengenalpastian biomarker untuk diagnosis, prognosis, pencegahan dan tindak balas terapeutik untuk pelbagai penyakit. Kajian ini meringkaskan perkembangan terkini dalam lipidomik dan aplikasinya kepada pelbagaibuah pinggangpenyakittermasuk glomerulonephritis kronik, nefropati IgA, kegagalan buah pinggang kronik, karsinoma sel renal, nefropati diabetik, dan kegagalan buah pinggang akut dalam penyelidikan klinikal dan eksperimen. Teknologi analisis, analisis data, serta biomarker metabolik penyakit buah pinggang yang diketahui pada masa ini ditangani. Perspektif masa depan dan potensi had lipidomik dibincangkan.

Cistanche deserticola menghalangbuah pinggangpenyakit, klik di sini untuk mendapatkan sampel

1. PENGENALAN

Disebabkan kejadian diabetes jenis-2 dan hipertensi, kronikbuah pinggangpenyakit(CKD) telah muncul sebagai isu kesihatan awam utama di seluruh dunia. CKD mengakibatkan hilang upaya dan kematian pramatang daripada penyakit kardiovaskular yang dipercepatkan dan komplikasi yang menyertainya [1]. Banyak keadaan patologi termasuk genetik, metabolik, toksik, imunologi, berjangkit, hemodinamik, mekanikal, dan gangguan lain yang membawa kepada perkembangan dan perkembanganbuah pinggangpenyakit. Pengesanan awal, pemantauan teliti fungsi buah pinggang, dan tindak balas terhadap campur tangan terapeutik adalah penting untuk diagnosis tepat pada masanya dan pencegahan perkembangan CKD dan komplikasinya. Malangnya, penanda tradisional fungsi buah pinggang tidak cukup sensitif atau khusus untuk mengesan CKD dan komplikasi kardiovaskular atau komplikasi lain pada peringkat awal apabila campur tangan terapeutik paling berkesan. Sebagai contoh, biomarker yang paling biasa digunakan, iaitu, kreatinin serum dan urea dan pelepasan kreatinin, banyak dipengaruhi oleh faktor-faktor yang bebas daripada fungsi dan struktur buah pinggang intrinsik. Dalam konteks ini, jisim otot memberi kesan ketara kepada kreatinin, pengambilan protein dan keseimbangan cecair memodulasi urea, dan penggunaan perencat enzim penukar angiotensin atau penyekat reseptor angiotensin, serta pengambilan protein diet, menjejaskan pelepasan kreatinin. Oleh itu, adalah perlu untuk membangunkan biomarker sensitif dan khusus untuk pengesanan awal penyakit buah pinggang dan pemantauan perkembangan dan tindak balasnya terhadap campur tangan terapeutik. Wawasan tentang perbezaan dinamik dalam peraturan genetik, protein, dan metabolit, interaksi, dan fungsi dalam penyakit buah pinggang mungkin mengenal pasti biomarker diagnostik dan prognostik dan sasaran terapeutik baru [2-4].

CKD mengakibatkan perubahan mendalam dalam metabolisme lipid dan lipoprotein [5-7]. Gangguan lipid yang berkaitan, seterusnya, menyumbang kepada perkembangan CKD dan komplikasi kardiovaskular dan lain-lain [8-10]. Lipidomics, kajian global lipid dalam sel, tisu, dan biofluid, melibatkan analisis spesies lipid dan kelimpahannya untuk menjelaskan fungsi biologi, penyetempatan subselular, dan pengedaran tisu. Lipid berat molekul kecil seperti asid lemak, gliserolipid, gliserofosfolipid (GP), dan sphingolipid berfungsi pelbagai dan kompleks dalam kesihatan dan penyakit. Mereka memainkan peranan penting dalam peraturan normalbuah pinggangfungsi dan patogenesisbuah pinggangpenyakit. Kajian terdahulu telah menunjukkan peningkatan ketara glomerular cyclooxygenase-1 atau -2 dalam model pesakit dalam dan haiwan bagi glomerulonephritis [11–13] dan upregulasi ekspresi glomerular cyclooxygenase-2 dalam pesakit dalam dan model haiwan lupus nefritis [13,14]. Perencatan cyclooxygenase telah ditunjukkan untuk memperbaiki nefritis Heymann pasif dan nefritis lupus dalam haiwan eksperimen [14-16]. Leukotrienes, dikaitkan dengan kecederaan glomerular radang dan produk lipoxygenase (12-asid hidroksieicosatetraenoic), pengantara angiotensin II dan faktor pertumbuhan mengubah- -mengakibatkan pengembangan mesangial dalam nefropati diabetik (DN) [17]. 20-Asid hidroksieicosatetraenoik dan epoksieikosatrienoik terlibat dalam beberapa bentuk kecederaan buah pinggang, termasuk kecederaan buah pinggang dalam sindrom metabolik [18–20] dan seramida telah ditunjukkan memainkan peranan dalam patogenesis kecederaan buah pinggang akut. Diambil bersama, terdapat bukti yang semakin meningkat yang menyokong peranan lipid dan metabolit yang berasal dari lipid dalam patogenesis penyakit buah pinggang. Oleh itu, analisis mediator lipid utama telah muncul sebagai alat penting dalam diagnosis, prognosis, dan rawatan penyakit buah pinggang.

Artikel ini mengkaji kemajuan terkini dalam penggunaan lipidomik dalam menjelaskan patogenesis dan potensirawatan daripadabuah pinggangpenyakit.

2. PENYAKIT BUAH PINGGANG

Biologi sistem membenarkan analisis tepat pada masa rangkaian pengawalseliaan dan biologi dalam metabolisme sel [21-23]. Pencirian komprehensif penyakit buah pinggang boleh memberikan maklumat penting dan integratif untuk mencirikan hubungan molekul yang lebih baik yang mendasari patofisiologi ini untuk membangunkan penanda yang lebih dipercayai dan khusus untuk diagnosis, prognosis, pencegahan, dan tindak balas terapeutik [2,24]. Pertumbuhan biologi sistem dan pembangunan alat eksperimen dan pengiraan baharu telah membolehkan penyambungan mekanisme pengawalseliaan gen-sel-organ pada pelbagai peringkat untuk mengintegrasikan biologi molekul dan sel bagibuah pinggangstruktur dan fungsi [25–29]. Lipid memainkan peranan yang pelbagai dan penting dalam sistem biologi termasuk struktur dwilapisan membran, penyimpanan tenaga, transduksi isyarat, dan juga menyediakan sokongan berfungsi untuk protein membran dan interaksinya [30]. Sebagai contoh, asid arakidonik adalah prekursor eicosanoids, yang bertindak sebagai molekul isyarat melalui reseptor tertentu yang membawa kepada proses keradangan [31]. Triasilgliserida berfungsi sebagai simpanan tenaga selular dan memainkan peranan penting dalam metabolisme dan penyakit [32]. Sesetengah spesies lipid, iaitu, lysophosphatidylcholines (LPC), glycerophosphoethanolamines (PE), phosphatidylcholines (PC), dan glycerophosphoinositols (PI), nampaknya berpotensibuah pinggangpenanda penyakit [33]. Di sini, kami memberikan gambaran keseluruhan pendekatan lipidomik dalambuah pinggangpenyakit.

manfaat cistanche: merawat penyakit buah pinggang

3.LIPID DAN LIPIDOMIK

3.1. Definisi, klasifikasi, dan fungsi biologi lipid

Lipid, komponen asas membran biologi, adalah kelas molekul yang pelbagai dari segi struktur dan fungsi. Bergantung kepada biosintesis dan struktur kimia, lipid ditakrifkan sebagai hidrofobik atau amphifilik. Lipid amfifilik wujud dalam vesikel, membran, atau liposom dalam persekitaran berair. Lipid biologi menghasilkan dua jenis subunit biokimia yang berbeza: kumpulan isoprena dan ketoasil [34]. Berdasarkan definisi ini, lipid boleh dibahagikan kepada lapan kategori: asid lemak, gliserolipid, sphingolipid, GP, saccharolipid, lipid sterol, lipid prenol, dan polyketides (Rajah 1) [34]. Asid lemak dan gliserolipid mempunyai struktur yang agak mudah. Asid lemak adalah salah satu kelas lipid yang paling penting dan komponen asas semua lipid. Asid lemak mempunyai rantai karbon lurus tepu atau tak tepu dengan panjang 4–24 atom karbon dan 0–6 ikatan berganda. Asid lemak adalah prekursor pelbagai lipid bioaktif. Eikosanoid termasuk leukotrien, prostaglandin, dan tromboksan yang memainkan peranan penting dalam perkembangan proses keradangan [35]. Gliserolipid terdiri daripada gliserol mono-, di-, dan tri-substitusi yang berbeza dalam kandungan asid lemak yang diesterkan kepada kumpulan hidroksil tulang belakang gliserol [36]. Pelbagai kajian telah menunjukkan bahawa sintesis trigliserida yang diubah dan katabolisme memainkan peranan penting dalam kejadian dan perkembangan banyak penyakit [37,38]. Lipid steroid, termasuk kolesterol dan derivatifnya yang terdiri daripada struktur teras empat cincin bercantum, adalah komponen penting lipid membran. Lipid steroid mempunyai peranan biologi yang berbeza seperti fungsi pengawalseliaan isyarat sel dan modulasi cecair selular [39].

GP, juga dikenali sebagai fosfolipid, berada di mana-mana adalah komponen penting dwilapisan lipid, dan terlibat dengan isyarat dan metabolisme sel. Berdasarkan sifat kumpulan kepala polar pada kedudukan sn-3 tulang belakang gliserol dalam eukariota dan eubacteria atau kedudukan sn-1 dalam kes archaebacteria [40], GP boleh dibahagikan kepada yang berbeza. kelas termasuk glycerophosphocholines, asid glycerophosphatidic, glycerophosphoglycerols (PG), glycerophosphocholines (PS), PE, dan PI. Tisu otak mengandungi G yang agak tinggi, dan perubahan komposisi mereka telah terlibat dalam gangguan neurologi [41]. Sesetengah GP seperti LPC, PC, PE, dan PI telah dikenal pasti sebagai biomarker berpotensi kanser, buah pinggang, dan penyakit kardiovaskular [33,42,43]. Sphingolipid terdiri daripada keluarga kompleks sebatian yang terdiri daripada tulang belakang asas 1,3- dihidroksil, 2-alkana amino, atau alkena (asas sphingoid). Sphingomyelin (SM) dan sphingosine ialah dua sphingolipid penting yang terdiri daripada kumpulan kepala phosphorylcholine dan asid lemak yang dikaitkan dengan 1-kumpulan hidroksil dan 2-kumpulan amino bagi rantai sphingoid, masing-masing. Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa ceramida, yang tergolong dalam N-asil-derivatif sphingosine, dikaitkan dengan CKD [44].

3.2.Lipidomics

Walaupun subfraksi metabolom, kerumitan spesies lipid, sifat kimianya yang berbeza, dan aktiviti biologi yang penting telah menjadikan lipidome sebagai tumpuan penyelidikan yang besar. Metabolomik ditakrifkan sebagai "pengukuran kuantitatif tindak balas metabolik multiparametrik dinamik sistem hidup kepada rangsangan patofisiologi atau pengubahsuaian genetik" [45,46]. Metabolomik ialah analisis kuantitatif bukan sasaran biobendalir dan tisu untuk metabolit endogen jisim molekul rendah. Lipidomics, sebagai cabang metabolomik, pertama kali diperkenalkan oleh Han dan Gross pada tahun 2003 [47]. Lipidomics telah ditakrifkan sebagai "pencirian penuh spesies molekul lipid dan peranan biologi mereka dalam ekspresi protein yang terlibat dalam metabolisme dan fungsi lipid, termasuk peraturan gen" [48]. Lipidomics mewakili peralihan daripada kajian lipid individu kepada pemeriksaan metabolit lipid global dalam konteks bersepadu sistem untuk lebih memahami peranan mereka dalam proses patofisiologi. Dalam 10 tahun yang lalu, lipidomik telah muncul sebagai bidang baharu dalam biologi sistem dan telah meningkatkan minat dalam diagnosis penyakit dan penemuan biomarker (obesiti, diabetes, penyakit kardiovaskular, penyakit Alzheimer, kanser pankreas, dll.), penemuan dan pembangunan farmaseutikal, manusia. penyelidikan makanan dan pemakanan [49–55]. Pendekatan berkuasa ini boleh mendedahkan ciri metabolik unik kejadian normal, patologi atau khusus rawatan. Baru-baru ini, peningkatan bilangan kajian dan ulasan lipidomik telah diterbitkan menggunakan spektrometri jisim (MS), resonans magnetik nuklear (NMR), dan modaliti spektroskopi lain [56-61]. Teknologi pemisahan, kromatografi gas (GC), kromatografi cecair (LC), kromatografi cecair superkritikal, dan elektroforesis kapilari, adalah kritikal untuk pemeriksaan lipidomik sampel kompleks [62]. Untuk mendapatkan maklumat ion molekul struktur, MS tenaga perlanggaran rendah mula-mula digunakan diikuti oleh keadaan MS2 tenaga perlanggaran yang lebih tinggi untuk mendapatkan ion serpihan. Biasanya ion prekursor dipilih dan pemecahan dipantau oleh spektrometri jisim tandem (MS/MS). Pendekatan ini memberikan maklumat struktur yang lebih besar dan pengesanan spesies lipid individu dalam sampel biologi kompleks. Di samping itu, MS / MS telah semakin digunakan untuk membangunkan kaedah kuantitatif untuk lipidomik sasaran [63]. Pendekatan ini, bagaimanapun, memerlukan maklumat berdasarkan MS imbasan penuh sebelumnya. Pada tahun 2005, Wrona et al.[64] memperkenalkan teknik MSE di mana dua fungsi pengimbasan adalah serentak untuk pengumpulan data. MSE menyediakan imbasan berselang seli selari untuk pemerolehan pada tenaga perlanggaran rendah untuk maklumat ion prekursor (MS) atau tenaga perlanggaran tinggi untuk serpihan jisim tepat imbasan penuh, ion prekursor dan maklumat kehilangan neutral (MSE). Pendekatan ini memberikan maklumat yang serupa kepada MS2 konvensional (MS/MS) dalam satu larian analisis dan maklumat struktur yang diperlukan untuk mengenal pasti biomarker yang tidak diketahui dalam analisis yang tidak disasarkan [65-70]

manfaat kesihatan cistanche

3.3.Kaedah analisis untuk lipidomik

Kaedah tradisional analisis lipid biasanya melibatkan pengekstrakan pelarut bagi sampel biologi (darah, tisu, sel, dan organisma) diikuti dengan pengasingan lipid menggunakan kromatografi lapisan nipis, pengekstrakan fasa pepejal, atau LC fasa normal dan pengasingan kelas tertentu. lipid kepada spesies molekul individu dengan kromatografi cecair berprestasi tinggi (HPLC)- pengesan ultraungu atau pengesan penyejatan cahaya penyejatan. Menggunakan kaedah tradisional ini, spesies molekul tunggal dari banyak kelas lipid boleh dianalisis [71]. Walaupun GC telah digunakan untuk menentukan kandungan asid lemak pelbagai lipid dengan kaedah metil ester, pendekatan ini cenderung memakan masa dan melibatkan hidrolisis dan derivatisasi spesimen. Secara amnya, analisis lipid konvensional biasanya memerlukan kuantiti sampel yang besar kerana banyak spesies aktif secara biologi terdapat dalam jumlah yang sangat kecil. Disebabkan kerumitan yang wujud, penyediaan sampel mungkin melibatkan pengekstrakan berbilang sekali gus mengurangkan sensitiviti dan resolusi. Di samping itu, kaedah ini adalah intensif buruh dan selalunya memerlukan derivatisasi sekali gus mengehadkan daya pengeluaran.

Sebaliknya, analisis sampel langsung boleh digunakan untuk lipidomik MS [72,73]. Teknologi MS infusi langsung mempunyai kebolehulangan yang baik, ketepatan, dan kepekaan yang tinggi serta kurang memakan masa berbanding kaedah tradisional. Lazimnya, pengionan elektrospray quadrupole-time-of-flight (ESI-QTOF) dan pengionan desorpsi laser berbantukan matriks (MALDI) ialah sumber ion yang paling banyak digunakan dalam analisis MS infusi langsung [74,75]. MS infusi langsung adalah mudah dan pantas. Had utamanya ialah penindasan ion, yang menghalang sensitiviti dan ketepatan kuantitatif. Malangnya, kaedah ini tidak dapat mengenal pasti lipid isobaric dan isomeric, yang jisimnya adalah sama dan sering menghasilkan corak pemecahan yang serupa. Walaupun MS infusi langsung agak terhad dalam mencari sebatian baru dan tidak diketahui daripada pangkalan data lipid, ia mungkin berguna untuk menyaring laluan biokimia dalam pelbagai penyakit pada masa hadapan. Tinjauan komprehensif ESI / MS infusi langsung, ESI-QTOF / MS, dan MALDI / MS dan aplikasinya dalam lipidomik telah diterbitkan [74,75].

MS biasanya digabungkan dengan LC untuk lipidomik dan kajian berasaskan LC-MS dalam lipidomik telah dikaji semula [76]. Biasanya, kelebihan pendekatan LC-MS ialah kebolehulangan yang baik, ketepatan, dan kepekaan yang tinggi untuk pengenalpastian lipid yang diketahui atau baru. Sepanjang dekad yang lalu, HPLC-MS telah digunakan secara meluas untuk kedua-dua analisis disasarkan dan tidak disasarkan dalam metabolomik dan lipidomik menggunakan instrumen quadrupole tunggal, hibrid dan resolusi tinggi. Untuk pemprofilan global, gabungan kromatografi cecair ultra-prestasi (UPLC) ditambah dengan QTOF/MS atau mobiliti ion tandem TOF/MS adalah pilihan popular [77-80]. Ini menyediakan analisis pantas dengan MS resolusi tinggi. UPLC menggunakan zarah bersaiz sub-2 μm dan beroperasi pada tekanan yang meningkat (6000–15,000 psi) dengan itu memberikan resolusi kromatografi tinggi berbanding HPLC konvensional dengan zarah 5 μm [81]. Pertambahan resolusi terhasil daripada nisbah isyarat/bunyi yang dipertingkatkan dan lebar puncak yang sempit berbanding HPLC konvensional. Pendekatan ini berfaedah untuk pemprofilan metabolik kerana sejumlah besar metabolit boleh dikesan pada kepekatan fisiologi. Walaupun lipid daripada pelbagai sumber biologi boleh dipisahkan oleh UPLC-MS [82], kesan matriks mempunyai pengaruh penting pada profil global [83]. Malangnya, sensitiviti biasanya tidak setinggi lipidomik yang disasarkan. Di samping itu, keadaan eksperimen setiap sebatian yang diasingkan tidak dapat dioptimumkan. Biasanya, triple quadrupole MS digunakan untuk analisis disasarkan oleh UPLC-MS dengan pemantauan ion terpilih. Kaedah lipid yang disasarkan mungkin termasuk sterol dan eicosanoids seperti asid hempedu dan steroid [84,85]. Kaedah berasaskan GC sesuai untuk komponen yang tidak menentu dan tidak boleh digunakan untuk kebanyakan lipid. Menariknya, GC–MS ialah kaedah yang paling banyak digunakan untuk analisis asid lemak bebas, asid lemak terester dan steroid. Asid lemak bebas dan steroid memerlukan derivatisasi atau sililasi, manakala asid lemak terester sering dianalisis sebagai metil ester [86]. Kromatografi cecair superkritikal ialah satu lagi teknik resolusi tinggi yang boleh digunakan untuk pemisahan pelbagai lipid. Kromatografi cecair superkritikal MS boleh digunakan untuk profil lipid komprehensif bagi nombor sampel yang besar [87].

Mobiliti ion MS (IM-MS) dan metodologi multidimensi dianggap sebagai metodologi baru dan telah digunakan dalam lipidomik [88,89]. Isomer, konformer, dan enansiomer boleh dipisahkan dengan cepat oleh IM-MS dan telah terbukti berguna dalam analisis sampel biologi kompleks [78]. Pembangunan pengimejan MS juga telah memainkan peranan penting dalam pembangunan spektrometri mobiliti ion pengimejan dengan MS untuk analisis lipid. Spektrometri mobiliti ion dengan MS digabungkan dengan pemodelan pengiraan dinamik molekul boleh digunakan untuk pencirian masa depan struktur dan kestabilan kompleks yang digabungkan dengan lipid. Di samping itu, LC-MS multidimensi komprehensif ialah pendekatan baru yang menarik untuk pencirian lipidomik komprehensif bagi sampel biologi kompleks [90].

3.4.Analisis data lipidomik

Lipidomics menghasilkan data yang sangat besar dan analisisnya memainkan peranan penting, terutamanya dalam kajian yang tidak disasarkan. Oleh itu, bioinformatik yang teguh adalah kritikal. Sebelum analisis statistik, prapemprosesan data termasuk pemprosesan isyarat, normalisasi data, dan transformasi diperlukan, supaya data mentah diubah menjadi format yang serasi dengan analisis data statistik [91,92]. Memandangkan tahap variasi lipid yang besar, langkah pertama analisis statistik yang tidak diawasi dan diawasi ialah pengurangan data. Ini boleh dicapai dengan beberapa kaedah termasuk analisis kuasa dua terkecil-diskriminasi separa ortogon, analisis komponen utama (PCA), dan analisis diskriminasi kuasa dua separa terkecil (PLS-DA). Kedua-dua kaedah tanpa pengawasan dan penyeliaan boleh digunakan, bergantung pada matlamat analisis khusus. Dalam analisis data tanpa pengawasan, maklumat yang tidak diketahui tentang kumpulan berbeza digunakan oleh PCA dan analisis kelompok hierarki. Dalam pendekatan yang diselia, setiap sampel atau metabolit dikaitkan dengan sebatian yang diketahui, dan maklumat terdahulu ini kemudiannya digunakan untuk analisis melalui regresi komponen utama dan rangkaian saraf [91,92]. Kaedah regresi lain termasuk Elastic Net dan Least Absolute Shrinkage and Selection Operator juga tersedia untuk analisis set data lipidomik untuk memastikan hubungan antara pembolehubah [93].

testosteron cistanche: meningkatkan fungsi buah pinggang

4. APLIKASI LIPIDOMICS DALAM PENYAKIT BUAH PINGGANG

Fosfolipid mewakili kelas juzuk selular penting yang mengambil bahagian dalam pelbagai proses dan laluan biologi yang mencerminkan status metabolik dalam kesihatan dan penyakit. Lipidomics adalah alat yang sesuai untuk penemuan biomarker penyakit dalam biologi sistem [94,95]. Pemahaman menyeluruh tentang aplikasinya adalah sangat penting untuk lipidomik. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa gangguan metabolik atau keabnormalan pelbagai lipid membawa kepada penyakit buah pinggang [96-99]. Menggunakan kegagalan buah pinggang kronik (CRF), karsinoma sel renal (RCC), glomerulonephritis kronik, nefropati IgA, dan DN, kami membincangkan lipidomik dalam penyakit buah pinggang pada manusia dan haiwan dan kajian model sel.

4.1.Lipidomics dalam penyakit buah pinggang klinikal

4.1.1Kesan penyakit buah pinggang kronik dan glomerulonefritis

Keabnormalan lipid adalah biasa dalam penyakit buah pinggang [100,101] dan menyumbang kepada kejadian gangguan kardiovaskular yang tinggi dalam populasi ini. Profil lipid plasma dan eritrosit telah diperiksa dalam pesakit CRF pada hemodialisis selama 30 bulan [102]. Peningkatan trigliserida diperhatikan dalam plasma dan membran eritrosit. Peningkatan asid palmitik plasma dan asid lemak tak tepu tunggal dan penurunan asid lemak tak tepu plasma juga diperhatikan dalam CRF. Keabnormalan lipid kelihatan pada 18 bulan dan menjadi lebih mendalam pada 30 bulan. Corak lipid membran plasma dan eritrosit tidak berubah semasa tempoh dialisis. Pesakit CRF di bawah hemodialisis biasa menunjukkan kemerosotan secara beransur-ansur dalam profil trigliserida dan asid lemak. Dalam kajian lain, HPLC-MS digunakan untuk memprofilkan fosfolipid plasma pada pesakit dengan glomerulonephritis kronik dan CRF tanpa terapi penggantian buah pinggang [103]. Keputusan menunjukkan bahawa glomerulonephritis kronik primer dan CRF mempunyai profil fosfolipid metabolik yang tidak normal. Sebilangan fosfolipid (n ¼ 19) dikenal pasti sebagai penanda bio yang berpotensi. Mekanisme yang mungkin membawa kepada keabnormalan ini termasuk hidrolisis fosfatidillinositol (PI) melalui pengaktifan fosfolipase C khusus PI, yang membawa kepada pengeluaran utusan dua saat, inositol (1,4,5) - trisphosphate (IP3) dan diasilgliserol [104] , yang mengambil bahagian dalam transduksi isyarat secara bebas. IP3 meningkatkan sitoplasma Ca2 plus dengan merangsang pembebasan Ca2 plus dari retikulum sarcoplasmic [105]. Protein kinase C (PKC) diaktifkan oleh fosfatidilserin, Ca2 plus, dan diasilgliserol. Pengaktifan sistem transduksi isyarat PKC intraselular, seterusnya, mencetuskan satu siri tindak balas fisiologi dan fisiokimia.

Berdasarkan ciri morfologi dan genetik, RCC dikelaskan kepada pelbagai subtipe. Prognosis RCC berbeza-beza dan RCC metastatik atau berulang dikaitkan dengan prognosis yang buruk dengan kelangsungan hidup jangka panjang yang jarang berlaku. Desorpsi ESI/MS digunakan dalam mod pengimejan untuk mengkaji profil lipid bahagian tisu nipis RCC papillary manusia berbanding tisu normal bersebelahan (11 pasangan sampel) dan RCC sel jernih berbanding tisu normal bersebelahan (9 pasangan sampel) [106]. Peningkatan GP dan asid lemak bebas diperhatikan di kawasan tumor. PLS- DA membezakan tumor dalam RCC sel papillary dan jelas dan papillary daripada RCC sel jernih. Komposisi tisu GP yang diubah berlaku dalam kanser [107] dan kelihatan secara integral dikaitkan dengan transformasi malignan [108]. Micro-LC-QTOF/MS digunakan untuk menyiasat lipid air kencing dalam RCC berbanding subjek yang sihat. Tiga puluh lima spesies lipid telah dikenal pasti secara tentatif termasuk perubahan lipidomik dalam eksosom kencing [109]. Tisu GP dan produk sampingan enzim mereka kelihatan berkaitan dengan transformasi malignan [110,111] dan peningkatan PI yang ketara telah diperhatikan dalam sel yang diubah [112].

4.1.2Kesan DN

DN adalah masalah serius di seluruh dunia. Fosfolipid dan metabolitnya berkait rapat dengan patogenesis dan perkembangan DN. Lipidomik fosfolipid serum yang tidak disasarkan menggunakan LC-TOF/MS fasa normal dan perangkap ion-MS/MS telah dilakukan pada pesakit DN [113]. Perbandingan dengan subjek yang sihat mendedahkan lapan lipid dalam tujuh kelas fosfolipid sebagai biomarker DN yang berpotensi. Dua penanda bio novel termasuk PI (18:0/22:6) dan SM (d18:0/20:2) secara berkesan mendiskriminasi pesakit DN. Boleh diramalkan, kelas fosfolipid yang sama mempunyai trend variasi yang sama dengan perkembangan DN. LPC yang dikawal selia, PE, PG, SM, satu PC, dan satu PI dan PE, PS, dan dua PC yang dikurangkan telah dicatatkan. Beberapa kajian telah menunjukkan pengumpulan lipid dalam buah pinggang haiwan dan manusia eksperimen diabetes dan bahawa lipid mempengaruhi patogenesis DN [114,115]. Telah dilaporkan bahawa fosfatase lipid menggalakkan apoptosis podosit yang membawa kepada DN dan fosfatase lipid meningkat sebelum perubahan histologi [116]. Bukti tambahan telah menunjukkan bahawa metabolisme lipid yang tidak normal dan pengumpulan lipid dalam buah pinggang memainkan peranan penting dalam patogenesis DN [117-119] dan spesies PC teroksida adalah berkaitan dengan disfungsi buah pinggang [120]. Mekanisme yang mungkin melibatkan pemendapan lipid akibat peningkatan kepekatan serum serta penapisan glomerular lipid terikat protein yang dikaitkan dengan proteinuria. Lipid terkumpul meningkatkan ekspresi faktor pertumbuhan endothelial vaskular dan faktor pertumbuhan berubah- serta promosi proteinuria dan glomerulosklerosis diabetik [121]. Sebaliknya, kehadiran fosfolipid yang tidak normal boleh menggalakkan pengaktifan laluan sorbitol, tekanan oksidatif, dan pengaktifan PKC [122-124]. Dalam DN, penurunan PI adalah berkaitan dengan pengaktifan laluan sorbitol yang membawa kepada degradasi inositol intraselular, pengurangan myoinositol, dan pengurangan sintesis PI.

4.1.3Kesan modaliti penggantian buah pinggang

Komplikasi klinikal yang berkaitan dengan dialisis peritoneal telah menjadi semakin jelas. LC-QTOF/MS dua dimensi dalam talian telah dibangunkan untuk profil lipid plasma dalam pesakit dialisis peritoneal [125]. Kajian komprehensif ini merangkumi 10 kelas lipid dan 190 spesies lipid. Tiga puluh biomarker telah dikenal pasti termasuk PE dan PC sebagai penunjuk kekurangan zat makanan, keradangan, dan sindrom aterosklerotik. Kajian ini juga mengkaji perbezaan dalam profil lipid dalam plasma daripada individu yang mempunyai kawalan cecair yang lemah dan mereka yang mempunyai status volum yang baik. PC dan PE yang meningkat dengan ketara (dan subkelas plasmalogen PC dan PE) diperhatikan pada mereka yang mempunyai status volum yang lemah. Menariknya, satu lagi kajian serupa menunjukkan bahawa kejadian kekurangan zat makanan dikaitkan dengan fosfolipid plasmalogen [126]. Penemuan ini menyokong hubungan antara volum dan status pemakanan dalam dialisis peritoneal [127]. GC–MS digunakan untuk mengukur F2-isoprostanes dalam pesakit hemodialisis dengan penyakit buah pinggang peringkat akhir [128]. F2-isoprostanes dinaikkan ~100-kali ganda selepas tekanan oksidatif akibat besi/askorbat dan 2- kepada 4-kali ganda selepas sawan akibat pentylenetetrazol dalam pesakit hemodialisis. Kedua-dua kajian manusia dan eksperimen menyokong perkaitan antara F{16}}isoprostan dan keradangan.

dos cistanche

4.2.Lipidomics dalam model haiwan atau model sel

4.2.1Kesan nefropati IgA

Nefropati IgA adalah bentuk glomerulonefritis yang paling biasa dan boleh berkembang menjadi kegagalan buah pinggang peringkat akhir. Untuk mengenal pasti penanda perkembangan, HPLC-MS dengan PCA dan PLS-DA digunakan untuk menilai profil metabolik fosfolipid dalam plasma dalam model tetikus Balb / c eksperimen [129]. Kelas lipid PC, LPC, PI, PS, PE dan SM termasuk 90 spesies lipid telah dikenal pasti. PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5) dan PI(18:{{20}}/ 20:4) dikenal pasti sebagai penanda bio yang berpotensi. Hubungan fosfolipid dan ekspresi molekul lekatan antara sel-1 (ICAM-1) juga telah diperiksa. Yang terakhir ini sangat berkaitan dengan proteinuria. Kajian lain mengenal pasti ungkapan ICAM-1 sebagai penunjuk perkembangan penyakit dan mencadangkan PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5) dan PI(18:0 /20:4) sebagai penanda bio mungkin nefropati IgA [130].

Pengimejan MS lipidomics berguna untuk menggambarkan penyetempatan pelbagai lipid dalam buah pinggang dan tisu lain [131,132]. Baru-baru ini taburan molekul lipid telah dianalisis dalam hyper-IgA murinebuah pinggangmenggunakan perangkap ion MALDI-quadrupole-TOF pengimejan berasaskan MS [133]. Dua PC, PC(18:2/22:6) dan PC(16:0/22:6) ditemui terutamanya dalam korteks dan dua triasilgliserol, TAG(18:1/18:2/18: 1) dan TAG(16:0/18:2/18:1), ditemui dalam hilum. Walau bagaimanapun, beberapa lipid lain diperhatikan dalam buah pinggang hiper-IgA, terutamanya di kawasan tiub. Dua lipid khusus hiper-IgA ialah O-PC termasuk PC(O-18:1/22:6) dan PC(O-16:0/22:6). Telah dilaporkan bahawa PC(O-18:1/22:6) dan PC(O{{4{0}}:0/22:6) adalah analog plasmalogen dan faktor pengaktifan platelet, masing-masing [134,135]. Kajian ini juga menunjukkan bahawa semua lipid khusus hiper-IgA diperoleh daripada air kencing dan genangan disebabkan oleh halangan ureter unilateral menyebabkan pengagihan lipid khusus hiper-IgA dalam tubul renal.

Mekanisme yang mungkin melibatkan pengaktifan laluan PKC yang membawa kepada pengembangan matriks ekstraselular dan penebalan membran bawah tanah glomerular [136]. Malah, pengaktifan PKC telah ditunjukkan untuk meningkatkan kebolehtelapan monolayer endothelial kepada albumin [137]. Sel epitelium dan membran bawah tanah dari penghalang kapilari glomerular. Pengaktifan PKC telah terbukti merosakkan penghalang kapilari glomerular yang membawa kepada proteinuria [138,139].

4.2.2Kesan DN

Rapamycin ditunjukkan untuk menghalang perkembangan DN dalam tikus diabetes yang disebabkan oleh streptozotocin. MALDI-TOF/MS korteks buah pinggang mendedahkan tiga kelas sphingolipid termasuk ceramide, SM dan ceramide monohexoses [140]. Satu metabolit ceramide meningkat dengan ketara manakala tiga hilang. Komposisi sphingolipid telah banyak diubah oleh rawatan rapamycin. Ceramide bertambah(d18:0/16:0), ceramide mono hexoside(d18:1/15:0), SM(d16:1/18:0 ), dan SM(d18:1/18:0) telah diterbalikkan oleh rapamycin. Kajian terdahulu menunjukkan bahawa peningkatan ceramide dalam buah pinggang diabetes dan berkurangan selepas rawatan rapamycin dan hubungan ceramide dan apoptosis yang telah lama terjalin menyokong ceramide sebagai calon biomarker yang munasabah [141]. Streptozotocin dengan ketara meningkatkan sintesis banyak sphingolipid yang dihalang oleh rapamycin. Kajian lain menunjukkan bahawa perencatan seramida, melalui menyekat ceramide synthase atau serine palmitoyltransferase, secara berkesan mengurangkan kematian sel yang disebabkan oleh hipoksia-reoksigenasi, hipoksia kimia, dan media radiokontras dalam sel epitelium tiub renal [142-144].

4.2.3Kesan kegagalan buah pinggang akut

Keradangan memainkan peranan penting dalam patogenesis kegagalan buah pinggang akut [145,146]. Lipidomik LC-MS digunakan untuk menyiasat kesan asid lemak politaktepu ω-3 atau ω-6 diet jangka pendek pada kecederaan buah pinggang iskemik dan litar autacoid lipid buah pinggang [147]. Iskemia buah pinggang (30 min) mengakibatkan fungsi buah pinggang berkurangan dengan ketara dan kreatinin serum meningkat dengan ketara pada tikus yang diberi diet tambahan ω-6 tetapi kekal normal pada tikus yang diberi diet tambahan ω-3. Selain itu, lanjutan iskemia buah pinggang (45 min) menyebabkan 100 peratus kematian dalam ω-6 tikus tambahan tetapi tiada kematian dalam kumpulan tambahan ω-3. Kesan perlindungan ω-3 asid lemak politaktepu terhadap kecederaan buah pinggang iskemik dikaitkan dengan pengurangan pengambilan leukosit polimorfonuklear, pengeluaran kemokin dan sitokin, pemansuhan pembentukan eicosanoid terbitan lipoksigenase dan siklooksigenase, dan peningkatan ekspresi D1 perlindungan [148] . Rawatan sistemik dengan protectin D1 mengurangkan kemasukan leukosit polimorfonuklear buah pinggang dan mengawal selia ekspresi heme oxygenase-1 protein dan mRNA dalam cedera dan tidak cederabuah pinggang. Protectin D1 kelihatan berkesan dalam pencegahan akutbuah pinggangkecederaan serta kesan diet ω-3 dan ω-6 asid lemak politaktepu pada pembentukan autakoid dalam buah pinggang dan hasil kecederaan buah pinggang iskemia [149].

4.2.4Penyelidikan sel

Lipidomik ESI / MS digunakan untuk mengenal pasti perubahan fosfolipid dalam buah pinggang embrio manusia (HEK293) dan manusia.buah pinggangkarsinoma (Caki{{0}}) kematian sel [150]. Penurunan ketara PC(14:0/16:0) dan PC(16:0/16:0) diperhatikan dalam HEK293 dan Kek yang dirawat cisplatin{{ 12}} sel. Rawatan lakton bromophenol sebelum pendedahan cisplatin terus mengurangkan PC(14:0/16:0), plasmenylcholine(16:0/16:1), dan plasmenylcholine(16:{{ 41}}/18:1) dalam HEK293 dan menghalang peningkatan akibat cisplatin dalam plasmenylcholine(16:1/22:6) dalam Caki-1. Rawatan dengan bromofenol lakton sebelum pendedahan cisplatin juga meningkatkan beberapa fosfolipid yang mengandungi arakidonik termasuk PC(16:0/2{0}:4), PC(18:1/20:4) dan PC(18 :0/20:4) berbanding rawatan cisplatin sahaja. Keputusan ini menunjukkan bahawa perencatan fosfolipase A2 dilindungi daripada kematian sel yang disebabkan oleh kemoterapi dalam pelbagai saluran sel buah pinggang manusia dan juga mengenal pasti fosfolipid yang diubah secara khusus semasa kematian sel. Keputusan selanjutnya menunjukkan bahawa perubahan dalam fosfolipid ini berkorelasi dengan perlindungan terhadap kematian sel dengan kehadiran perencat fosfolipase A2. Masood dan rakan sekerja menggunakan LC-MS/MS fasa biasa dan terbalik untuk mengukur berbilang kelas sphingolipid dalam sel HEK293 [151]. Keputusan ini menunjukkan bahawa lebih daripada 75 peratus ceramida, monohexo sylceramides dan SM wujud sebagai d18:1Δ4 c16:0, d18:1Δ4 c24:1 dan d18:1-4 c24:0.

5. CATATAN DAN PERSPEKTIF PENUTUP

Lipidomik novel ialah metodologi baru muncul yang menjanjikan kajian sistematik dan komprehensif tentang lipid dan derivatifnya dalam kesihatan dan penyakit. Macam-macambuah pinggangpenyakit dikaitkan dengan perubahan ketara dalam metabolisme dan kepekatan plasma lipid dan lipoprotein, serta metabolit dan laluan metabolik yang berkaitan dengan lipid. Perubahan ini memainkan peranan penting dalam patogenesis keradangan tempatan dan sistemik, metabolisme tenaga terjejas, dan perkembanganbuah pinggangpenyakit. Gabungan profil lipid dan statistik multivariate berguna untuk penemuan biomarker berpotensi dan modaliti terapeutik baru, serta memantau tindak balas terhadap campur tangan terapeutik.

Kemajuan terkini dalam teknologi berasaskan MS dan peningkatan pesat dalam kromatografi, terutamanya UPLC-MS digabungkan dengan bioinformatik, telah meningkatkan pemahaman kita tentang peranan metabolit yang berasal dari lipid dalam patogenesis dan perkembanganbuah pinggangpenyakit. Walaupun alat yang ada pada masa ini membenarkan pengenalpastian struktur metabolit yang berasal dari lipid dengan resolusi tinggi, kemajuan selanjutnya dalam teknik analisis dan pengendalian data jelas diperlukan untuk prapemprosesan data yang lebih berkesan, perlombongan data, analisis statistik, pengenalpastian biomarker, dan tafsiran laluan biokimia.

ekstrak cistanche: fungsi buah pinggang yang lebih baik

PENGHARGAAN

Kajian ini disokong oleh Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-13-0954) dan Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT1174) daripada Kementerian Pendidikan China, National Natural Science Foundation of China (J1210063). , 81202909, 81274025, 81001622), projek "As a Major New Drug to Create a Major National Science and Technology Special" (2014ZX09304307- 002), China Postdoctoral Science Foundation (2012M521831, 2014T70984 Program Latihan Inovasi), (201310697004), Program Utama untuk Projek Kerjasama S&T Antarabangsa Wilayah Shaanxi (2013KW31-01), Yayasan Sains Semula Jadi Jabatan Pendidikan Wilayah Shaanxi (2013JK0811), dan Pentadbiran Perubatan Tradisional Cina Shaanxi ({{17} }ZY006).

*Makmal Utama Biologi Sumber dan Bioteknologi di China Barat, Kementerian Pendidikan, Kolej Sains Hayat, Universiti Barat Laut, Xi'an, Shaanxi, PR China

†Bahagian Nefrologi dan Hipertensi, Sekolah Perubatan, Universiti California, Irvine, California, Amerika Syarikat

{Sekolah Cina Materia Medica, Universiti Perubatan Cina Beijing, Beijing, RR China

RUJUKAN

[1]A. Levin, NR Powe, J. Rosset, et al., Penyakit buah pinggang kronik sebagai masalah kesihatan awam global: pendekatan dan inisiatif-penyataan kedudukan daripada Penyakit Buah Pinggang Meningkatkan Hasil Global, Int Buah Pinggang. 72 (2007) 247–259.

[2]K. Makris, N. Kafkas, lipocalin yang berkaitan dengan gelatinase Neutrophil dalam kecederaan buah pinggang akut, Adv. Clin. Kimia. 58 (2012) 141–191.

[3]XB Ling, ED Mellins, KG Sylvester, HJ Cohen, Peptidomik air kencing untuk penemuan biomarker klinikal, Adv. Clin. Kimia. 51 (2010) 181–213.

[4]TK Sigdel, RB Klassen, MM Sarwal, Mentafsir proteom dan peptidom dalam pemindahan, Adv. Clin. Kimia. 47 (2009) 139–169.

[5]ND Vaziri, Dislipidemia kegagalan buah pinggang kronik: sifat, mekanisme dan akibat yang berpotensi, Am. J. Physiol. Fisiol buah pinggang. 290 (2006) 262–272.

[6]ND Vaziri, J. Yuan, Z. Ni, SB Nicholas, KC Norris, Kekurangan lipase lipoprotein dalam penyakit buah pinggang kronik disertai dengan peraturan turun ekspresi GPIHBP1 endothelial, Clin. Exp. Nephrol. 16 (2012) 238–243.

[7]ND Vaziri, Mekanisme molekul gangguan lipid dalam sindrom nefrotik, Int Buah Pinggang. 63 (2003) 1964–1976.

[8]ND Vaziri, Lipotoksisiti dan gangguan pengangkutan kolesterol/lipid terbalik yang dimediasi HDL dalam penyakit buah pinggang kronik, J. Ren. Nutr. 20 (2010) S35–S43.

[9]ND Vaziri, K. Norris, Gangguan Lipid dan kaitannya dengan hasil dalam penyakit buah pinggang kronik, Blood Purif. 31 (2011) 189–196.

[10]ND Vaziri, Peranan dislipidemia dalam kemerosotan metabolisme tenaga, tekanan oksidatif, keradangan dan penyakit kardiovaskular dalam penyakit buah pinggang kronik, Clin. Exp. Nephrol. 18 (2014) 265–268.

[11]C. Waldner, G. Heise, K. Schroer, P. Heering, perencatan COX-2 dan reseptor prostaglandin dalam nefritis percubaan, Eur. J. Clin. melabur. 33 (2003) 969–975.

[12]A. Hartner, A. Pahl, K. Brune, M. Goppelt-Strube, Upregulation of cyclooxygenase-1 dan reseptor PGE2 EP2 dalam glomerulonephritis proliferatif mesangial tikus dan manusia, Inflamm. Res. 49 (2000) 345–354.

[13]S. Tomasoni, M. Noris, S. Zappella, et al., Upregulasi siklooksigenase buah pinggang dan sistemik-2 pada pesakit dengan nefritis lupus aktif, J. Am. Soc. Nephrol. 9 (1998) 1202–1212.

[14]C. Zoja, A. Benigni, M. Noris, et al., Mycophenolate mofetil digabungkan dengan cyclooxygenase-2 inhibitor memperbaiki murine lupus nephritis, Kidney Int. 60 (2001) 653–663.

[15]T. Takano, AV Cybulsky, WA Cupples, et al., Perencatan cyclooxygenases mengurangkan kecederaan sel epitelium glomerular akibat pelengkap dan proteinuria dalam nefritis Heymann pasif, J. Pharmacol. Exp. Di sana. 305 (2003) 240–249.

[16]G. Heise, B. Grabensee, K. Schro€r, P. Heering, Tindakan berbeza flosulide perencat selektif siklooksigenase 2 dalam tikus dengan nefritis Heymann pasif, Nephron 80 (1998) 220–226.

[17]ZG Xu, SL Li, L. Lanting, et al., Hubungan antara 12/15-lipoxygenase dan COX-2 dalam sel mesangial: peranan berpotensi dalam nefropati diabetik, Int. 69 (2006) 512–519.

[18]A. Dey, RS Williams, DM Pollock, et al., Tahap CYP2C buah pinggang yang diubah dan tahap cyclooxygenase-2 dikaitkan dengan albuminuria berkaitan obesiti, Obes. Res. 12 (2004) 1278–1289.

[19]X. Zhao, JE Quigley, J. Yuan, et al., PPAR-alpha activator fenofibrate meningkatkan sintesis eicosanoid yang berasal dari CYP buah pinggang dan meningkatkan fungsi dilator endothelial dalam tikus Zucker yang obes, Am. J. Physiol. 290 (2006) H2187–H2195.

[20]Y. Zhou, S. Lin, HH Chang, et al., Perbezaan jantina sintesis eicosanoid yang berasal dari CYP buah pinggang dalam tikus yang diberi diet tinggi lemak, Am. J. Hipertensi. 18 (2005) 530–537.