文摘
糖尿病肾病(DN)、微血管并发症发生在大约20 - 40%的患者2型糖尿病(T2DM)病人体内,特点是肾小球滤过的进步的障碍和Kimmelstiel-Wilson病变的发展导致终末期肾功能衰竭(ESRD)。的原因和中介2型糖尿病慢性并发症的发病分子机制尚未粗略的,目前尚不清楚为什么只在一些病人发生疾病进展。我们最相关的研究进行了系统分析研究遗传易感性和特定的转录组,表观基因,蛋白质组学和代谢组学模式为了总结最重要的特征与疾病发生和发展有关。这是复杂的图景和迷人的,因为它包含了许多生物过程的监管/失调,汇聚成激活的炎症过程,氧化应激,重构细胞功能和形态,和代谢途径的干扰。日益增长的兴趣特征蛋白质转录后修饰和处理大型数据集的重要性使用系统生物学方法进行了讨论。
1。介绍
DN是一个流行的并发症糖尿病和全世界ESRD的首要因素。DN发病和进展的造成原因还知之甚少,但慢性高血糖和高血压代表疾病发病的主要危险因素。
血流动力学和生物化学背景。在DN的早期阶段,高系统性血压通常决定了intraglomerular压力增加和肾小球滤过率(GFR)导致肾小球反渗透法(1]。从生物化学的角度来讲,高血糖本身维持积累先进的糖化终端产品(年龄),改变细胞的电负性;另外年龄绑定蛋白的细胞外基质(ECM)抑制其降解。年龄积累可以诱导活性氧的增加产量(ROS)和转录激活不同的促炎和profibrotic分子,包括鉴定及(2,3]。及高glucose-mediated感应和核心作用的生长因子在DN发展代表了几个定义常量在DN的发病机制4]。
DN的临床和组织学特征。DN的早期临床症状包括轻微但持续尿排泄的白蛋白(微量白蛋白尿)和临时增加的肾小球滤过率(GFR)。这些临床症状以及高血糖的存在,往往被认为足够的DN(指标5,6]。今天,大量的证据表明,DN并不是唯一类型的肾损害,可以发现在糖尿病患者7,8)和肾活检,尽管高度侵袭性,仍是诊断的金标准。DN的组织学特征包括间质细胞的增生,肾小球基底膜(GBM)增厚,足突细胞抹杀,tubulointerstitial纤维化和结节性积累的ECM (Kimmelstiel-Wilson病变)肾小球(9]。
2型糖尿病的高发病率(T2D)和目前与肾活检诊断限制,即将需要新的、准确、方便的疾病的生物标记物。
综述我们将试图概述系统生物学概述在DN关键技术的主要注释获得各级分子调查。只有那些研究调查人类样本将被描述;DN的小鼠模型事实上,尽管发生蛋白尿,系膜扩张,和足突细胞的损失,没有阻力指标纤维化(也许可以发展严重肾小球硬化症,10]。也,实质性的差异存在于病因和流行的1型和2型DN,文章探讨了适用于DN继发于2型糖尿病(T2DN)。作为一个例外,作品描述了肾脏损伤的生物标志物在近年来在2型糖尿病和进一步的验证反之亦然这些报告潜在的预后标志物,因为他们在预测肾损害的发展尤为重要,还讨论了在目前的工作。本文讨论的所有注释也列在表中1,2,3,4,5,根据他们是否总结分类编码的基因和转录组签名或非编码RNA分子和表观遗传蛋白质组和代谢组标记,分别。
2。DN的遗传分析
遗传变异存在下不同形式在人类基因组中,从单核苷酸多态性(snp)大,结构、染色体重组。今天我们知道遗传变异推断疾病易感性和集体努力旨在确定精确的DN易感性位点。不同的方法策略可以用来描述遗传疾病的风险,根据是否目标或全基因组先天的假设候选人地区疾病易感性的存在。在全基因组关联研究(GWAS),例如,全基因组筛查新,以前无特征的单核苷酸多态性(snp)。
前现代高通量技术的发展如芯片微阵列分析和下一代测序,疾病的遗传易感性研究通过遗传连锁的家庭。基本上,个人在同一个家庭为一组测序基因单核苷酸多态性,以识别那些单核苷酸多态性与疾病的隔离。这种方法导致了许多变异的识别负责疾病易感性,但事实证明主要适用于单基因疾病的研究。复杂,常见的并发症,如T2D事实上,同时进展很可能由多个等位基因,每一方都有一个小的相关性疾病进展如果单独继承。这意味着一个巨大的人口需要为了检测常见变异的基因负责遗传风险增加。
领域的DN,有大量证据表明基因对疾病易感性的贡献。1989年,Seaquist等人表明,糖尿病的兄弟姐妹DN患者更多的风险开发DN相比,糖尿病患者糖尿病的兄弟姐妹没有蛋白尿(99年];流行病学研究也表明,DN的患病率不同民族(One hundred.]。这些观察和考虑,只有一个子集的糖尿病患者发展DN,开车寻找DN易感性的遗传因素。
最一致的注释字段之一可能是18号染色体上的遗传变异。在2002年,一个家庭连锁分析中执行T2DN土耳其家庭和影响兄弟双皮马印第安人报告了一个强有力的证据的本地化DN易感性位点映射到18号染色体q22.3-23 [12]。研究人员不能确定精确的易感性基因但同样的轨迹也发现T2DN非裔美国人的人口(11]。后来的研究18号染色体上导致的识别易感性标记内肌肽二肽酶1基因(CNDP1),而且它也描述了最短CNDP1基因的等位形式更为普遍没有肾病(15]。CNDP1基因编码酶分泌血清carnosinase降低肌肽,一种蛋白质分子控制的形成年龄(101年]。正如前面讨论的,年龄的积累是一个表型DN的迹象。在一项荟萃分析研究也获得了类似的调查结果与T2D-ESRD调查多民族的人口16];最近发表的荟萃分析证实了协会的carnosinase D18S880微卫星多态性与DN在T2D易感性白人人口虽然没有显著联系T1DN能找到(17]。
在最近的一个候选基因驱动的研究中,帕尔默等人进行了若干项snp基因分型22 DN候选基因群体的非裔美国人与T2D迹象。调整后APOL1 G1 / G2等位基因,已知与非糖尿病患者的迹象在这个人口,最重要的下游信号观察CNDP1基因,chimerin 2 (CHN2)轨迹和内血管紧张素ⅱ受体1型(AGTR1)基因(13]。在另一个工作,探讨氧化应激对疾病的影响开始,7基因的多态变量参与抗氧化防御评估:SOD2,第22位phox,猫,MPO, GSTP1 GSTT1, GSTM1基因。尽管通常认为氧化应激与糖尿病之间的关系,作者声称能找到在高加索T2D病人没有联系102年]。
在第一个DN全基因组基因分型的研究中,作者报道吞没和细胞运动性1 (ELMO1)基因在染色体7 p作为疾病易感性可能在日本患者队列T2D [19]。ELMO1过表达在蜂窝系统工程,他们进一步观察到细胞外基质(ECM)蛋白基因的表达增加和减少的表达基质金属蛋白酶(103年]。还确定了相同的易感性位点T1DN高加索人群(18]。最后,最近的数据从一个荟萃分析研究表明ELMO1协会与DN专门T2D亚洲子群(16]。
与T2D皮马印第安人人口,超过100000个snp的GWAS导致几个位点的识别有重大协会ESRD易感性,最强信号位于intronic PVT1基因的区域(22]。这些发现也复制在一个种族不同人口近年来(23]。
在GWAS进行群体的非裔美国人(ESRD) T2D和五个基因区域的证据与被检测的DN,名义上,SASH1, RPS12, AUH MSRB3-HMGA2, LIMK2-SFI1。这些snp然而后来被发现为全因ESRD [14]。
为了建立一个全面的、定义良好的DNA生物基因分型的DN尤其是在近年来,肾脏在糖尿病的遗传学(GoKinD)进行研究104年]。第一个全基因组扫描的结果报道Pezzolesi等人在2009年。作者声称,虽然没有全基因组SNP实现意义,附近发现了强大的协会4.1 ezrin蛋白,radixin, moesin丰贸域包含3 (FRMD3)轨迹和附近cysteinyl-tRNA合成酶(汽车)轨迹105年]。进一步的研究证实了9 q21.32地区(上游FRMD3)作为T2DN易感性位点在几个不相关的研究人群(20.,21]。
尽管目前的努力投入到这个领域的研究,目前还无法预测那些糖尿病患者具有更高的风险开发DN。事实上,在几乎所有的研究发表了迄今为止在DN易感性,诊断是几乎完全基于高血糖和蛋白尿;因此,它是不可能排除,发现之间的不一致性可能与糖尿病肾损害的人口的误分类。
遗传标记引用本文还总结表1。
3所示。DN的转录组分析
基因组的转录组代表了部分转录和包括编码和非编码RNA分子。当研究转录组,至于基因研究,目标或可以使用全基因组的方法。RNA-sequencing (RNA-seq)、数组和定量PCR (qPCR)是经常使用的技术来评估RNA表达。qPCR非常敏感,甚至细微变化可以精确检测到;数组另一方面非常高通量也不敏感。RNA-seq利用最近的新一代测序平台,它已迅速成为转录组分析的方法选择。RNA-Seq的主要优点是它的高分辨率单核苷酸(下降),其潜在检测小说文本,它能够测量主要记录或拼接成熟的mrna。考虑到大量的基因表达数据在文献中,只有研究DN肾组织或尿液将讨论。所有的编码和非编码RNA标记引用本文还总结表2和3,分别。
3.1。编码RNA研究
第一个转录组签名DN肾脏于2004年出版。使用一个基于数组的方法,Baelde等人化验T2DN肾小球基因表达谱和形态正常,非糖尿病患者肾脏。全基因组分析的结果表明,96年T2DN基因调节,包括水通道蛋白1 (AQP1) calpain 3 (CAPN3) hyaluronoglucosidase和血小板/内皮细胞粘附分子(PECAM-1)。超过500个基因表达下调,包括骨形成蛋白2 (BMP2)、血管内皮生长因子(VEGF)、纤维母细胞生长因子1 (igf - 1)、胰岛素样生长因子结合蛋白2 (IGFBP-2)和nephrin。在相同的手稿,作者证实降低VEGF的表达和nephrin另外DN患者肾活检标本中蛋白质和RNA水平(32]。
解释现有的人类和小鼠之间的不一致性进步DN, microdissected活检从控制,早期和进步T2DN病人接受全球通过微阵列杂交基因表达分析。使用qPCR初步结果,后来证实,揭示upregulation Jak-2和妥协表达式中的一些成员Jak / Stat信号通路中不能检测到db / dbC57BLKS或糖尿病STZ-treated DBA / 2 j小鼠(50]。
最近,Woroniecka等人进行了转录组分析microdissected DN患者肾活检,健康生活移植捐赠者,和病人接受肿瘤切除(组织学正常肾脏组织的分析)。microarray-derived表达谱表明,几个podocyte-specific转录表达下调,包括PLCE1 PTGDS, NPHS1, NPHS2, SYNPO, PLA2R1, WT1 CLIC5, PODXL。肾小球成绩单显示upregulation包括本,C3, COL1A2 CXCL6, COL6A3。在管式隔间相反,作者发现增加表达不同的成绩单包括本,IGL, COL1A2, COL3A1 [37]。
一些报告分析了基因表达的肾小球和肾小管隔间T2DN肾活检。mRNA转录本中发现丰富的肾小球舱MRP8 T2DN个人(52],WNT1、WNT2B WNT4、WNT6 WNT16, DKK3, Lef1 [42),PKCα(58],FSP1 [44],ANGPTL2 [30.],ACE (26]。减少ACE2的表达式(26),VEGF (64年,106年),CTGF, nephrin podocin, WT1 (41)也报道T2DN肾小球。
当分析microdissected, tubule-rich T2DN患者肾活检,IHG-1 [48),白细胞介素6、CCL2 CD68和CCR5 [38)增加,TLR4在肾小球和小管microalbuminuric和公开的DN (38]。
使用活检材料收集的欧洲肾cDNA银行阻力指标信使rna从人类也许可以基因表达的DN肾脏的生活相比,捐赠者,尸体的捐助者,微小病变性患者通过微阵列分析和qPCR验证相结合的方法。结果显示特定NF -的失调κB目标,强调炎症的签名特征的存在进步的DN。八个基因尤其是在T1DN诱导和T2DN相对于控制:CCL5 /咆哮,CXCL10 / IP10 EDN1, VCAM1,抗原,HLA-B, IFNB1, B2M [35]。
进一步研究使用欧洲肾cDNA银行材料强调执行额外的mRNA转录中特异表达T2DN肾脏正常组织相比。特别是肾小球内舱,NRP1和NRP2显著降低T2DN [55),而SMPDL3b增加(61年]。阻力指标间,也许可以在upregulation MMP7 [51]和FGF-2 [43HSPA5],展开的蛋白质反应的基因,HYOU1, XBP1 [47)和apoptosis-related基因的功能(56),观察。
在其他情况下,几个成绩单评估整体的表达T2DN肾脏组织。
调节mrna包括HDAC2、HDAC4 HDAC5 [34],B7-1 [36],Stat1 [33],TNFAIP8和TIPE2 [62年],PRKC-beta [59),VEGF (65年],UII和UT [63年),a和PDGF-B57,LOX1 LDLR, CD36 [24),Jagged1 / Hes1 [46),和麻烦45,46]。
减少转录autophagy-related基因检测Beclin 1, LC3 [33,34]和ATG7 [34,CXCL16 ABCA1、ABCG1和载脂蛋白e [24,Timp3 FoxO1 FoxO3A, Atg5, Atg8 [33],ANKRD56和ENTPD8 [31日],nephrin [54]。
在其他作品,研究设计了比较与其他glomerulopathies T2DN。阻力指标间也许可以使用一个基于qPCR方法,与肾活检的DN患者生活捐助者,微小病变性患者异形专门为202个候选基因的表达分子途径DN发展做出贡献。结果显示降低VEGF的表达和表皮生长因子,而胶原蛋白我和IV,纤连蛋白1和波形蛋白以及基质金属蛋白酶2、7、14和的金属蛋白酶组织抑制剂1和3增加(39]。在另一项研究中,增加IRS2 mRNA DN患者检测与控制相比,虽然没有重大变化IRS2表达式中活检患者从focal-segmental肾小球硬化症或膜性肾病49]。
低ROBO2 mRNA的表达出现在DN与肾硬化相比,focal-segmental肾小球硬化症、膜性肾病和控制移植前活检(60]。
强大的特殊感应COL8A1和COL8A2 mrna表达被发现在肾小球和肾小管箱内T2DN与控制移植前患者的活检切片,良性肾硬化,focal-segmental肾小球硬化症(40]。最后,增加了ACE表达在T2DN活检相比,良性肾硬化,微小病变性肾病综合症,狼疮肾炎(25]。
旨在开发早期DN诊断的诊断工具,郑等人设计了一个PCR-array平台同时检测88个基因表达变化和工作在一个试点研究DN患者的尿沉积物是化验。作者发现几个mrna在DN健康对照组相比显著增加,特别是NOTCH3, ACTN4, CDH2,王牌,FAT1, COL4A1, SYNPO, TWIST1 [27]。相似的研究调查了mRNA来自T2DN患者的尿沉积物。podocalyxin mRNA水平的增加,CD2-AP [29日,nephrin WT-1 [28),α辅肌动蛋白4 podocin, synaptopodin [28,29日)被发现在DN组与控制。最后,在另一个工作,作者声称,尿的表达nephrin podocin是用于区分诊断组(IgA肾病、微小病变性和膜性肾病)以及预测肾功能下降(53]。
3.2。非编码RNA的研究
直到几年前,DN的分子分析主要集中在mRNA转录的表征。然而,在过去十年多兴趣聚集的剖析非编码RNA (ncRNA)分子。ncRNAs调节基因表达的能力以及发现它们可以探测到在biofluids和相当稳定的让他们理想的生物标志物的候选人。
小分子核糖核酸(microrna)可能是最ncRNAs研究;他们很短,单链、高度保守的和组织。通过完美的部分匹配绑定microrna调节蛋白质合成前体信使RNA。部分匹配绑定特性允许microrna绑定同时数以百计的目标;因此即使一个microrna分子的失调可以深刻影响周围环境的基因表达谱。为一个完整的回顾microrna生源论和功能请参考[107年,108年]。领域的DN, microrna的大部分细胞和动物模型上进行分析研究。最近,microrna的惊人的发现可以,释放到细胞外环境,不同体液的microrna的内容特征。
第一个microrna公认为DN发展相关因素是mir - 192 (109年]。最初发现在小鼠模型的DN, mir - 192,连同mir - 377, mir - 337, mir - 129,后来发现是丰富人类系膜细胞(MCs)暴露于高葡萄糖67年]。有趣的是,当评估mir - 192在人类DN肾、表达水平不仅减少,而且反向与肾脏疾病的严重程度(72年),再次提高现有问题的适当性动物模型的DN。
miR-21最近成为许多并发症(纤维化的标志110年,111年];不出所料,增加miR-21表达人类T2DN肾活检中发现相对于健康对照组(74年]。
除了前面提到的DN肾脏分析从Krupa et al .,制成的miRNome分析T2DN肾脏被黄等人最近出版,发现mir - 155和mir - 146 a浓缩在这些样本(69年]。这两个是唯一描述人类DN的miRNome肾脏工作;值得注意的,严格的肾活检的存在政策在大多数肾脏学诊所可能是一个限制因素的样本收集和可用性。同时,迫切需要新的生物标志物的诊断和发展重点转向更容易获得样本的分析,如生物液体。
使用一个基于qPCR方法,Argyropoulos等人首先执行内转至患者的尿microrna测定,没有蛋白尿。结果表明,mir - 323 b - 5 - p, mir - 221 - 3 - p, mir - 524 - 5 - p,和mir - 188 - 3 - p underexpressed albuminuric相对于nonalbuminuric病人,虽然mir - 214 - 3 - p, mir - 92 b - 5 - p, hsa - mir - 765, hsa - mir - 429, mir - 373 - 5 - p, mir - 1913, mir - 638中(71年]。在类似的研究中进行尿液的RNA含量,作者表明,mir - 130 a和mir - 145浓缩在近年来微蛋白尿患者normoalbuminuric受试者相比,尽管mir - 155和mir - 424是减少(68年]。
在工作旨在确定所有的尿水平miR-29家庭成员(miR-29a、miR-29b miR-29c), miR-29a显著增加albuminuric T2DN病人normoalbuminuric相比,病人也与蛋白尿的程度(75年]。
工作从Szeto et al .,当比较患者的尿沉积物IgA肾病,DN,或高血压肾硬化,miR-15减少DN样品相比其他组(70年]。同样,在另一个工作的作者发现,mir - 192水平减少尿沉积物的DN患者患者与健康对照组和微小病变性肾病,局灶性肾小球硬化症、膜性肾病、或其他诊断组(73年]。
microrna的表达也以从T2D汉族患者静脉血,没有蛋白尿。使用芯片方法,作者确定了若干差异表达microrna在不同研究人口和microrna的使用qPCR差别let-7a对这些基因的确认。非常有趣的是,作者还观察特定的变体的分布在let-7a (rs1143770)明显高于糖尿病患者(有或没有蛋白尿)相对于对照组(76年]。
最后,失调的一个新类的非编码RNA分子已成为可能涉及不同的并发症,包括肾脏疾病。在这些非编码RNA分子,最近的努力旨在描述所谓长非编码RNA (lncRNAs)。相比microrna lncRNAs超过200个核苷酸,差守恒的。这导致了最初的假设lncRNAs没有生物学上相关。今天我们知道lncRNAs包含单个域和结构图案,让他们专门与DNA, RNA和/或蛋白质,从而调节其功能。
第一个lncRNA PVT1发现肾脏疾病。正如前面讨论的,多个实验证据,来自不同种族的人群,建议糖尿病肾脏疾病之间的联系和PVT1内遗传变异位点22,23]。PVT1的增加是重要的系膜细胞刺激高葡萄糖,可以诱导表达的纤溶酶原激活物抑制剂1 (PAI-1)和转化生长因子β1 (TGF -β1)(112年]。值得注意的,六种不同的microrna在PVT1基因编码;因此,作者调查了是否变更PAI-1 TGF -β1基因表达是由于PVT1 lncRNA记录本身或是否突变的结果在microrna PVT1基因编码。结果表明,两种PVT1 lncRNA和mir - 1207 - 5 - p被高葡萄糖诱导独立和他们都导致了ECM积聚在肾脏66年]。
4所示。DN表观遗传研究
表观遗传学是指所有这些动态结构变化,虽然不是造成DNA序列的改变,影响基因表达和可以被继承。表观遗传修饰,如DNA甲基化、组蛋白甲基化和组蛋白乙酰化作用,修改染色质的可访问性,从而调节转录。他们负责在细胞的表型差异并解释为什么一个生物体的基因表达谱变化所以在开发过程中深刻。与遗传学、表观遗传学极易受影响的环境;因此,其监管机制的理解提供了一个令人难以置信的疾病管理的机会。
表观遗传学的研究糖尿病肾病仍处于胚胎阶段尽管越来越多的证据表明代谢记忆持久的表观遗传修饰的结果导致DN发展(113年]。2007年Geisel等人分析了启动子甲基化的压力反应蛋白质p66Shc,先前所示增加易受氧化应激和动脉粥样硬化114年]。ESRD患者外周血单核细胞分离和控制对象,作者表明,增加p66Shc ESRD表达组与显著减少其启动子区域的甲基化(77年]。
使用基于数组的方法,192内转至患者的全基因组启动子DNA甲基化分析寻找任何可能与DN。进行了分析使用DNA提取外周血细胞包括T细胞数量在近年来负责胰岛β细胞破坏。重要的是,在几个CpG岛显示与DN发展相关,结果发现了一个在特定(rs10081672),位于上游的UNC13B基因。此外,这个地区是与rs13293564强大的连锁不平衡,一个变种与DN的易感性有关。重要的是,这取决于等位基因存在于rs10081672, CpG站点创建或废除,从而影响转录因子的结合(78年]。
在另一个工作,全基因组DNA甲基化ESRD的糖尿病患者和糖尿病患者没有肾病与目标识别无创诊断的新疾病生物标志物。病人的唾液被雇佣为原料进行DNA提取,研究人口包括非裔美国人和西班牙裔人。结果强调了微分在两个或两个以上的CpG甲基化网站在两组之间的187个基因。有趣的是,许多这些基因参与炎症,氧化应激,泛素化,纤维化和药物代谢,甚至有些特别的基因与DN著称,建议再次密切联系遗传失调和表观遗传失调在DN的发病机制115年]。
长谷川等人近期的一篇论文表明,Sirt1,目标组蛋白和转录因子的蛋白脱乙酰酶,减少在STZ-treated老鼠。使用转基因小鼠模型作者阐明了Sirt1表达式之间的交互、Cldn1 CpG甲基化的基因编码的蛋白质Claudin-1。Claudin-1紧密连接蛋白参与细胞间粘附和作者表明其epigenetic-mediated感应负责足抹杀和蛋白尿。支持这一假说的作者还透露蛋白尿之间的相关性和Sirt1表达在人类DN肾脏(116年]。
最后,Reddy等人优雅地展示了血管紧张素ⅱ受体拮抗剂的防护效果之间的联系,洛沙坦,及其逆转能力特殊的表观遗传变化在糖尿病患者的肾小球db / db老鼠(117年]。外基因标记引用摘要表中列出4。
所有这些实验证据表明,表观遗传学有可能允许一个临时的和可逆的操纵基因表达,防止疾病进展。他们还强调理解表观遗传的重要性对DN发展的贡献。
5。蛋白质组学研究DN
蛋白质组可能代表了最完整的表达一个活的有机体的潜力,因为它关注的一组蛋白质,基因组所表达的生物和代谢调节细胞的功能。“蛋白质组学”,正式定义为大规模和大规模spectrometric-based蛋白质组的分析,是一个复杂的和跨学科的物质要求专业知识从化学生物学和生物信息学,为了揭示复杂的蛋白质数据集的含义在生理和病理条件下的生物样品。与基因组学研究中,基于生物样品的分析,可能人为地扩大使复杂小原料的研究,蛋白质组学开始需要大量的样本,可以很容易地在生物体液而不是组织或细胞中。因此,蛋白质组学研究肾脏学更面向生物体液的分析了,在过去的十年中,一些公认的生物标记物的鉴定,不久将进入到临床实践(118年]。
在接下来的段落我们将讨论蛋白质组学的主要应用的识别新的潜在生物标志物的DN肾组织和生物液体特别强调新兴潜力的转录后修饰(天车)放映。本文讨论的蛋白质标记也报道在表5。
5.1。肾组织
肾小球损伤中起着至关重要的作用在DN的发生使肾间蛋白质组学研究的一个关键目标(119年]。然而,只有少数蛋白质组研究以来,已进行孤立的肾小球,一般来说,肾活检很少进行糖尿病病人和孤立的肾小球数量,当开始形成活检材料,太稀缺生产均匀准备个别标本和提取足够的肾小球深蛋白质组研究蛋白质含量。最近的方法改进(120年)现在允许完整的提取和修改的蛋白质从福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)样本从而使可用的使用巨大的肾组织档案进行蛋白质组学分析。蛋白质组学分析孤立的肾小球,通过激光捕获显微解剖(LCM) [121年),允许组织超过100个差异表达蛋白质的识别DN与非糖尿病患者肾小球(79年]。值得注意的是,这项研究的结果可能低估了肾小球的差异蛋白质组进行以来FFPE组织来源于尸检病例进行后期蛋白水解作用[122年]。nephronectin,然而,在不同的蛋白质表达蛋白与细胞外基质的组装和nephrogenesis [123年),被确认为不同使用免疫组织化学表达在DN组织标本。类似的研究报道增加C3和膜攻击复杂的表达式(C5b-9)和显著减少podocyte-associated蛋白质和抗氧化蛋白在DN (80年]。即使这些概念验证研究证明FFPE组织蛋白质组学的有用性,这种方法的潜力仍然阻止贫穷的可用性的组织标本,限制了识别的关键分子事件参与DN的发生和进展。
5.2。Biofluids
Biofluids包含任何液体来自生物体的身体内。在体液中蛋白质组学已主要应用于尿液和血清/血浆。采脂和他的同事报道,近年来DN患者尿液,一组65尿液生物标记物,主要由胶原蛋白片段,进一步验证在多中心独立的2型糖尿病患者(124年,125年]。Zurbig等人扩大了65至273肽分类器,并演示了其预测能力在近年来微蛋白尿的发生和2型糖尿病患者normoalbuminuric126年,127年]。这些数据最近被证实在另一个独立的研究,明确具体的子集的尿液生物标志物能够预测到的过渡normo -微蛋白尿或从微观macroalbuminuria (81年]表明胶原蛋白片段的出现在尿液T2DM病人可能的诊断和预后价值。潜在的预测生物标志物还描述了在T1糖尿病患者的尿液样本82年]。LC / MS / MS分析22日内转normoalbuminuric发展中微蛋白尿患者平均随访6年后允许确定一组潜在的预测生物标记物,通过ELISA试验进一步验证。值得注意的是,这些蛋白质组生物标志物的介绍(THP, progranulin、alpha-1-glycoprotein clusterin)到基线模型,其中包括糖尿病持续时间、基线白蛋白排泄率(AER)、糖化血红蛋白、半胱氨酸蛋白酶抑制物C,尿酸肾功能恶化的预测从84%提高到了89%。
金等人使用等压标签进行相对和绝对定量(iTRAQ)和LC / MS / MS量化,确定一组尿蛋白排泄normoalbuminuric与不同microalbuminuric T2DM病人。三个蛋白质生物标记物,即alpha-1-antitrypsin alpha-1-acid糖蛋白1,和前列腺干细胞抗原,包括多路检测,能够正确分类normoalbuminuric和microalbuminuric 2型糖尿病患者约有92%的准确率83年]。
Dihazi等人确认和验证,通过SELDI-TOF /女士,两个质量峰对应于B2-microglobulin和泛素核糖体融合蛋白选择性地和不同排泄nephropathic糖尿病患者(84年]。我们进一步完善本研究通过选择只有糖尿病患者biopsy-proven Kimmelstiel-Wilson损伤和尿B2-microglobulin和免费泛素化标志物的糖尿病性肾小球硬化症的其他非糖尿病患者肾损伤85年]。虽然整个尿蛋白质组的分析到目前为止最常用的方法是寻找针对疾病的生物标志物,这事的未来将澈底地分析蛋白质小分支,因为它可能会提供更详细的信息关于简化蛋白质组和潜在的改善知识的具体途径。直到几年前,减少蛋白质组的复杂性,最有用的方法是最丰富的蛋白质的选择性免疫抗体耗竭。在过去的几年中,你修改的浓缩蛋白已经开始了一个新的策略强调功能有趣的蛋白质。两个新兴分支在这种背景下phosphoproteomics glycoproteomics。蛋白质磷酸化是一个关键的球员在大多数细胞通路的调节;筛选法因此,组织磷酸化蛋白质组尿液样本可能代表管制信息的宝贵来源细胞过程在许多肾脏疾病包括DN。然而,到目前为止,尚未应用分析法尿组织磷酸化蛋白质组可溶性蛋白质在DN和其他慢性肾病可能是因为大多数的历史没有准备和尿液样本的集合存储在磷酸酶抑制剂,防止天车的责任,确保更可重复的结果。相反,microvesicular分数的分析(即。,exosomes) that originates from renal epithelial cells and are released into urine may be, at the moment, more useful to study this kind of PTM as the presence of the exosomes’ membrane may preserve PTMs by protecting their protein content from spontaneous degradation and dephosphorylation by proteases or phosphatases, respectively [128年]。Zubiri等人已经发表的第一个DN患者的尿液液蛋白质组研究展示的潜力microvesicular DN具体的标志物的筛查(86年]。具体来说,3)/ 25最重要的不同表达蛋白质,即压敏电阻器anion-selective通道蛋白1 (VDAC1),同种型的第1 histone-lysine N-methyltransferase MLL3,和alpha-1-microglobulin / bikunin前体(AMB),也被验证。值得注意的是,MLL3,表观遗传转录激活的特定标签,只在DN液检测,因此强调潜在的表观遗传机制在DN的病理生理学的重要性。此外,冈萨雷斯等人最近报道的第一phosphoproteomic筛选尿液在健康受试者129年]。它是合理的考虑即将到来的应用液的phosphoproteomics识别特定的管制模式作为一种新的方法在肾脏疾病。至于phosphoproteomics glycoproteomics尿液样本也处于起步阶段。目前,只有一个纸应用这种方法研究CKD识别大量尿蛋白参与免疫/压力反应和许多生物功能像体内平衡,血小板脱粒和凝固,运输和分泌130年]。由于glycoproteomics的重要性在信息交互和信号级联,这是合理的,许多将计划在明年进一步研究理解,通过筛选蛋白质的特定子集,特定肾病的分子机制参与损伤进展包括DN。有趣的是,有用的glycoproteomics诊断DN最近报道在等离子体13显著调节糖蛋白被描述在DN患者相比,2型糖尿病患者肾病(87年]。其中,等离子体的糖化lumican水平增加,vasorin,含有视黄醇绑定验证通过免疫印迹和显示潜在的特异性DN。通过使用不同的蛋白质组学策略,金正日和同事报道,等离子体的糖化PEDF水平增加,载脂蛋白J前体,血液结合素,免疫球蛋白重链,和免疫球蛋白kappa链与血糖控制不佳的2型糖尿病患者糖化prekallikrein和补充因素C4B3与微量白蛋白尿和其他糖化蛋白质如血液结合素前体,丝氨酸蛋白酶抑制剂,alpha-1-antitrypsin, haptoglobin-related蛋白质与DN(有关88年]。这些研究证实了等离子体的潜力glycoproteome识别可靠的生物标志物的DN和强调其重要性的考虑的整体分析血清/血浆蛋白质组生物标志物是富有挑战性的,因为候选人通常出现在微量。值得注意的是,有另一种方法来减少这种生物流体的复杂性,即样品的初步分离,通过几位前已知的策略分析131年),允许删除nonrelevant的大背景和丰富的蛋白质,可能有利于生物标志物的发现潜在的候选人。到目前为止只有很少有研究利用这种方法来分析血清(89年,132年)或等离子体(133年蛋白质组的2型糖尿病患者。这些研究报道细胞外谷胱甘肽过氧化物酶(eGPx)和载脂蛋白(ApoE)作为一个潜在的诊断生物标记的DN和维生素D-binding蛋白质(菲律宾)在2型糖尿病肾损害的早期生物标志物。整体许多独立研究显示越来越多的新生物标志物可能有用的对疾病的早期诊断和监测和对更深入的了解其发病机制。
6。代谢组学研究DN
代谢组学是一个系统的小分子(即评价。,metabolites) that may provide fundamental biochemical insights into disease pathways, drug toxicity, and gene function. Metabolomics profiling is generally carried out by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and MS-based profiling each with advantage and limitations [134年]。两个主要的策略可能是生物样品采用代谢组学分析:目标和没有针对性分析。有针对性的分析只关注组一些代谢物通常包含在特定代谢途径而非针对性分析提供了一个综合评价的代谢物没有任何先天的假设在代谢途径。有针对性的分析是一个重要的生物机制的调查工具,而不是生物标志物的发现;事实上,它是一种定量方法,允许量化每个感兴趣的代谢物的代谢途径通过使用isotope-labelled标准(135年]。没有针对性的方法反而更适合生物标志物发现因为整个代谢的情况下和控制可能允许disease-correlated生物标记的识别。显而易见的,后一种方法的需求,至于蛋白质组学,通过监督进一步数据分析统计方法,以构建特定疾病代谢组学分类器通过质谱进一步测序。在过去的几年,分离技术的优化使得特定类的选择性净化代谢物如磷脂和脂肪酸,导致开发新的更如“phospholipidomics集中没有针对性分析。“至于蛋白质组学,代谢组学的大部分的研究一直在进行biofluids,即尿液和血清/血浆。本文所引用的所有代谢组标记也报道在表6。
6.1。尿液代谢组学
尿液代谢组学可能提供直接洞察生化途径与肾脏功能障碍,因为各种各样的尿液中代谢物由肾脏和集中。Sharma et al。90年)使用有针对性的分析,调查94年的尿排泄代谢产物在健康受试者(HS)和2型糖尿病患者(DM + CKD)或没有(DM-CKD)慢性肾病。13个不同的代谢产物排泄T2DM病人和海关之间区分DM + CKD和DM-CKD也有用的。有趣的是,十三个代谢物5个不同的分泌之间DN和其他慢性肾病,因此被专门与糖尿病肾病相关,而8/13代谢变化与糖尿病和非糖尿病患者CKD才能体现。大多数的排泄代谢产物在DN组水溶性有机阴离子和功能分析他们在DN与线粒体功能受损有关。最近,佩纳和他的同事们进行了诸多用气相色谱-质谱和报告分析尿液和血浆代谢物可能有用代谢物的一组预测的发展DN上传统的肾风险标记,即基线尿白蛋白排泄和基线估计肾小球滤过率(91年]。在这个前瞻性研究,24 normo -微蛋白尿/控制对和21微macroalbuminuria /控制对被录取。微的代谢组学概要——macroalbuminuria案例/控制对显示显著差异而normo——微蛋白尿对保持不变。专门报道两个血浆代谢物(butenoylcarnitine和组氨酸)和三个尿液代谢物(己糖、谷氨酰胺和酪氨酸)显著差异排泄macroalbuminuria microalbuminuric患者容易发展。接收操作特征(ROC)曲线下的面积带来的整合这些尿液和血浆代谢物参考模型基于基线eGFR和尿白蛋白排泄形式传递84%到99%正确的预测。虽然这些结果似乎令人印象深刻,就像作者说的,他们仍然需要小心管理,直到验证研究越来越将设立独立的群体。一些确定的pathopysiology代谢物可能直接联系糖尿病及其慢性并发症,例如,butenoylcarnitine等离子体积累已经过度有关但不完整的线粒体脂肪酸氧化(136年),可能由于较低的线粒体数量和减少氧化能力T2D组织(137年]虽然组氨酸,调制器的炎症和氧化应激反应,可能与受损的炎症和氧化应激在2型糖尿病和慢性肾病患者。值得注意的是,这两项研究强调了线粒体的重要性在DN的发病机制失调。尿液代谢组学还被应用于1型糖尿病患者以识别预测生物标志物肾功能恶化的92年]。代谢物的基线24小时尿液样本的52个1型糖尿病患者(26稳定normoalbuminuric和26对微蛋白尿进展在5.5年的随访)是由LC / MS和gc - MS。多元逻辑回归分析gc - MS和LC / MS数据显示65%和75%交叉验证后的预测能力,分别。21岁和14个化合物表现出了重大贡献gc - MS和逻辑回归模型基于LC / MS数据集,分别。大部分的识别气化合物羧基化合物,酸性代谢产物,和内源性氨基酸不显示记录直接关系DN而质数据集显示脂肪酸代谢受损,相关的特定化合物解毒系统,肠道微生物组。
6.2。血清和血浆代谢组学
血清和血浆代谢组学进行了整体样本和特定的小分支。Marrachelli和同事(93年)执行基因组和代谢组学筛选1500多白人T2DM病人,microalbuminuric病人的血清代谢物轮廓特征核磁共振(NMR),并与特定的基因型相关,因此报告潜在的预测价值的基因型微量白蛋白尿的2型糖尿病的发病。此外,Hirayama et al。94年)报道,在2型糖尿病患者中,19个血清代谢物包括肌酸酐,天冬氨酸,γ-butyrobetaine、瓜氨酸、对称dimethylarginine (SDMA)、犬尿氨酸,壬二酸,粘酸与蛋白尿呈正相关,与消极的表皮生长因子受体。值得注意的是,一些最显著的不同的排泄代谢产物并不确定。进行多个逻辑回归,确定代谢物,公认的4个特性,即天冬氨酸,壬二酸,粘酸,对称dimethylarginine (SDMA)的相关模型,允许正确的DN患者约75%的识别精度。Zhang et al。95年)进行血清代谢组学分析8 DN患者,33个2型糖尿病(T2DM)病人体内的病人,和25个健康志愿者为了研究DN生物标志物的存在。重要的是,他们报道亮氨酸的显著变化,dihydrosphingosine和phytoshpingosinewere专门在DN组,从而表明氨基酸代谢和磷脂代谢的扰动糖尿病疾病的关键事件。其他作者有相反调查具体的小分支的代谢物,即化合物与嘌呤和嘧啶代谢,磷脂和脂肪酸。
夏et al。96年标准化的一个分析方法进行分析和量化的嘌呤和嘧啶代谢产物在匹配DN患者和健康对照组。根据完善协会的嘌呤和嘧啶代谢途径与DN的发展,他们可以评估尿酸、黄嘌呤和腺苷在DN患者显著增加(尤其是那些在舞台上V根据Mogensen分类),肌苷降低可能是由于催化肌苷形成的腺苷脱氨酶抑制腺苷。脂质代谢受损已经直接与2型糖尿病和DN。几个磷脂(PLs),显著调节或疾病模型中表达下调,已经被认为是潜在的生物标记的2型糖尿病或DN (138年,139年]。等离子体请全面、定量分析,如磷脂酰乙醇胺,phosphatidylglycerol,磷脂酰胆碱,磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂,lysophosphatidylcholine,可能从DN患者选择性区分2型糖尿病97年]。目标量化磷脂酰肌醇,磷脂显示比例减少的DN患者鞘磷脂的线性增加。虽然分子致病的机制导致受损的磷脂代谢不明确,作者建议,降低磷脂酰肌醇可能反映了山梨糖醇通路的激活增加2型糖尿病而增加鞘磷脂可能取决于glucocorticoids-mediated鞘脂类代谢。
血浆脂肪酸(FAs)可能也直接影响糖尿病的发生和发展,因为他们的异常堆积在实质细胞的多个组织,称为lipotoxicity,被建议作为一个触发器的2型糖尿病及其慢性并发症(140年]。FAs的特定代谢组学检测,即lipidomics、可能导致这种疾病的理解。汉和他的同事们报告了基于气相色谱分析-质谱法(CG-MS)标准化方法有用的具体评估nonesterified和酯化脂肪酸(NEFAs和必需脂肪酸,职责。)98年]。Lipidomics筛查的150名患者,包括糖尿病患者有或没有肾病显示高歧视权力在不同阶段的DN。疾病进展是专门与等离子体水平的花生四烯酸参与前列腺素的合成代谢,从而表明炎症过程的一个关键的角色在DN的进展。
7所示。结论
随着基因研究到目前为止仍不确定,很难想象一个共同的遗传基础发展的DN。很可能一些环境因素显著的进化这个特定的并发症的糖尿病患者。然而,毫无疑问,从疾病的早期阶段,许多分子变化,观察到转录组、蛋白质组学、代谢组学水平,预测临床表型的发病,可能让我们详细重建肾脏损害在2型糖尿病的发病的基础。尽管新的组学等挑战的分析蛋白质的转录后修饰和multiprotein复合物,模仿自然发生在细胞内的行为,将进一步扩大我们对DN发病机制的理解,我们已经能够识别常见的线程将在文献中描述的所有不同的分子变化通过执行bioinformatic-based分析基因的转录,蛋白质和代谢物描述到目前为止。我们可以设想,具体的选择使生物标志物与临床表型可能导致更好的分层患者的肾损害的具体“类型”在2型糖尿病,可能允许识别病人的进步或应对特定的治疗。完成这项任务和前进,然而,迫切需要建立针对疾病包含个人的平台,临床和组学概要文件,允许的全部潜力应用系统生物学分析和特定疾病表型的发展模式。
我们可以期待在未来未来二型糖尿病肾损害的新范式的发展之路,将有助于定义分子医学作为一个全球组织方法适用于DN以及其他有关肾条件。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
这项研究是由以下格兰特:意大利卫生部Ricerca Finalizzata 2009;项目代码:rf - 2009 1470765,主要调查人员:s De Cosmo博士和教授l·杰苏阿尔多。