Kaip ištaisyti ir gydyti ūminį inkstų pažeidimą?

Susisiekite: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com

Daugiafunkcinis požiūris į ūminį inkstų pažeidimą ir taisymą

Louisa MS Gerhardt ir Andrew P. McMahon

Abstraktus

Inkstai turi nepaprastą regeneracinį pajėgumą. Reaguodamos į išeminį ar toksinį pažeidimą, proksimalinės kanalėlių ląstelės gali daugintis, kad atstatytų pažeistus kanalėlius ir atkurtų inkstų funkciją. Tačiau sunkusūminis inkstų pažeidimas(AKI) arba pasikartojantis AKI (ūminis inkstų pažeidimas) įvykiai gali sukelti netinkamą adaptaciją ir ligos progresavimą nuo AKI (ūminis inkstų pažeidimas) įlėtinė inkstų liga(CKD). Taikant vienaląstes technologijas, praėjus savaitėms po AKl buvo nustatytos sužeistos proksimalinės kanalėlių ląstelės (ūminis inkstų pažeidimas), išsiskiriantis priešuždegiminiu senstančiu molekuliniu parašu. Epigenetiniai tyrimai atskleidė dinaminius inkstų chromatino kraštovaizdžio pokyčius po AKI (ūminis inkstų pažeidimas)ir aprašėme pagrindinius transkripcijos veiksnius, susijusius su AKI (ūminis inkstų pažeidimas) atsakymas. Daugiafunkcinių technologijų integravimas atveria naujas galimybes pagerinti mūsų supratimą apie AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ir AKl varomosios jėgos (ūminis inkstų pažeidimas) perėjimas prie ŠKL, kurio galutinis tikslas – sukurti pritaikytas diagnostikos ir gydymo strategijas, skirtas pagerinti AKI (ūminis inkstų pažeidimas) rezultatus ir užkirsti keliąinkstų ligaprogresija.

Raktiniai žodžiai: Ūminis inkstų pažeidimas, Multi-omika, epigenomika, vienos ląstelės RNR sekos nustatymas, ATAC sekos nustatymas.

Įvadas

Ūminis inkstų pažeidimasAKI (AKI), diagnozuojama dėl staigaus kreatinino kiekio serume padidėjimo ir (arba) šlapimo kiekio sumažėjimo, yra labai paplitusi būklė, susijusi su padidėjusiu sergamumu ir mirtingumu bei didelėmis sveikatos priežiūros išlaidomis [1e4]. Pavyzdžiui, dabartiniai įrodymai rodo, kad mažiausiai 25 procentams visų hospitalizuotų COVID-19 pacientų išsivysto AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ir kad šie pacientai turi žymiai didesnę mirtingumo riziką nei COVID{0}} pacientai, neturintys AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [5]. Pacientai, išgyvenę AKI (ūminis inkstų pažeidimas) yra didesnė rizika pereiti prie lėtinės ir galutinės inkstų ligos stadijos [3,4,6]. Remiantis 2018 m. JAV inkstų duomenų sistemos metine ataskaita, tik 52,6 proc. hospitalizuotų veteranų reikalų pacientų, kurie atitiko AKI. (ūminis inkstų pažeidimas)diagnozės kriterijai, buvo suteikta diagnozė AKI (ūminis inkstų pažeidimas), ragindamas daugiau informuoti apie AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ligoninėse [7]. Be to, ankstyva AKI diagnozė (ūminis inkstų pažeidimas)Jį riboja jautrių biologinių žymenų trūkumas ir galimos AKI gydymo galimybės (ūminis inkstų pažeidimas) ir toliau pasikliauja hemodinamikos optimizavimu, nefrotoksiškumo vengimu ir pakaitine inkstų terapija.

Proksimalinės kanalėlių ląstelės, gausiausias ląstelių tipas inkstuose, yra atsakingos už didelę inkstų skysčių ir tirpių medžiagų reabsorbciją ir tapo pagrindiniais adaptyvaus ir netinkamo atsako į AKI žaidėjais.ūminis inkstų pažeidimas) [8]. Dėl didelio metabolinio aktyvumo ir priklausomybės nuo oksidacinio metabolizmo išemija greitai sukelia ATP išeikvojimą, reaktyviųjų deguonies rūšių kaupimąsi ir galiausiai proksimalinių kanalėlių ląstelių apoptozę arba nekrozę (1 pav.). Proksimalinės kanalėlių ląstelės, kurios išgyvena išeminį įvykį, turi gebėjimą atskirti, daugintis ir atkurti pažeistus kanalėlius, taigi vaidina esminį vaidmenį prisitaikymo taisymo procese, siekiant atkurti inkstų funkciją [9-11]. Tačiau netinkamai prisitaikančios proksimalinės kanalėlių ląstelės, kurioms būdingas priešuždegiminis ir profibrotinis fenotipas, taip pat buvo susijusios su ligos progresavimu nuo AKI.ūminis inkstų pažeidimas) į lėtinę inkstų ligą (CKD), sudėtingą procesą, apimantį uždegimą, kraujagyslių retėjimą ir tarpląstelinės matricos gamybą, kurią sukelia aktyvuoti pericitai ir miofibroblastai (1 pav.) [8,12]. „Omics“ technologijos, tiriančios genomo organizaciją, genų ekspresiją ir baltymų produktus, pvz., transpozazei prieinamo chromatino tyrimas naudojant sekos nustatymą (ATAC-seq), mRNR seką ir masių spektrometriją, atitinkamai, žymiai pagerino molekulinę įžvalgą apie AKI inicijuotas ląstelių reakcijas.ūminis inkstų pažeidimas). Pastaruoju metu šių metodų taikymas vienoje ląstelėje leido tirti ląstelių įvykius precedento neturinčia didele skiriamąja geba. Šie ir kiti daugiafunkciniai metodai žada visapusį supratimą apie reguliavimo mechanizmus, reguliuojančius inkstų ligas, atverdami naujas biomarkerių ir vaistų atradimo galimybes. Šiame rankraštyje apžvelgiamos naujausios išvados, naudojant omikos technologijąinkstų pažeidimasir taisyti, ir svarsto galimybę ateityje taikyti daugiafunkcinius metodus, kad geriau suprastų ir gydytųinkstų pažeidimasirinkstų liga.

Figūra 1:AKI ir procesų apžvalga.

Proksimalinės kanalėlių ląstelės yra labai jautrios išemijai, kuri gali sukelti ląstelių mirtį dėl apoptozės ir reguliuojamos (piroptozė, ferroptozė, nekroptozė), taip pat nereguliuojama nekrozė ir negyvų ir gyvybingų ląstelių patekimas į kanalėlių spindį. Išgyvenusios proksimalinės kanalėlių ląstelės (PTC) gali išsiskirti ir daugintis, kad atkurtų inkstų struktūrą ir funkciją; tačiau netinkamas atstatymas taip pat gali sukelti ligos progresavimą iki lėtinės inkstų ligos (LIL). Šiam procesui būdingas kraujagyslių retėjimas, pericitų ir miofibroblastų diferenciacija, padidėjęs pluoštinės ekstraląstelinės matricos (ECM) nusėdimas, kanalėlių praradimas ir lėtinis uždegimas. Nfkb1 ir nesėkmingai atkuriami PTC, kuriems būdingas su senėjimu susijęs sekrecijos fenotipas (SASP), greičiausiai vaidina svarbų vaidmenį AKI (ūminis inkstų pažeidimas)-perėjimas prie CKD.

Genomika

Genominiais tyrimais siekiama nustatyti genetinį ligos pagrindą hipotezėmis pagrįstu tiksliniu kandidatų genų sekos nustatymu arba viso genomo sekos nustatymu be hipotezės. Čia daugiausia dėmesio skirsime viso genomo asociacijos tyrimams (GWAS), kuriuose naudojamas nešališkas požiūris, kad sekų variantai visame genome būtų atvaizduojami su fenotipinėmis savybėmis, tokiomis kaip ligos požymiai, ir leidžia identifikuoti genų kandidatą mechaniniams tyrimams (2 pav.). Palyginti su kitais ligos požymiais, turimas GWAS skaičius, tiriantis AKI genetinį foną (ūminis inkstų pažeidimas) yra nedaug. Taip yra iš dalies dėl sudėtingo ir nevienalyčio AKI pobūdžio (ūminis inkstų pažeidimas) kaip ligos požymis. AKI (ūminis inkstų pažeidimas) gali sukelti daugybė skirtingų veiksnių, tokių kaip išemija, sepsis, nefrotoksiniai vaistai ir obstrukcinė nefropatija. Dabartiniai įrodymai rodo, kad pagrindiniai AKI molekuliniai ir ląsteliniai mechanizmai (ūminis inkstų pažeidimas) turi priežasčiai būdingus komponentus [13,14], tačiau AKI apibrėžimas yra sutaręs (ūminis inkstų pažeidimas) – kreatinino kiekio serume ir šlapimo kiekio pokytis – neatsižvelgia į skirtingus AKI (ūminis inkstų pažeidimas) priežastys.

Pavaizduota supaprastinta viso genomo asociacijos tyrimo (GWAS) darbo eiga (viršuje kairėje). Norint ištirti ryšį tarp genetinių variantų ir specifinio požymio, populiacijoje atliekamas viso genomo sekos nustatymas arba genotipų nustatymas naudojant vieno nukleotido polimorfizmo (SNP) matricas, o statistiniai asociacijos testai naudojami siekiant nustatyti SNP, susijusius su dominančiu požymiu. Vienaląstės RNR sekos nustatymui (viršuje dešinėje) paruošiama vienos ląstelės suspensija, atskiriamos atskiros ląstelės, o ląstelės (arba branduolio) mRNR molekulės užfiksuojamos ant granulių, kad vėliau būtų konvertuojamos į cDNR. cDNR amplifikuojama, o sekos nustatomos naudojant naujos kartos sekvenavimą (NGS) ir sekos susiejimą su genomu. Atliekant epigenominę analizę (apačioje dešinėje), po transpozazės prieinamo chromatino (ATAC) tyrimo atliekamas NGS ir sekos žemėlapis, kad būtų galima vizualizuoti chromatino prieinamumą visame genome. Hiperaktyvioji Tn5 transpozazė (Tn5) naudojama specialiai atviro chromatino vietoms skaidyti ir tuo pačiu metu įterpti sekos nustatymo adapterius NGS. Padidėjusio chromatino prieinamumo sritys rodomos kaip ATAC smailės. Proteomikos analizei masės spektrometrija (kairėje apačioje) baltymai ekstrahuojami, suardomi į peptidus ir jonizuojami. Masės spektrometre jonai pagreitinami, veikiami magnetiniu lauku, matuojamas jų masės ir krūvio santykis, leidžiantis identifikuoti baltymus ir nustatyti jų kiekį.

Iki šiol du didesni GWAS tyrė AKI genetinį foną (ūminis inkstų pažeidimas). Pirmasis tyrimas parodė atskirų branduolinių polimorfizmų (SNP) ryšį GRM7 LMCD1-AS1 ir BBS9 lokuse su vainikinių arterijų šuntavimo operacija susijusiu AKI (ūminis inkstų pažeidimas) atradimų grupėje, kurią sudaro 873 pacientai ir replikacijos grupė [15]. Antrasis sujungė pacientus iš dviejų skirtingų grupių, kad sudarytų 1429 kritinės būklės pacientų atradimų populiaciją ir nustatė keturis AKI.ūminis inkstų pažeidimas) susiję SNP, esantys arti 2 interferono reguliavimo faktoriaus (IRF2) arba transkripcijos faktoriaus T-box 1 (TBX1)[16]. Įdomu tai, kad IRF2 buvo susietas su piroptoze ir atlieka reguliuojantį vaidmenį imuninėje sistemoje [17, 18], o TBX1 yra T box genų šeimos dalis, transkripcijos faktorių grupė, atliekanti svarbų vaidmenį ląstelių likime ir ląstelių būsenos reguliavime [19]. ]. Tačiau asociacija tarp AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ir šių lokusų nepavyko atkurti būsimoje kritinės būklės pacientų grupėje, kurioms buvo nustatytas specifinis nustatytų SNP genotipas[20]. Tai pabrėžia dar didesnių imčių dydžių būtinybę būsimam AKI (ūminis inkstų pažeidimas) GWAS ir iliustruoja sunkumus nustatant patikimus genetinius heterogeninių ligų, tokių kaip AKI, rizikos veiksnius.ūminis inkstų pažeidimas).

Be to, ekspresijos kiekybinių požymių lokusų (eQTL) analizė greičiausiai padės GWAS įgytas įžvalgas paversti ligos mechanizmais. OTL analizės tikslas yra nustatyti lokusus, paaiškinančius dalį genų ekspresijos dispersijos audinyje ir gali būti naudojami norint susieti nekoduojančiame genome esančius SNP su tikslinio geno ekspresija. Pavyzdžiui, integracinis metodas, apjungiantis GWAS, eOTL ir funkcinius eksperimentus, leido nustatyti genus, susijusius su CKD patogeneze [21-23].

2 pav.Pasirinktų omikos technologijų schema.

Transkriptomika

Atsiradusios naujos keičiamos technologijos, skirtos ištirti pažeisto inksto ląstelių transkriptą, pakeitė mūsų supratimą apie ląstelių atsaką į AKI.ūminis inkstų pažeidimas), atskleidžiant naujas ląstelių būsenas ir išryškinant dinamiškai kintantį taisančio inksto transkripcijos kraštovaizdį. Inkstų masinės mRNR sekos nustatymas per vienerius metus po AKI (ūminis inkstų pažeidimas) parodė laiko specifinius genų ekspresijos pokyčius, susijusius su kanalėlių pažeidimu, proliferacija, atstatymu, fibroze ir imunitetu [24]. Ši pelė AKI (ūminis inkstų pažeidimas) biobanko duomenys parodė, kad su uždegimu susiję genai vis dar buvo reguliuojami praėjus metams po AKI.ūminis inkstų pažeidimas), o tai rodo, kad nuolatinis uždegimas yra ligos progresavimo į CKD veiksnys. Masinis įprastų inkstų transplantacijos biopsijų mRNR sekos nustatymas leido profiliuoti trumpalaikius ir ilgalaikius transkripcijos pokyčius žmogaus inkstų transplantacijose, kuriuos sukėlė išemijos / reperfuzijos pažeidimas (IRI) transplantacijos metu [25]. Visos inkstų biopsijos, paimtos per pirmąsias valandas po reperfuzijos, parodė panašų transkripcijos profilį, kuriam būdingas greito ir ankstyvo atsako genų aktyvavimas, daugelis kurių koduoja transkripcijos reguliavimo veiksnius.

Tačiau praėjus 3 ir 12 mėnesių po transplantacijos, galima išskirti dvi skirtingas trajektorijas, susijusias su pasveikimu arba progresavimu į CKD. Į CKD panaši trajektorija parodė sumažėjusį genų, susijusių su mitochondrijų biogeneze, ekspresijos reguliavimą ir su uždegimu bei fibroze susijusių genų reguliavimą, kaip pastebėta AKI pelės modelyje.ūminis inkstų pažeidimas) [24,25]. Tyrimai su pelėmis ir žmonėmis rodo svarbų vaidmenį T ir B ląstelių aktyvumui ir tretinio limfoidinio audinio centrų atsiradimui ilgalaikiuose AKI pasekmėse.ūminis inkstų pažeidimas) [25,26]. Pelės AKI analizė (ūminis inkstų pažeidimas) biologinio banko ir žmogaus inksto persodinimo duomenų rinkiniai teigia, kad B ląstelių aktyvumas yra autoantigenas, skatinantis ligos progresavimą dėl ilgalaikio imuninio atsako praėjus vieneriems metams po AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [27].

Nors masinė mRNR seka pasirodė esanti labai informatyvi AKI (ūminis inkstų pažeidimas) tyrimais, ląstelių tipui būdingi atsakai šiuo metodu neišskiriami. Genetiniai skirtingų ląstelių tipų žymėjimo metodai suteikia daugiau tikslumo ir papildomos įžvalgos. Pavyzdžiui, transliuojant ribosomų afinitetinį gryninimą (TRAP), naudojamas L10a ribosomų subvieneto eGFP žymėjimas, kad būtų galima nustatyti specifinį mRNR pogrupį atskiruose ląstelių tipuose, kuriuose vyksta aktyvus vertimas [28]. Pirmasis TRAP tyrimas AKI (ūminis inkstų pažeidimas) tyrimai naudojo genetinį CRE rekombinazės sukelto eGFP-L10a kasetės aktyvavimo modelį, konkrečiai nefrono, stromos, kraujagyslių ar imuninių ląstelių tipuose, ir parodė ryškius transkripcijos pokyčius, susijusius su kiekvienu ląstelių skyriumi po AKI.ūminis inkstų pažeidimas) [29]. Daugelis genų, susijusių su inkstų kanalėlių funkcija, buvo sureguliuoti praėjus 24 valandoms po AKI (ūminis inkstų pažeidimas). Priešingai, genai, dalyvaujantys anti-apoptotinio kelio veikloje, ląstelių proliferacijoje ir ląstelių judėjime, buvo žymiai sureguliuoti. Proksimalinių kanalėlių ląstelių TRAP analizė, paryškinta sužalojimo žymekliu Kim-1(užkoduota Hazel), parodė, kad dauguma Kim{2}}teigiamų ląstelių sėkmingai susitvarkė praėjus dviem savaitėms po AKI (ūminis inkstų pažeidimas), nors 15 procentų išlaikė Kim-1 ir sužalojimo žymeklio Sox9 ekspresiją [10], pabrėždama nuolat sužalotą ląstelių būseną [30]. Kloninė analizė atskleidė, kad Kim{5}} teigiamų klonų išsiplėtimas iš naujo apgyvendino pažeistus proksimalinius kanalėlius, o tai palaiko atstatymo modelį išskiriant proksimalinių kanalėlių ląsteles, o ne per konkrečią kamieninių / pirmtakų ląstelių populiaciją [30]. Transkripcija FoxMI buvo labai sureguliuota Kim-1-teigiamų proksimalinių kanalėlių ląstelėse ir įrodyta, kad ji skatina proksimalinį kanalėlių proliferaciją zitro, priklausomai nuo epidermio augimo faktoriaus receptorių [30]. Didelio našumo vienos ląstelės mRNR sekos nustatymo metodai, tiriant visos ląstelės mRNR sekos profilius (scRNA-seq) arba branduolyje lokalizuotus mRNR nuorašus (snRNA-seq), žymiai pagerino AKI (ūminis inkstų pažeidimas) studijos. Šie metodai suteikia gilią molekulinę įžvalgą apie genų ekspresiją ląstelių lygiu, kai jie derinami su galingais skaičiavimo metodais, identifikuojančiais kintamus ląstelių tipus ir ląstelių būsenas visame organe [31, 32]. scRNA-seq prasideda nuo pavienių ląstelių arba pavienių branduolių suspensijos, kurios yra paženklintos unikaliomis molekulinėmis žymėmis ir lizuojamos (2 pav.). Vėliau mRNR yra atvirkštinė transkribuota, amplifikuojama ir sekvenuojama. Atlikus snRNR-seq tyrimą su inkstais, kuriems buvo vienašalė šlapimtakio obstrukcija (UUO), praėjus 14 dienų po UUO buvo nustatytos dvi naujos proksimalinės kanalėlių ląstelių sankaupos, iš kurių vienas turėjo stiprų proliferacinį požymį, o kitas išreiškė genus, susijusius su uždegimu ir ląstelių judėjimu, pvz. Ccl2, II34, Cxcll ir Dock10 [33].

Panaši ląstelių populiacija akivaizdi snRNR-seq tyrime, kuriame aprašomas pažeistas inkstas po IRI [34]. Pirmosiomis valandomis po IRI sumažėja normalios proksimalinių kanalėlių genų ekspresijos reguliavimas ir ryškus transkripcijos atsakas, įskaitant greitus ankstyvuosius genus ir žinomus sužalojimo žymenis HuverI ir Krt20 [24, 25, 34]. Antrą dieną po IRI didelė dalis proksimalinių kanalėlių ląstelių turėjo proliferacinį profilį arba atgavo t transkripcijos parašą, būdingą diferencijuotoms proksimalinėms kanalėlių ląstelėms. Tačiau nedidelė priešuždegiminių, profibrozinių ląstelių populiacija, kuriai būdinga Vcaml ekspresija daugumoje ląstelių, ir kartu Cal2 ekspresija pogrupyje, numatė NF-KB transkripcijos faktorių šeimos aktyvumą. Nors proliferuojančių proksimalinių kanalėlių ląstelių sumažėjo praėjus dviem savaitėms po AKI (ūminis inkstų pažeidimas), padaugėjo priešuždegiminių, profibrozinių proksimalinių kanalėlių ląstelių, o tai rodo ryšį tarp nepavykusio kanalėlių atstatymo ir pastebėtos priešuždegiminių, profibrozinių ląstelių populiacijos (1 pav.). Įdomu tai, kad masinių RNR sekos nustatymo tyrimų dekonvoliucijos analizė parodė, kad panaši populiacija padidėjo, kai inkstai sensta normaliai ir po transplantacijos.

Remiantis pirmiau minėtu tyrimu [34], genetiškai selektyvus dėmesys sužalotoms proksimalinėms kanalėlių ląstelėms praėjus keturioms savaitėms po švelnesnio AKI (ūminis inkstų pažeidimas), naudojant Krt20-T2A-CRE-ERT2 peles sužalotoms proksimalinėms kanalėlių ląstelėms žymėti ir išvalyti, nustatytas panašus pažeistų ląstelių fenotipas: VcamI/Cal2 ir pažeistų proksimalinių kanalėlių ląstelių populiacija, kuri dar pasižymėjo stipriu priešuždegiminiu ( pvz., Cal2, Vcam1, Cxcll, /34) ir profibrotinis (pvz., Pdgfb, ColAal) transkripcijos parašas su ryškiu NF-KB, TNF ir AP{10}} signalizacijos aktyvavimu [35]. Šios sužeistos proksimalinės kanalėlių ląstelės turėjo su senėjimu susijusio sekrecinio fenotipo (SASP), identifikuoto kituose pažeistuose organuose, bruožus (1 pav.) [35, 36]. Priešingai nei ankstesnis AKI (ūminis inkstų pažeidimas) tyrimų [12], šioje populiacijoje reikšmingo G2/M ląstelių ciklo sustabdymo nepastebėta. Papildomi cikluojančių ląstelių likimo kartografavimo eksperimentai parodė, kad dauguma VcamI plus /Cal2 plius proksimalinių kanalėlių ląstelių, lokalizuotų prie kortikomeduliarinės ribos, atsekamos iki proksimalinių kanalėlių ląstelių, proliferuojančių pirmosiomis dienomis po AKI.ūminis inkstų pažeidimas). Tačiau žievės Vuamt plus / Cu2 proksimalinės kanalėlių ląstelės greičiausiai buvo antrinės sužalojimo vietos, nesusijusios su ankstyva replikacija susijusiu proksimalinių kanalėlių atstatymu.

išsamus traumos atsako į vienpusę išemijos reperfuziją (UIR) atlasas, atliekant scRNR seką keliais laiko momentais nuo pirmos iki 14 dienos po to, kai UIR atskleidė padidėjusį Sox4 ir Cd24a, genų, atliekančių inkstų vystymąsi vaidmenį, ekspresiją pažeistose ląstelėse. [37]. Taip pat buvo pranešta apie naują ląstelių populiaciją, „mišrios tapatybės ląsteles“, kuri pasižymi proksimalinio kanalėlio (Sl34a7), storos kylančios galūnės (Umod) arba surinkimo kanalo (Agp2) žymenų koekspresija. scRNA-seq duomenys iš pelių folio rūgšties nefropatijos ir UUO modelių parodė, kad sumažėjusi diferenciacijos žymenų, tokių kaip tirpių medžiagų nešikliai, ekspresija pažeistose proksimalinėse kanalėlių ląstelėse yra susijusi su medžiagų apykaitos procesuose, pvz., riebalų rūgščių oksidacijoje, dalyvaujančių genų reguliavimu [38]. Branduolinis receptorius Esrra buvo nustatytas kaip svarbus ryšys tarp proksimalinių kanalėlių diferenciacijos ir metabolizmo, nes jis tiesiogiai reguliavo metabolinių ir proksimalinių kanalėlių specifinių genų ekspresiją. Šis ir kiti scRNA-seq tyrimai taip pat išryškino anksčiau neįvertintą imuninių ląstelių įvairovę sergančiame inkste [38, 39].

Vienas svarbus visų aptartų transkriptomikos metodų apribojimas yra erdvinės informacijos nebuvimas. Naujos transkriptomikos platformos dabar leidžia vizualizuoti mRNR ekspresiją erdviniu būdu, atkaitinant ir fiksuojant audinių dalis tiesiai ant unikaliai brūkšniniu kodu pažymėtų zondų, vaizduojant audinio sekciją ir atliekant atvirkštinę transkripciją in situ, po to išleidžiant zondą ir nustatant seką [40]. Vėliau sekvenuoti transkriptai gali būti susieti atgal į vaizduotą audinio sekciją. Ši erdvinės transkriptomikos technologija leido konkrečiai lokalizuoti du transkripciniu požiūriu skirtingus proksimalinio kanalėlių segmento S3 ląstelių tipus [41] į išorinės smegenų žievę ir išorinę juostelę [42]. Skirtinguose pelių AKI (ūminis inkstų pažeidimas) modeliai, atskirų erdvinių transkriptominių dėmių dekonvoliucija naudojant scRNA-seq duomenis atskleidė AKI (ūminis inkstų pažeidimas) modeliui būdingus imuninių ląstelių infiltracijos modelius ir leido nustatyti atskirą Af3-išreiškiančią proksimalinių kanalėlių ląstelių populiaciją, kolokalizuojančią su neutrofilais po IRI [43]. Šie tyrimai iliustruoja erdvinės ir laiko omikos potencialą prognozuoti mikroaplinkos kontrolę ląstelių atsakams po AKI.ūminis inkstų pažeidimas).

Epigenomika

Ląstelių tipui būdingos diferencinės genų ekspresijos programos priklauso nuo chromatino (pavyzdžiui, histono metilinimo ir acetilinimo) ir DNR (pavyzdžiui, citozino metilinimo CpG liekanose) epigenetinio modifikavimo, reaguojant į DNR surišančius transkripcijos reguliatorius ir susijusius veiksnius. Besikaupiantis įrodymų rinkinys rodo svarbų AKI epigenetinių mechanizmų reguliavimo vaidmenį.ūminis inkstų pažeidimas) ir inkstų taisymas [44-46]. Atsižvelgdami į puikias išsamias apžvalgas[44-47], mes tik trumpai pabrėžiame pasirinktus naujausius epigenomikos tyrimus AKI (ūminis inkstų pažeidimas) tyrimai.

Positively charged histone proteins provide the core for packing negatively charged DNA, through electrostatic interactions, into nucleosomes — the structural unit of chromosomes[44]. Modifications to the amino-terminal tails of histones alter the chromatin structure or recruit chromatin modifiers, thus altering gene expression. An unbiased mass spectrometry screen of 63 different histone marks in the healthy kidney revealed widespread histone modifications with a compartment-specific pattern [48]. In this bulk tissue analysis, few histone marks showed a quantitatively significant change >Po UUO 5 proc. Įdomu tai, kad buvo pranešta apie papildomus skirtingų tos pačios aminorūgšties ženklų pokyčius, o tai rodo koordinuotą atsaką į AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [48].

H3K4me{2}}paryškinti promotoriai buvo lyginami su H3K27ac pažymėtais stiprikliais po AKI (ūminis inkstų pažeidimas) naudojant chromatino imunoprecipitaciją ir naujos kartos sekos nustatymą (ChIP-seq)[49]. Aktyvios stiprinimo svetainės parodė dinamiškesnį pokytį, reaguodamos į AKI (ūminis inkstų pažeidimas). Chromatino modifikacijos aktyviosiose stipriklio vietose buvo susijusios su pakitusiu transkripcijos faktorių, tokių kaip Hnf4a, Gr ir Stat3, surišimas. Hnf4a yra pagrindinis transkripcijos faktorius nustatant ir diferencijuojant proksimalinių kanalėlių ląsteles [50].Hnf4a prisijungimas prie stiprintuvo elementų, aktyvių normaliai proksimalinių kanalėlių ląstelių sumažėjo reaguojant į AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [49]. Tai greičiausiai prisideda prie AKI (ūminis inkstų pažeidimas) sukelta pažeistų proksimalinių kanalėlių ląstelių dediferenciacija. Stat3 yra pagrindinis transkripcijos reguliatorius uždegiminiame tinkle su NF-KB ir aktyvatoriaus baltymo -1(AP-1) reguliavimo faktoriais [51]. AP-1 kelio aktyvacija yra labai konservuota kaip pradinis atsakas į pelės AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ir su žmogaus inksto persodinimu susijęs IRI [24,25]. Stat3 įsitraukimas Junb lokuse kaip atsakas į AKI (ūminis inkstų pažeidimas) siūlo vaidmenį Stat3 inaktyvuojant AP-1 transkripcijos komponentus[49]. Be to, bromodomeno ir nuo ekstratermininio (BET) priklausomo stipriklio aktyvavimo slopinimas sutrikdė atsigavimą po AKI (ūminis inkstų pažeidimas), pabrėžiant svarbų stipriklio dinamikos vaidmenį AKI (ūminis inkstų pažeidimas)remontas[49].

ATAC-seq tapo plačiausiai naudojama metodika chromatino atvirumui įvertinti ir reguliuojančių bei transkribuotų genominių regionų aktyvumui daryti. Greitai ATAC-seq technologija perėjo nuo jautrių masinių audinių tyrimų su tik 500 ląstelių, prie vieno branduolio analizės ir neseniai lygiagrečios chromatino būsenos ir genų ekspresijos toje pačioje ląstelėje analizės [41, 52-54]. ATAC-seq naudoja hiperaktyvią Tn5 transpozazę, kad supjaustytų atviroje chromatinoje ir žymėtų DNR su DNR adapteriais, kad palengvintų bibliotekos kūrimą ir DNR sekos nustatymą (2 pav.). Atsižvelgiant į tik dvi tikslines vietas kiekviename genome, ATAC duomenų yra nedaug, o snATAC tyrimuose naudojami skaičiavimo metodai, skirti sugrupuoti ląsteles su panašiais snATAC profiliais ir integruoti su nepriklausomai sugeneruotais sc arba snRNA-seq duomenų rinkiniais. Neseniai atliktame tyrime buvo aprašytas ląstelių heterogeniškumas sveiko suaugusio žmogaus inkstų mėginiuose su skaičiavimu integruotais snATAC-seq ir snRNA-seq duomenų rinkiniais [55]. Įdomu tai, kad tyrimo metu buvo nustatyta VCAM{12}}išreiškiančių proksimalinių kanalėlių ląstelių subpopuliacija, kuri parodė sumažėjusį HNF4A aktyvumą ir padidėjusį NF-KB šeimos narių aktyvumą, iš dalies primenančias priešuždegimines, profibrotines pažeistas proksimalines kanalėlių ląsteles, nustatytas pelės inkstuose. savaitės po AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [34,35,55]. Šios ląstelių populiacijos gausa laikui bėgant padidėjo senstančiose pelėse ir buvo didesnė žmogaus diabeto inkstuose nei sveikų kontrolinių asmenų. Taigi, atrodo, kad kai kurie ląstelių atsakai yra išsaugoti tarp skirtingų inkstų ligų ir skirtingų rūšių. Tačiau kiek ši ląstelių populiacija prisideda prie su amžiumi susijusių inkstų funkcijos praradimo irinkstų ligaprogresavimas reikalauja tolesnio tyrimo.

Ląstelių tipo aptikimas ir reguliavimo prognozės pagerinamos koanalizuojant snRNA-seq ir snATAC-seq tame pačiame branduolyje [41]. Šis metodas neseniai buvo naudojamas sveiko žmogaus inkstų audiniui ir AKI apibūdinti.ūminis inkstų pažeidimas) ir CKD biopsijos, atskleidžiančios naują ląstelių įvairovę normaliame inkste ir išryškinančios panašias sužalojimo būsenas pelės ir žmogaus AKI (ūminis inkstų pažeidimas), taip pat pakitusios storos kylančios galūnių ląstelių būsenos, kurioms būdinga Proml ir Dcd2 ekspresija [56]. Be to, erdvinė transkriptomika lokalizavo miofibroblastus ir imunines ląsteles CKD mėginiuose proksimalinio kanalėlių pažeidimo vietose [56].

Cistanche atkuria sutrikusią inkstų funkciją

Proteomika ir metabolomika

Baltymų ir metabolitų tyrimas plazmoje, šlapime ir inkstų audiniuose naudojant gelio elektroforezę ir masės spektrometriją papildo transkriptominius ir epigenominius įrankius. Masių spektrometrija gali identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti makromolekules (pvz., baltymus) ir ląstelių metabolitus sudėtingame audinyje, išmatuojant molekuliškai skirtingas molekulių masės įkrovimo savybes, kai jos yra jonizuotos ir veikiamos magnetiniu arba elektriniu lauku (2 pav.)[57]. Daugelis proteomikos tyrimų buvo nukreipti į AKI biomarkerių identifikavimą.ūminis inkstų pažeidimas)(išsamiai apžvelgta kitur[57-59]). Pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad šlapimo audinio inhibitorių metaloproteinazės-2(TIMP2) ir IGF surišančio baltymo-7(IGFBP7) lygis gali nuspėti mirtį ir inkstų nepakankamumą kritiškai sergantiems pacientams, sergantiems AKI.ūminis inkstų pažeidimas) [60]. TIMP2 ir IGFBP7 sergančių pacientų gydymas palaikomojo gydymo priemonėmis pagal Inkstų ligas gerinančių visuotinių rezultatų (KDIGO) gaires pacientams, kuriems yra didelė AKI rizika.(ūminis inkstų pažeidimas) sumažintas AKI (ūminis inkstų pažeidimas) vystymasis per pirmąsias 72 valandas po širdies operacijos, tačiau neturėjo įtakos mirštamumui ir pakaitinės inkstų terapijos poreikiui [61]. Šie kitų biologinių žymenų tyrimų rezultatai ir išvados teikia vilčių; tačiau idealus biomarkeris arba labiau tikėtinas AKI biomarkerio skydelis (ūminis inkstų pažeidimas)rizikos vertinimas, tikslinis AKI (ūminis inkstų pažeidimas)prevencija, nuspėjamoji diagnozė ir, galbūt, net terapiniai nurodymai įprastinėje klinikinėje praktikoje dar nenustatyti.

Be veiksmingo AKI (ūminis inkstų pažeidimas) biomarkeriai, proteomika taip pat gali būti naudojama tiriant AKI (ūminis inkstų pažeidimas) patofiziologija [62]. Ikiklinikinis cisplatinos sukeltos AKI tyrimas (ūminis inkstų pažeidimas)atskleidė silpną koreliaciją tarp transkripto ir proteomos pažeistame inkste [63]. Tyrimas parodė, kad šių dviejų metodų neatitikimą lėmė baltymų pokyčiai ekstraląsteliniame skyriuje, pavyzdžiui, komplemento sistemoje [63]. Įdomu tai, kad RNR ir baltymų ekspresijos disociacijos mastas buvo stipriai koreliuojamas su pažeidimo sunkumu, kaip rodo kreatinino ir karbamido azoto kiekis kraujyje [63]. Tai pabrėžia potranskripcijos pokyčių AKI svarbą (ūminis inkstų pažeidimas)atsakymą.

Neseniai beveik vienos ląstelės proteomikos profiliavimas, leidžiantis atlikti kiekybinius proteominius matavimus nuo 10 iki 100 lazeriu užfiksuotų mikrodissekuotų inkstų ląstelių, buvo naudojamas identifikuoti baltymus, būdingus sveiko inksto glomerulų ir proksimaliniam kanalėlių skyriui [64]. . Kai kurie labiausiai praturtinti skyriui būdingi baltymai gerai koreliavo su atitinkamo geno ekspresija atitinkamai podocite ir proksimaliniame scRNA-seq duomenų rinkinio kanalėlių klasteryje. Be to, naudojant masės citometriją (IMC), vienoje audinio dalyje vienu metu galima aptikti daugiau nei 40 baltymų žymenų, todėl galima tirti proteomą erdviniame kontekste [65]. Sveiko žmogaus inksto IMC atskleidė netikėtą ląstelių heterogeniškumą ir nustatė retą megalino/akvaporino -1/vimentino (Lrp2/Aqp1/Vim) teigiamą ląstelių tipą, galintį atspindėti sužalotą (Vim plus ) proksimalinį kanalėlį (Lrp2 plius /Aqp1). plius )ląstelių būsena [65]. Šių technologijų taikymas AKI (ūminis inkstų pažeidimas) tyrimai suteiks svarbių įžvalgų apie sužalojimų ir taisymo proteominį kraštovaizdį.

Inkstų metabolizmo (molekulių, mažesnių nei 1500 Da [62]) tyrimas dar labiau pagerino AKI supratimą.ūminis inkstų pažeidimas) patofiziologija.

Metabolizmo

Pažeisto inkstų audinio profiliavimas naudojant skysčių chromatografijos-masių spektrometriją leido nustatyti, kad de neo nikotinamido adenino dinukleotido (NAD plus) sintezė yra sutrikusi sergant AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [66]. Mitochondrijų biogenezės reguliatoriaus PGCla sumažinimas AKI (ūminis inkstų pažeidimas) sukėlė vietinį NAD plius išeikvojimą, o per didelė PGC1 ekspresija padidino inkstų NAD plius kiekį ir sumažino AKI (ūminis inkstų pažeidimas) [66]. Nešališki šlapimo tyrimai taip pat parodė padidėjusį NAD ir chinolino pirmtako kiekį pelių šlapime po IRI [67], nes sumažėjo inkstų chinolino fosforiboziltransferazės (QPRT), pagrindinio fermento de novo NAD ir sintezėje [67]. Sumažėjęs inkstų QPRT lygis buvo susijęs su didesniu AKI(ūminis inkstų pažeidimas) jautrumas [67]. Geriamasis gydymas nikotinamidu išgelbėjo AKI (ūminis inkstų pažeidimas) sukeltas inkstų NAD ir pelių biosintezės trūkumas, o nedidelis 1 fazės klinikinis tyrimas parodė, kad gydymas nikotinamidu gali būti naudingas inkstams pacientams, kuriems atliekama širdies operacija [67]. Žmogaus inksto persodinimo biopsijų metabolominis tyrimas prieš ir po reperfuzijos parodė, kad transplantatų, kurių transplantato funkcija vėluojama, metabolinis profilis labai skiriasi, palyginti su transplantatų be uždelstos transplantato funkcijos [68]. Transplantacijos, kurių transplantato funkcija bus uždelsta, pasižymėjo nuolatiniu ATP/GTP katabolizmu, o tai rodo ankstyvą energijos homeostazės atkūrimą kaip gydymo tikslą sergant AKI.ūminis inkstų pažeidimas) prevencija [68]. Masės spektrometrijos vaizdavimas (MSI) yra galingas metodas, naudojamas metabolitų, baltymų ar lipidų erdviniam pasiskirstymui vizualizuoti, naudojant ląstelių ir tarpląstelinę skiriamąją gebą [69]. Pažeistų inkstų MSI analizė parodė, kad lipidinė e naudojama ch coll .x7rr, kad būtų galima atskirti lengvą ir sunkią išemiją jau praėjus 2 valandoms po pažeidimo [70,71].

Išvados ir perspektyva

Galimos omikos technologijos paskatino mūsų supratimą apie AKI (ūminis inkstų pažeidimas) ir remontas. Įvairių omikos duomenų rinkinių integravimas arba vienu metu gavimas dar labiau pagerins įžvalgas apie AKI (ūminis inkstų pažeidimas), o patvirtinantys stačiakampių metodų rezultatai suteiks papildomo pasitikėjimo nustatytais mechanizmais. NIDDK investicijos į kelis didelius konsorciumus, įskaitant tiksliosios inkstų medicinos projektą ir inkstų atkūrimo programą, kaupiasi naujos įžvalgos, įrankiai ir informaciniai ištekliai. Didžiausias šios „didžiųjų duomenų“ eros iššūkis yra iš labai sudėtingų duomenų rinkinių nustatyti biologiškai svarbius mechanizmus, kad būtų galima demokratizuoti prieigą prie šių duomenų naudojant patogias peržiūros ir duomenų analizės platformas, ir galiausiai paversti mūsų vis didėjančias patofiziologines įžvalgas diagnostikos ir terapinės strategijos, pagerinančios pacientų priežiūrą ir AKI (ūminis inkstų pažeidimas) rezultatus.

Konkuruojančių interesų deklaracija

Autoriai deklaruoja šiuos finansinius interesus / asmeninius santykius, kurie gali būti laikomi potencialiais konkuruojančiais interesais: APM yra mokslinis patarėjas su inkstais susijusių žmonių ligų gydymo klausimais, skirtas Novartis, eGenesis, Aviva ir Trestle Biotherapeutics.

Padėkos

Atsiprašome visų tyrėjų, kurių darbai negalėjo būti aptarti dėl erdvės apribojimų. Dėkojame dr. Pietro E.Cippà už kritišką rankraščio skaitymą. LMS Gerhardtą parėmė Vokietijos tyrimų fondas (DFG), Vokietija, suteikdamas doktorantūros stipendiją (GE 3179/1-1). Darbas AP McMahon laboratorijoje remiamas dotacijų iš NIDDK, JAV (DK126024,54364,126925) ir ChanZuckerberg iniciatyvos, JAV (CZIF{5}}).

Nuorodos

Ypač dominantys straipsniai, paskelbti peržiūros laikotarpiu, buvo išskirti kaip:

1. Chertow GM, Burdick E, Honor M, Bonventre JV, Bates DW:Ūminis inkstų pažeidimas, mirtingumas, buvimo trukmė ir hospitalizuotų pacientų išlaidos.JASN (J Am Soc Nephrol) 2005, 16:3365-3370.

2. Mehta RL, Cerda J, Burdmann EA, Tonelli M, Garcia-Garcia G, Jha V, Susantitaphong P, Rocco M, Vanholder R, Sever MS ir kt.: Tarptautinės nefrologijos draugijos 0by25 iniciatyva, skirtaūminis inkstų pažeidimas(nulis išvengiamų mirčių iki 2025 m.): žmogaus teisių byla nefrologijos srityje. Lancet 2015, 385:2616-2643.

3. Hsu RK, Hsu CY: vaidmuoūminis inkstų pažeidimassergant lėtine 3. H inkstų liga. Semin Nephrol 2016, 36:283-292.

4. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL:Ūminis inkstų pažeidimasir lėtinės inkstų ligos kaip tarpusavyje susiję sindromai. N Engl J Med 2014, 371:58-66.

5. Legrand M, Bell S, Fomi L, Joannidis M, Koyner JL, Liu K, 5, 1; Cantaluppi V: su COVID patofiziologija{3}}susijusiūminis inkstų pažeidimas. Nat Rev Nephrol 2021.https://doi.org/10.1038/s41581-021-00452-0. Šioje apžvalgoje pateikiama išsami dabartinės su COVID{4}}susijusios literatūros apžvalgaūminis inkstų pažeidimas.

6. Zuk A, Bonventre JV: naujausi pažangaūminis inkstų pažeidimas6. 2 ir jos pasekmės bei įtaka lėtinei inkstų ligai. F Curr Opin Nephrol Hypertens 2019, 28:397-405. Šioje puikioje apžvalgoje apibendrinami patofiziologiniai mechanizmai, kuriais grindžiamas perėjimas nuo ūminio prie lėtinio inkstų pažeidimo, ir pabrėžiamas mitochondrijų disfunkcijos, uždegimo, senėjimo ir ląstelių mirties vaidmuo šiame procese.

7. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg Gresham J, Balkrishnan R, Bhave N, Dietrich X, Ding Z, Eggers PW ir kt.: JAV inkstų duomenų sistemos 2018 m. metinė duomenų ataskaita: inkstų ligų epidemiologija Jungtinės Valstijos. AmJ Kidney Dis 2019,73:A7-A8.US Renal Data System 2018 metinė duomenų ataskaita pasiekiama adresu https://www.usrds.org/media/2282/2018_tomas{{9} }ckd_į_us.pdf failą. (Žiūrėta 2021 m. balandžio 11 d.).

8. Ferenbach DA, Bonventre JV: netinkamo prisitaikymo mechanizmai 8. remontas po AKI (ūminis inkstų pažeidimas), dėl to paspartėja inkstų senėjimas ir lėtinė inkstų liga. Nat Rev Nephrol 2015, 11:264-276.

9. Kusaba T, Lalli M, Karmann R, Kobayashi A, Humphreys BD: 9. Diferencijuotos inkstų epitelio ląstelės atkuria sužeistus proksimalinius kanalėlius. Proc Natl Acad Sci US A 2014,111:1527-1532. 10. Kumar S, Liu J, Pang P, Krautzberger AM, Reginensi A,

10. Akiyama H, Schedl A, Humphreys BD, McMahon AP: Sox9 aktyvinimas išryškina ūmiai pažeisto žinduolių inksto inkstų atkūrimo ląstelinį kelią. Cell Rep 2015,12:1325-1338.

11. Kang HM, Huang S, Reidy K, Han SH, Ching F, SusztakK: Sox9 teigiamos progenitorinės ląstelės vaidina pagrindinį vaidmenį pelių inkstų kanalėlių epitelio regeneracijoje. Cell Rep 2016, 14:861-871.

12. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV: Epitelio ląstelių ciklo sustabdymas G2/M tarpininkauja inkstų fibrozei po sužalojimo. Nat Med 2010, 16:535-543.

13. Xu K, Rosenstiel P, Paragas N, Hinze C, Gao X, Shen TH, Werth M, Forster C, Deng R, Bruck ir kt.: Unikalios transkripcijos programos nustato AKI potipius (ūminis inkstų pažeidimas).JASN (J Am Soc Nephrol) 2017, 28:1729-1740.

14. Mar D, Gharib SA, Zager RA, Johnson A, Denisenko O, Bomsztyk K: Epigenetinių pokyčių heterogeniškumas esant išemijai / reperfuzijai ir endotoksinų sukeltaiūminis inkstų pažeidimasgenų. Kidney Int 2015, 88:734-744.

15. Stafford-Smith M, Li YJ, Mathew JP, Li YW, Ji Y, Phillips-Bute B, Milano CA, Newman MF, Kraus WE, Kertai MD ir kt.: Viso genomo asociacijos tyrimasūminis inkstų pažeidimaspo vainikinių arterijų šuntavimo operacijos nustato jautrumo lokusus. Kidney Int 2015, 88:823-832.

16. Zhao B, Lu Q, Cheng Y, BelcherJM, Siew ED, Leaf DE, Body SC, Fox AA, Waikar SS, Collard CD ir kt.: genomo masto asociacijos tyrimas, skirtas nustatyti vieno nukleotido polimorfizmusūminis inkstų pažeidimas.Am J Respir Crit Care Med 2017, 195:482-490.

17. Kayagaki N, Lee BL, Stowe IB, Kornfeld OS, O'Rourke K, Mirrashidi KM, Haley B, Watanabe C, Roose-Girma M, Modrusan Z ir kt.: IRF2 transkripciniu būdu sukelia GSDMD raišką piroptozei. „Sci Signal“, 2019 m., 12.

18. Matsuyama T, Kimura T, Kitagawa M, Pfeffer K, Kawakami T, Watanabe N, Kündig TM, Amakawa R, Nishihara K, Wakeham A: tikslinis IRF-1 arba IRF-2 sutrikimas sukelia nenormalus tipo IIFN geno indukcija ir nenormalus limfocitų vystymasis. Cell 1993, 75:83-97.

19. Papaioannou VE: T-box genų šeima: atsirandantys vaidmenys vystymosi, kamieninių ląstelių ir vėžio srityse. Plėtra 2014.141:3819-3833.

20. Renken IJE, Vilander LM, Kaunisto MA, Vaara ST, Snieder H, Keus F van der Horst ICC, Pettilä V∶ Nėra ryšio tarp genetinių lokusų šalia IRF2 ir TBX1 irūminis inkstų pažeidimassergant sunkiais ligoniais.AmJ Respir Crit Care Med 2019, 201:109-111.