MicroRNA Urinari dalam Penyakit Buah Pinggang Diabetik: Kajian Literatur

Abstrak:Penyakit buah pinggang kencing manisadalah penyakit utama yang paling biasapenyakit buah pinggang peringkat akhirsecara global; namun, biomarker yang sensitif dan tepat untuk meramalkan penyakit ini masih ditunggu. MicroRNAs ialah RNA bukan pengekodan terkandas tunggal endogen yang telah campur tangan dalam peraturan pasca transkrip yang berbeza bagi pelbagai fungsi biologi selular. Kesusasteraan terdahulu telah melaporkan potensi peranannya dalam patofisiologi penyakit buah pinggang diabetik, termasuk peraturan Transforming GrowthFaktor- 1-fibrosis pengantara, matriks ekstraselular dan protein lekatan sel, hipertrofi selular, faktor pertumbuhan, pengeluaran sitokin, dan pengaktifan sistem redoks. MikroRNA kencing telah muncul sebagai novel, biopsi cecair bukan invasif untukdiagnosis penyakit. Dalam ulasan ini, kami menerangkan bukti eksperimen dan klinikal yang tersedia bagi mikroRNA kencing dalam konteks diabetespenyakit buah pinggangdan membincangkan penggunaan mikroRNA pada masa hadapan dalam amalan rutin.

Kata kunci:kencing manis; penyakit buah pinggang kencing manis; eksosom; mikroRNA; kencing

KLIK DI SINI UNTUK MENDAPATKAN CISTANCHE UNTUK PENYAKIT BUAH PINGGANG KENCING MANIS

Diabetes mellitus(DM) adalah ancaman kesihatan utama yang melibatkan 463 juta orang di seluruh dunia [1,2].Penyakit buah pinggang kencing manis(DKD) merupakan punca utamapenyakit buah pinggang peringkat akhirseluruh dunia [3,4]. Beban perubatan adalah rumit oleh perkaitan kuatnya dengan penyakit kardiovaskular, kematian [5,6], serta permintaan kewangan perubatan yang tinggi [7]. Penambahbaikan dalam pemahaman patofisiologi dan ramalan awal DKD kekal sebagai keperluan klinikal yang tidak dipenuhi.

Pengetahuan tentang biologi sistem dan kemajuan dalam teknologi penjujukan throughput tinggi telah merevolusikan pemahaman patofisiologi DKD dan pembangunan biomarker [8]. Terjemahan klinikal biomarker omik yang berbeza untuk ramalan DKD kekal terhad dari segi saiz sampel dan kohort pengesahan. Pendekatan yang mengenal pasti dengan tepat pesakit DM berisiko tinggi yang terdedah kepada perkembangan buah pinggang ditunggu-tunggu dengan segera.

Penanda bio optimum perlu memberikan kepekaan dan kekhususan yang mencukupi, boleh didapati dalam sifat tidak invasif dan ujian dengan kemahiran makmal yang mesra menggunakan masa yang minimum dan penggunaan ekonomi. Air kencing mewakili biomarker bukan invasif yang ideal, terutamanya untuk penyakit genitouriner, kerana ia mudah dikumpulkan dalam kuantiti yang banyak tanpa kecederaan kepada pesakit. Sebagai tambahan kepada pelbagai jenis protein, eksosom, yang boleh dirembeskan oleh sel-sel segmen nefron yang berbeza, juga boleh mengangkut penanda protein, mRNA, dan mikroRNA (miRNA) yang dihasilkan dalam keadaankerosakan buah pinggangatau kerosakan struktur [9]. Daripada mereka, eksosom kencing boleh memberikan pemandangan panoramik keseluruhan sistem kencing.

Dalam tinjauan literatur naratif ini, kami meneliti bukti yang muncul daripada penyelidikan eksperimen dan manusia yang mencadangkan potensi peranan miRNA kencing untuk aplikasi klinikal dalam konteks DKD.

1. Pengenalan mikroRNA

MiRNA adalah pengawal selia epigenetik penting bagi ekspresi gen yang campur tangan dalam pelbagai proses selular status kesihatan dan penyakit. Pengekodan gen miRNA terletak di kawasan bukan pengekodan atau dalam intron sama ada gen pengekodan protein (miR-trons) atau RNA bukan pengekodan [10]. Ini adalah kecil, kurang daripada 70 struktur gelung batang nukleotida yang ditranskripsikan oleh RNA polimerase II yang terletak di dalam nukleus. miRNA jarang terikat pada kawasan pengekodan mRNA atau DNA genomik, termasuk kawasan promoter. Walau bagaimanapun, mereka secara aktif boleh memainkan peranan sebagai pengawal selia crosstalk selular dengan mengubah suai program transkrip mereka [11]. Pada masa ini, terdapat lebih daripada 38,000 jujukan miRNA matang yang disertakan dalam pangkalan udara dan senarai penyertaan masih berkembang [12].

Kebanyakan miRNA kekal stabil dan mempunyai separuh hayat yang berpanjangan, tetapi miRNA individu lain boleh mengalami penurunan pesat dalam keadaan selular tertentu kerana kewujudan rangsangan persekitaran tertentu atau faktor selular [13]. miRNA ada di mana-mana dan boleh terdapat dalam petak badan yang berbeza, termasuk darah, air kencing dan cecair badan yang lain. Untuk mengelakkan degradasi miRNA oleh ribonucleases, mereka sering dibungkus dalam bentuk mikro-vesikel atau eksosom atau dibawa oleh protein pengikat RNA [14]. MiRNA adalah biomarker yang berpotensi unggul daripada protein dan mRNA kerana kestabilan mereka dalam cecair badan dan kebolehulangan yang tinggi dengan menggunakan kaedah penguatan yang tepat dan sensitif. Walau bagaimanapun, pengasingan dan kuantifikasi miRNA adalah teknik dan masa yang menyusahkan, yang mengehadkan aplikasinya dalam amalan klinikal rutin.

2. miRNA dalam Homeostasis Buah Pinggang

Beberapa miRNA dinyatakan terutamanya dalambuah pinggang manusia dewasa(seperti miR-215, miR-146a dan miR-886); miRNA lain (contohnya, miR-192, miR-194, miR-21, miR-200a, miR-204 dan let-7a –g), meningkat dalam buah pinggang dan juga dalam organ lain [15]. Ungkapan ini adalah khusus tisu dan boleh bergantung pada peringkat perkembangan. Pemadaman gugusan miR-17~92 membawa kepada embriogenesis yang rosak, menjejaskan sel progenitor dan perkembangan nefron. Tikus yang kekurangan miR-17~92 dikategorikan oleh hipoplasia buah pinggang dan menyebabkan kerosakan glomerular dan proteinuria [16].

miRNA terlibat dalam proses selular renal yang berbeza, hemodinamik glomerular, serta penyelenggaraan keseimbangan cecair dan elektrolit. MiRNA lain dalam buah pinggang juga boleh menjejaskan sel juxtaglomerular yang mengekspresikan renin, yang membawa kepada kerosakan kepada sel-sel ini. Akibatnya, paras renin plasma menurun, dan ia dikaitkan dengan hipotensi dan fibrosis buah pinggang [17]. MiRNA juga boleh membantu dalam homeostasis osmolariti dan mempunyai kesan ke atas proses regulasi Na+, K+ dan Ca2+ dalam keadaan persekitaran hipertonik [18].

3. Peranan miRNA dalam DKD: Eksperimen Murine

Hiperglisemia boleh mencetuskan interaksi kompleks antara faktor metabolik dan hemodinamik yang membawa kepada genesis pelbagai komplikasi diabetes, termasuk DKD. Kehadiran kepekatan glukosa yang tinggi mempunyai pengaruh buruk ke atas semua keturunan sel buah pinggang (sel mesangial, sel tiub, podosit, dan sel endothelial) dan boleh memodulasi ekspresi miRNA yang mempengaruhi interkomunikasi selular danhomeostasis tisu buah pinggang [19]. 

Banyak kajian telah menunjukkan perbezaan dalam ekspresi miRNA yang beredar sepanjang perkembangan DKD [15]. Keadaan glukosa yang tinggi menjejaskan ekspresi miR-29a dan miR-29c, yang membawa kepada apoptosis podosit dan promosi bahan pro-fibrotik [20–22]. Hiperglisemia juga mengawal ekspresi miR-25, miR-93 dan miR-192, yang seterusnya menjejaskan sistem redoks, faktor pertumbuhan endothelial vaskular dan fibrosis tubulointerstitial [23–25]. Penerangan komprehensif tentang perubahan dalam ekspresi 41 miRNA dalam kajian haiwan yang berbeza diringkaskan dalam Jadual 1.

Jadual 1. miRNA yang terlibat dalam model haiwan diabetes.

4. Penyelidikan miRNA kencing: Bukti Manusia

Penyelidikan ke dalam miRNA telah mendedahkan teka-teki patofisiologi DKD yang tidak jelas. Tambahan pula, penyiasat lain telah menyoal siasat utiliti klinikal miRNA ini untuk amalan rutin. Bukti yang muncul menunjukkan kemungkinan peranan miRNA kencing sebagai peramal perkembangan atau perkembangan DKD [66]. Tahap miRNA air kencing memberikan gambaran langsung kerosakan tisu buah pinggang. MiRNA ini berasal dari sel dan dikapsulkan ke dalam vesikel ekstraselular, dinamakan eksosom, dan dirembeskan dalam pelbagai cecair biologi, termasuk air kencing. Exosom boleh memberikan kesan paracrine dan berfungsi sebagai perantara komunikasi antara sel. Ia stabil dalam cecair biologi dan juga dalam bahagian tertanam parafin, menjadikan eksosom ini sesuai sebagai "biopsi cecair" atau biomarker keadaan penyakit tertentu [67]. Beberapa kajian telah mengkaji hubungan antara mikroRNA kencing dan paras gula dalam darah. Mereka mendapati bahawa kepekatan pelbagai miRNA ekstravesikal kencing (seperti miRNA-941-5p, miRNA 34c-5p dan miRNA-208a-3p) dikaitkan dengan tahap hemoglobin glikosilasi [68]. Jadual 2 menyenaraikan perubahan dalam ekspresi miRNA kencing yang dikaitkan dengan DKD dalam penyelidikan klinikal. Kami mengenal pasti 141 miRNA kencing unik yang dikaitkan dengan DKD. Secara khusus, arah ekspresi miRNA tertentu berbeza antara jenis DM (jenis 1 vs. 2) dan juga antara kohort pesakit yang berbeza (seperti yang diserlahkan dalam huruf tebal). Penjelasan yang mungkin mungkin terdapat dalam mekanisme yang tidak jelas antara kedua-dua jenis DM. Di samping itu, beberapa kebimbangan teknikal boleh menjejaskan pemprofilan miRNA, termasuk kaedah pengumpulan spesimen (pemprosesan dan penyimpanan), sebahagian kecil daripada air kencing yang diekstrak (air kencing, vesikel tambahan kencing, pecahan air kencing berkurangan vesikel tambahan), platform analitik (qPCR, microarray). , pemprofilan seluruh genom dengan penjujukan RNA kecil) dan pencemaran artifak [68]. Akhirnya, sumber sel miRNA kencing boleh timbul daripada mana-mana saluran genitouriner, dan fungsi miRNA kencing tidak semestinya sama dengan yang beredar. Analisis bioinformatik yang canggih dan peta interaksi rangkaian mampu mengenal pasti proses Ontologi Gen, klasifikasi dan laluan gen sasaran yang berkaitan dalam era moden ini [66,69]. Pendekatan ini boleh membantu untuk menguraikan fungsi biologi miRNA kencing dalam patofisiologi DKD.

Jadual 2. MiRNA kencing yang terlibat dalam kajian manusia yang berkaitan dengan penyakit buah pinggang diabetik.

5. Prestasi miRNA Kencing sebagai Biomarker Penyakit

Satu badan kesusasteraan cuba mengenal pasti biomarker yang berpotensi daripada spesimen air kencing dalam meramalkan tahap kerosakan buah pinggang. MiRNA individu atau sekumpulan miRNA digunakan sebagai kemungkinan biomarker DKD dengan prestasi ramalan yang memuaskan. Li et al. mendapati bahawa ekspresi air kencing let{{0}}c-5p, miR29c-5p dan miR-15b-5p boleh meramalkan DKD dengan luas di bawah lengkung (AUC) 0.818, {{10}}.774 dan 0.818, masing-masing [7{{20}}] . Eissa S et al. memerhatikan bahawa AUC bagi miR-15b, miR-34a dan miR-636 ialah 0.883, 0.917 dan 0.984, masing-masing, untuk membezakan DKD daripada kawalan. Panel yang terdiri daripada tiga miRNA menghasilkan AUC sebanyak 0.912 [78,81]. Tahap miR-95-3p, miR-185-5p, miR- 1246 dan miR-631 yang dinyatakan dalam sedimen kencing juga boleh menghasilkan ketepatan yang baik (AUC, 0.{{ 31}}) untuk membezakan DKD daripada bukan DKD atau keadaan penyakit lain [88]. Secara kolektif, semua bukti ini mencadangkan potensi penggunaan miRNA kencing sebagai biomarker bukan invasif untuk meramalkan DKD.

6. Kesimpulan

Biomarker sensitif untuk membimbing membuat keputusan dalam pengurusan DKD masih ditunggu-tunggu dengan segera. MiRNA kencing mungkin mewakili cara yang tidak invasif dan murah dengan implikasi diagnostik atau ramalan dalam DKD. Walau bagaimanapun, aplikasi klinikal tidak memuaskan sehingga kini kerana ketidakkonsistenan antara data yang dilaporkan. Kebanyakan projek penyelidikan yang dilaporkan adalah eksperimen penemuan dengan sampel kecil dan pengesahan had. Di samping itu, percanggahan mungkin sebahagiannya dijelaskan oleh perbezaan dalam prosedur pengasingan air kencing, perkadaran pecahan air kencing (air kencing segar, kepekatan vesikel tambahan atau pecahan susut vesikel tambahan) yang digunakan, kepelbagaian dalam pelaporan hasil dan dalam tahap keterukan buah pinggang (mikro vs. makroalbuminuria, proteinuria berselang-seli vs. berterusan). Tambahan pula, kemajuan dalam metodologi analitik membolehkan penemuan miRNA baharu. Baru-baru ini, pengenalan metodologi berasaskan sensor menggunakan label pada manik magnet boleh membesarkan kuasa pengukuran. Penggabungan penggunaan spektrofotometri atau elektrokimia, dan bukannya visualisasi langsung, boleh meningkatkan lagi ketepatan kuantifikasi [89] dengan saiz sampel yang kecil dan pengesahan terhad. Konsensus dan penyeragaman metodologi yang digunakan untuk mendapatkan, mengasingkan, menyimpan dan mengukur miRNA boleh meningkatkan kebolehulangan hasil kajian. Pengesahan selanjutnya dengan saiz sampel yang diperluaskan adalah wajar untuk memajukan bidang terjemahan klinikal miRNA kencing dalam DKD.

7. Kriteria Semakan

Kami menjalankan semakan naratif kajian haiwan dan manusia dalam kesusasteraan yang diterbitkan dari 1 Oktober 2013 hingga 30 Julai 2022. Pangkalan data PubMed digunakan untuk mencari kesusasteraan saintifik menggunakan istilah carian berikut: "microRNA", "penyakit buah pinggang diabetes", "diabetik nefropati", dan "kencing". Kajian literatur naratif ini tertumpu terutamanya pada artikel asal yang ditulis dalam bahasa Inggeris dan diterbitkan dalam jurnal semakan rakan sebaya. Senarai rujukan artikel yang disertakan juga dicari dengan tangan. Rujukan telah diuruskan menggunakan EndNote 20.1.

Penyelidik bebas (CKH dan YTC) menguruskan tajuk dan abstrak untuk mengenal pasti kajian yang berpotensi layak untuk semakan teks penuh. Kami hanya memasukkan artikel asal dan siri kes dengan lebih dua kes dalam bahasa Inggeris untuk penilaian lanjut. Pengekstrakan data dilakukan dalam pendua oleh dua pengulas bebas (CCL, KJY). Apabila berbilang artikel melaporkan data daripada populasi kajian yang sama dikenal pasti, data yang paling komprehensif telah digunakan. Semua miRNA yang dilaporkan diindeks dan diberi anotasi sebagai urutan miRNA matang yang dikenal pasti daripada pangkalan data miRbase. Kajian diperlukan untuk menyediakan data yang boleh diukur pada tahap ekspresi miRNA, seperti perubahan lipatan (ungkapan bawah, ekspresi atas, bukan perubahan atau nilai mutlak) atau kawasan di bawah lengkung. Kami menghubungi pengarang kajian mengenai kemungkinan data yang tidak lengkap mengenai kuantiti miRNA yang dibentangkan dalam penerbitan terpilih. Kualiti metodologi kajian yang disertakan tidak dinilai dalam semakan naratif ini kerana heterogeniti yang besar dibentangkan dalam teknik ujian (ELISA, microarray, q-PCR, penjujukan, dll.) dan perbezaan dalam hasil pelaporan.

Kami mengenal pasti 247 rekod daripada pangkalan data PubMed untuk penilaian awal, dan hanya 63 artikel dimasukkan untuk semakan teks penuh; 40 artikel berkaitan kajian haiwan dan 23 artikel penyelidikan manusia, masing-masing (Rajah 1). Kajian literatur ini termasuk penilaian menyeluruh 41 miRNA daripada eksperimen haiwan dan 141 miRNA daripada sampel air kencing pesakit DKD.

Rajah 1. Carta alir carian dan pemilihan literatur

Rujukan

1. WHO. Memperbaiki Hasil Kesihatan Penghidap Diabetes Mellitus: Penetapan Sasaran untuk Mengurangkan Beban Global DiabetesMellitus menjelang 2030. 2021. Tersedia dalam talian:https://www.who.int/publications/m/item/improving-health-outcomes-of-peopledengan-diabetes-mellitus(diakses pada 30 Oktober 2022).

2. Persekutuan, ID IDF Diabetes Atlas. Edisi kesembilan 2019. Tersedia dalam talian:www.diabetesatlas.org(diakses pada 13 September 2021).

3. Alicic, RZ; Cox, EJ; Neumiller, JJ; Tuttle, KR Incretin ubat dalam penyakit buah pinggang diabetik: Mekanisme biologi dan klinikalbukti.Nat. Rev. Nephrol.2021, 17, 227–244. [CrossRef] [PubMed]

4. Sistem, USRDLaporan Data Tahunan USRDS 2020: Epidemiologi Penyakit Buah Pinggang di Amerika Syarikat; Institut Kesihatan Negara,Institut Kebangsaan Diabetes dan Pencernaan dan Penyakit Buah Pinggang: Bethesda, MD, Amerika Syarikat, 2020.

5. Webster, AC; Nagler, EV; Morton, RL; Masson, P. Penyakit Buah Pinggang Kronik.Lancet2017, 389, 1238–1252. [CrossRef] [PubMed] 

6. Wen, CP; Cheng, TYD; Tsai, MK; Chang, YC; Chan, HT; Tsai, SP; Chiang, PH; Hsu, CC; Sung, PK; Hsu, YH; et al.Kematian semua sebab yang dikaitkan dengan penyakit buah pinggang kronik: Kajian kohort prospektif berdasarkan 462 293 orang dewasa di Taiwan.Lancet2008, 371, 2173–2182. [CrossRef] [PubMed]

7. Kolaborasi Penyakit Ginjal Kronik GBD. Beban global, serantau dan kebangsaan penyakit buah pinggang kronik, 1990–2017: Aanalisis sistematik untuk Kajian Beban Global Penyakit 2017.Lancet2020, 395, 709–733. [CrossRef] 

8. Betz, BB; Jenks, SJ; Cronshaw, AD; Lamont, DJ; Cairns, C.; Manning, JR; Goddard, J.; Webb, DJ; Mullins, JJ;Hughes, J.; et al.Peptidomik kencing dalam model tikus nefropati diabetik menyerlahkan faktor pertumbuhan epidermis sebagai biomarker untuk buah pinggangkemerosotan pada pesakit diabetes jenis 2.Buah Pinggang Int.2016, 89, 1125–1135. [CrossRef] 

9. Alvarez, ML; Khosroheidari, M.; Kanchi Ravi, R.; Distefano, JK Perbandingan protein, mikroRNA, dan hasil mRNA menggunakankaedah pengasingan eksosom kencing yang berbeza untuk penemuan biomarker penyakit buah pinggang.Buah Pinggang Int.2012, 82, 1024–1032. [CrossRef] 

10. Krutzfeldt, J.; Rajewsky, N.; Braich, R.; Rajeev, KG; Tuschl, T.; Manoharan, M.; Stoffel, M. Membungkam mikroRNA dalam vivo dengan'antagomir'.alam semula jadi2005, 438, 685–689. [CrossRef]