วิธีการซ่อมแซมและรักษาอาการบาดเจ็บที่ไตเฉียบพลัน?

ติดต่อ: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com

วิธีการหลายโอมิกสำหรับการบาดเจ็บและการซ่อมแซมไตเฉียบพลัน

Louisa MS Gerhardt และ Andrew P. McMahon

เชิงนามธรรม

ไตมีความสามารถในการงอกใหม่ที่โดดเด่น ในการตอบสนองต่อการบาดเจ็บที่ขาดเลือดหรือพิษ เซลล์หลอดอาหารส่วนต้นสามารถขยายพันธุ์เพื่อสร้างท่อที่เสียหายและฟื้นฟูการทำงานของไต อย่างไรก็ตามรุนแรงไตวายเฉียบพลัน(AKI) หรือ AKI ที่เกิดซ้ำ (ไตวายเฉียบพลัน) เหตุการณ์สามารถนำไปสู่การซ่อมแซมที่ไม่เหมาะสมและความก้าวหน้าของโรคจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ถึงโรคไตเรื้อรัง(ซีเคดี). การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเซลล์เดียวได้ระบุสถานะเซลล์ท่อใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บหลายสัปดาห์หลังจาก AKl (ไตวายเฉียบพลัน)โดดเด่นด้วยลายเซ็นโมเลกุล proinflammatory senescent การศึกษาเกี่ยวกับ Epigenetic ได้เน้นถึงการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกในภูมิทัศน์ของโครมาตินของไตตาม AKI (ไตวายเฉียบพลัน)และได้อธิบายปัจจัยการถอดความที่สำคัญที่เชื่อมโยงกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การตอบสนอง. การรวมเทคโนโลยี multi-omic เปิดโอกาสใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และแรงขับเคลื่อนเบื้องหลัง AKl (ไตวายเฉียบพลัน) การเปลี่ยนผ่านเป็น CKD โดยมีเป้าหมายสูงสุดในการออกแบบกลยุทธ์การวินิจฉัยและการรักษาที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุง AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ผลลัพธ์และการป้องกันโรคไตความก้าวหน้า

คำสำคัญ: ไตบาดเจ็บเฉียบพลัน, Multi-omics, Epigenomics, RNA-sequencing เซลล์เดียว, การจัดลำดับ ATAC

บทนำ

ไตบาดเจ็บเฉียบพลัน(AKI) ซึ่งได้รับการวินิจฉัยโดยการเพิ่มขึ้นของระดับครีเอตินินในเลือดอย่างกะทันหันและ/หรือปริมาณปัสสาวะที่ลดลง เป็นภาวะที่แพร่หลายอย่างมากที่เกี่ยวข้องกับการเจ็บป่วยและอัตราการเสียชีวิตที่เพิ่มขึ้น รวมถึงค่ารักษาพยาบาลที่สำคัญ [1e4] ตัวอย่างเช่น หลักฐานปัจจุบันบ่งชี้ว่าอย่างน้อยร้อยละ 25 ของผู้ป่วยโควิดที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลทั้งหมด-19พัฒนา AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และผู้ป่วยเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อการเสียชีวิตสูงกว่าผู้ป่วยโควิด-19 ที่ไม่มี AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [5]. ผู้ป่วยที่รอดชีวิตจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) มีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นที่จะเป็นโรคไตเรื้อรังและระยะสุดท้าย [3,4,6] ตามรายงานประจำปีของ US Renal Data System ประจำปี 2018 พบว่ามีเพียง 52.6 เปอร์เซ็นต์ของผู้ป่วยที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลทหารผ่านศึกที่ได้พบกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน)เกณฑ์การวินิจฉัยได้รับการวินิจฉัย AKI (ไตวายเฉียบพลัน) เรียกร้องให้มีการรับรู้ AKI มากขึ้น (ไตวายเฉียบพลัน) ตามปกติของโรงพยาบาล [7]. นอกจากนี้ การวินิจฉัย AKI . ในระยะเริ่มต้น (ไตวายเฉียบพลัน)ถูกจำกัดด้วยการขาดไบโอมาร์คเกอร์ที่มีความละเอียดอ่อน และตัวเลือกการรักษาที่มีอยู่สำหรับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ยังคงพึ่งพาการเพิ่มประสิทธิภาพการไหลเวียนโลหิต การหลีกเลี่ยงพิษต่อไต และการบำบัดทดแทนไตต่อไป

Proximal tubule cells ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีมากที่สุดในไต มีหน้าที่รับผิดชอบส่วนใหญ่ของของเหลวในไตและการดูดกลับของตัวถูกละลาย และกลายเป็นตัวสำคัญในการตอบสนองต่อ AKI แบบปรับตัวและปรับตัวไม่ได้ (ไตวายเฉียบพลัน) [8]. เนื่องจากกิจกรรมเมตาบอลิซึมที่สูงและการพึ่งพาเมแทบอลิซึมของออกซิเจน ภาวะขาดเลือดขาดเลือดทำให้เกิดการพร่องของ ATP การสะสมของออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา และในท้ายที่สุดการตายของเซลล์ทูบูลที่อยู่ใกล้เคียง (รูปที่ 1) เซลล์ทูบูลใกล้เคียงที่รอดจากเหตุการณ์ขาดเลือดมีความสามารถในการแยกส่วน เพิ่มจำนวน และสร้างท่อที่เสียหายขึ้นใหม่ จึงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการซ่อมแซมแบบปรับตัวเพื่อฟื้นฟูการทำงานของไต [9-11] อย่างไรก็ตาม เซลล์ทูบูลที่อยู่ใกล้เคียงที่ปรับตัวไม่ได้ ซึ่งมีลักษณะโดยฟีโนไทป์ที่มีการอักเสบและโพรไฟโบรติก ก็มีส่วนเกี่ยวข้องกับการลุกลามของโรคจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ต่อโรคไตเรื้อรัง (CKD) กระบวนการที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ การหายากของหลอดเลือด และการผลิตเมทริกซ์นอกเซลล์โดยการกระตุ้น pericytes และ myofibroblasts (รูปที่ 1)[8,12] เทคโนโลยี Omics ที่ตรวจสอบการจัดลำดับจีโนม การแสดงออกของยีน และผลิตภัณฑ์โปรตีน เช่น การทดสอบสำหรับโครมาตินที่เข้าถึงได้ผ่านทรานส์โพเซสโดยใช้การจัดลำดับ (ATAC-seq) การจัดลำดับ mRNA และแมสสเปกโตรเมตรีตามลำดับ ได้ปรับปรุงความเข้าใจเชิงโมเลกุลในการตอบสนองของเซลล์ที่ริเริ่มโดย AKI (ไตวายเฉียบพลัน). ล่าสุด แอปพลิเคชันเซลล์เดียวของวิธีการเหล่านี้ได้เปิดใช้งานการศึกษาเหตุการณ์ของเซลล์ด้วยความละเอียดสูงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน วิธีการเหล่านี้และอื่น ๆ multi-omics ถือเป็นคำมั่นสัญญาของความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับกลไกการกำกับดูแลที่ควบคุมโรคไตซึ่งเป็นการเปิดลู่ทางใหม่สำหรับ biomarker และการค้นพบยา ต้นฉบับนี้ทบทวนการค้นพบล่าสุดที่ใช้เทคโนโลยี omics กับไตบาดเจ็บซ่อมแซมและพิจารณาการประยุกต์ใช้แนวทางหลายโอมิกในอนาคตเพื่อความเข้าใจและการรักษาไตบาดเจ็บและโรคไต.

รูปที่ 1:ภาพรวมของ AKI และกระบวนการ

เซลล์ท่อใกล้เคียงมีความอ่อนไหวสูงต่อภาวะขาดเลือดขาดเลือด ซึ่งสามารถนำไปสู่การตายของเซลล์ผ่านกระบวนการอะพอพโทซิสและการควบคุม (pyroptosis, ferroptosis, necroptosis) รวมถึงเนื้อร้ายที่ไม่ได้รับการควบคุมและการลอกของเซลล์ที่ตายแล้วและเซลล์มีชีวิตเข้าไปในลูเมนของท่อ เซลล์ทูบูลที่อยู่ใกล้เคียง (PTCs) ที่รอดตายสามารถแยกความแตกต่างและเพิ่มจำนวนเพื่อฟื้นฟูโครงสร้างและการทำงานของไต อย่างไรก็ตาม การซ่อมแซมที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าของโรคไปสู่โรคไตเรื้อรัง (CKD) กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะโดยการสร้างเส้นเลือดที่หายาก การแตกตัวของเยื่อหุ้มเซลล์ถึงมัยโอไฟโบรบลาสต์ การเพิ่มการสะสมของเมทริกซ์นอกเซลล์เส้นใย (ECM) การสูญเสียท่อ และการอักเสบเรื้อรัง Nfkb1 บวกกับ PTC ที่ซ่อมแซมไม่สำเร็จ ซึ่งมีลักษณะเป็นฟีโนไทป์ที่เกี่ยวข้องกับการชราภาพ (SASP) ซึ่งน่าจะมีบทบาทสำคัญใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน)การเปลี่ยน -to-CKD

จีโนมิกส์

การศึกษาจีโนมมีเป้าหมายเพื่อระบุพื้นฐานทางพันธุกรรมของโรคโดยการหาลำดับเป้าหมายที่ขับเคลื่อนด้วยสมมติฐานของยีนของผู้สมัครหรือการจัดลำดับทั้งจีโนมที่ปราศจากสมมติฐาน ในที่นี้ เราจะเน้นที่การศึกษาความสัมพันธ์ของทั้งจีโนม (GWAS) ซึ่งใช้วิธีการที่เป็นกลางในการทำแผนที่ตัวแปรของลำดับทั่วทั้งจีโนมทั้งหมดกับลักษณะทางฟีโนไทป์ เช่น ลักษณะของโรค และอนุญาตให้มีการระบุยีนของผู้สมัครสำหรับการศึกษาเชิงกลไก (รูปที่ 2) เมื่อเทียบกับลักษณะโรคอื่น จำนวนที่มีอยู่ของ GWAS สอบปากคำภูมิหลังทางพันธุกรรมของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) มีน้อย ส่วนหนึ่งเป็นเพราะลักษณะที่ซับซ้อนและแตกต่างกันของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) เป็นลักษณะโรค อากิ (ไตวายเฉียบพลัน) อาจเกิดจากปัจจัยต่างๆ มากมาย เช่น ภาวะขาดเลือด ภาวะติดเชื้อ ยาที่เป็นพิษต่อไต และโรคไตอุดกั้น หลักฐานปัจจุบันชี้ให้เห็นว่ากลไกระดับโมเลกุลและเซลล์ของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) มีส่วนประกอบเฉพาะสาเหตุ [13,14] แต่นิยามฉันทามติของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) - การเปลี่ยนแปลงของ creatinine ในซีรัมและปัสสาวะออก - ไม่ได้คำนึงถึง AKI ที่แตกต่างกัน (ไตวายเฉียบพลัน) สาเหตุ

เวิร์กโฟลว์ที่ง่ายขึ้นสำหรับการศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนม (GWAS) แสดงไว้ (ซ้ายบน) เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรทางพันธุกรรมและลักษณะเฉพาะ การจัดลำดับจีโนมทั้งหมดหรือการสร้างจีโนไทป์โดยใช้อาร์เรย์ single-nucleotide polymorphism (SNP) จะดำเนินการกับประชากร และใช้การทดสอบความสัมพันธ์ทางสถิติเพื่อระบุ SNP ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะที่สนใจ สำหรับการหาลำดับ RNA เซลล์เดียว (บนขวา) สารแขวนลอยเซลล์เดียวถูกเตรียม เซลล์เดี่ยวถูกแยกออก และโมเลกุล mRNA จากเซลล์ (หรือนิวเคลียส) ถูกจับบนเม็ดบีดสำหรับการแปลงเป็น cDNA ในภายหลัง cDNA ถูกขยายและกำหนดลำดับโดยลำดับถัดไป (NGS) และการจับคู่ลำดับกับจีโนม สำหรับการวิเคราะห์อีพิจีโนมิก (ขวาล่าง) การทดสอบสำหรับโครมาตินที่เข้าถึงได้ผ่านทรานส์โพเซส (ATAC) จะตามด้วย NGS และการทำแผนที่ลำดับเพื่อแสดงภาพการเข้าถึงโครมาตินทั่วทั้งจีโนม Hyperactive Tn5 transposase (Tn5) ใช้เพื่อแยกไซต์ของโครมาตินแบบเปิดโดยเฉพาะและใส่อะแดปเตอร์สำหรับการจัดลำดับสำหรับ NGS พร้อมกัน ขอบเขตของการเข้าถึงโครมาตินที่เพิ่มขึ้นจะแสดงเป็นจุดสูงสุดของ ATAC สำหรับการวิเคราะห์โปรตีโอมิกส์โดยแมสสเปกโตรเมตรี (ซ้ายล่าง) โปรตีนจะถูกสกัด ย่อยเป็นเปปไทด์ และแตกตัวเป็นไอออน ในแมสสเปกโตรมิเตอร์ ไอออนจะถูกเร่งความเร็วภายใต้สนามแม่เหล็ก และวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุ เพื่อให้สามารถระบุโปรตีนและหาปริมาณได้

จนถึงปัจจุบัน GWAS ที่ใหญ่กว่าสองแห่งได้สอบปากคำภูมิหลังทางพันธุกรรมของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน). การศึกษาครั้งแรกแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของความหลากหลายทางนิวเคลียร์แบบเดี่ยว (SNPs) ใน GRM7 LMCD1-AS1 และตำแหน่ง BBS9 ที่มี AKI ที่เกี่ยวข้องกับการผ่าตัดปลูกถ่ายหลอดเลือดหัวใจ (ไตวายเฉียบพลัน) ในกลุ่มการค้นพบผู้ป่วย 873 รายและกลุ่มการจำลองแบบ [15] ผู้ป่วยรวมกลุ่มที่สองจากสองกลุ่มประชากรที่แตกต่างกันเพื่อสร้างประชากรที่ค้นพบผู้ป่วยวิกฤต 1429 รายและระบุ AKI 4 ราย (ไตวายเฉียบพลัน) - SNP ที่สัมพันธ์กันใกล้กับปัจจัยควบคุมอินเตอร์เฟอรอน 2 (IRF2) หรือปัจจัยการถอดรหัส T-box 1(TBX1)[16] ที่น่าสนใจคือ IRF2 เชื่อมโยงกับ pyroptosis และมีบทบาทสำคัญในระบบภูมิคุ้มกัน[17,18]และ TBX1 เป็นส่วนหนึ่งของตระกูลยีน T box ซึ่งเป็นกลุ่มของปัจจัยการถอดรหัสที่มีบทบาทสำคัญในการควบคุมชะตากรรมของเซลล์และสถานะของเซลล์ [19] ]. อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์ระหว่าง AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และไม่สามารถทำซ้ำ loci เหล่านี้ได้ในกลุ่มในอนาคตของผู้ป่วยที่ป่วยหนัก ซึ่งได้รับการกำหนดยีนเฉพาะสำหรับ SNPs ที่ระบุ[20] สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นของขนาดตัวอย่างที่ใหญ่ขึ้นสำหรับ AKI ในอนาคต (ไตวายเฉียบพลัน) GWAS และแสดงให้เห็นถึงความยากลำบากในการระบุปัจจัยเสี่ยงทางพันธุกรรมที่แข็งแกร่งสำหรับโรคต่าง ๆ เช่น AKI (ไตวายเฉียบพลัน).

นอกจากนี้ การวิเคราะห์ตำแหน่งลักษณะเฉพาะเชิงปริมาณของนิพจน์ (eQTL) น่าจะช่วยแปลข้อมูลเชิงลึกที่ได้รับจาก GWAS เป็นกลไกการเกิดโรค การวิเคราะห์ OTL มีจุดมุ่งหมายเพื่อระบุตำแหน่งที่อธิบายเศษส่วนของความแปรปรวนของการแสดงออกของยีนในเนื้อเยื่อ และสามารถนำมาใช้เพื่อเชื่อมโยง SNP ในจีโนมที่ไม่เข้ารหัสเพื่อกำหนดเป้าหมายการแสดงออกของยีน ตัวอย่างเช่น วิธีการแบบบูรณาการซึ่งรวม GWAS, eOTL และการทดลองเชิงฟังก์ชันนำไปสู่การระบุยีนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคของ CKD [21-23]

รูปที่ 2:แผนผังของเทคโนโลยี omics ที่เลือก

ทรานสคริปโทมิกส์

การมาถึงของเทคโนโลยีที่ปรับขนาดได้ใหม่เพื่อศึกษาการถอดรหัสของเซลล์ภายในไตที่ได้รับบาดเจ็บได้ปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการตอบสนองของเซลล์ต่อ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) เปิดเผยสถานะของเซลล์ใหม่และเน้นย้ำถึงภูมิทัศน์การถอดรหัสที่เปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของไตที่กำลังซ่อมแซม ลำดับ mRNA ของไตจำนวนมากในช่วงหนึ่งปีหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนจำเพาะชั่วขณะที่เกี่ยวข้องกับการบาดเจ็บของท่อ การงอก การซ่อมแซม การพังผืด และภูมิคุ้มกัน [24] เมาส์ตัวนี้ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ข้อมูล biobank แสดงให้เห็นว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบยังคงถูกควบคุมหลังจาก AKI หนึ่งปี (ไตวายเฉียบพลัน) บ่งชี้ว่าการอักเสบเรื้อรังเป็นปัจจัยผลักดันให้โรค CKD ลุกลาม การจัดลำดับ mRNA จำนวนมากของการตัดชิ้นเนื้อไตตามปกติทำให้สามารถทำโปรไฟล์การเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสในระยะสั้นและระยะยาวในการปลูกถ่ายไตของมนุษย์ที่เกิดจากการขาดเลือดขาดเลือด/การบาดเจ็บการกลับเลือด (IRI) ระหว่างการปลูกถ่าย [25] การตรวจชิ้นเนื้อไตทั้งหมดถูกถ่ายในชั่วโมงแรกหลังจากการกลับคืนสู่สภาพปกติแล้วพบว่ามีโปรไฟล์การถอดรหัสที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยการกระตุ้นยีนที่ตอบสนองในทันทีจนถึงระยะแรก ซึ่งส่วนมากจะเข้ารหัสปัจจัยควบคุมการถอดรหัส

อย่างไรก็ตาม ที่ 3 และ 12 เดือนหลังการปลูกถ่าย อาจมีการกำหนดวิถีโคจรที่แตกต่างกันสองแบบที่เกี่ยวข้องกับการฟื้นตัวหรือการลุกลามของ CKD อย่างใดอย่างหนึ่ง วิถีโคจรคล้าย CKD แสดงการปรับลดการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างชีวภาพของไมโตคอนเดรียและการควบคุมยีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบและพังผืด ดังที่สังเกตได้จากแบบจำลองหนูเมาส์ของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [24,25]. ทั้งการศึกษาด้วยเมาส์และในมนุษย์ชี้ให้เห็นถึงบทบาทสำคัญสำหรับกิจกรรมของ T- และ B-cell และการปรากฏตัวของศูนย์กลางของเนื้อเยื่อน้ำเหลืองในระดับอุดมศึกษาในผลลัพธ์ระยะยาวของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [25,26]. การวิเคราะห์เมาส์ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ชุดข้อมูล bio-bank และการปลูกถ่ายไตของมนุษย์ระบุว่ามีกิจกรรม B-cell ที่ขับเคลื่อนด้วยแอนติเจนโดยอัตโนมัติ ส่งเสริมการลุกลามของโรคผ่านการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่ยั่งยืน หนึ่งปีหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [27].

แม้ว่าการจัดลำดับ mRNA จำนวนมากได้พิสูจน์แล้วว่ามีข้อมูลสูงใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การศึกษา การตอบสนองเฉพาะเซลล์ไม่แตกต่างกันโดยเทคนิคนี้ วิธีการทางพันธุกรรมในการติดฉลากชนิดเซลล์ที่แตกต่างกันจะเพิ่มความแม่นยำและความเข้าใจที่มากขึ้น ตัวอย่างเช่น การแปลไรโบโซม affinity purification (TRAP) ใช้การติดแท็ก eGFP ของหน่วยย่อยไรโบโซม L10a เพื่อระบุชุดย่อย mRNA จำเพาะในแต่ละเซลล์ที่อยู่ระหว่างการแปลที่ทำงานอยู่ [28] การศึกษา TRAP ครั้งแรกใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การวิจัยใช้แบบจำลองทางพันธุกรรมของการกระตุ้น CRE recombinase-mediated ของ eGFP-L10a cassette โดยเฉพาะภายในประเภทเซลล์ nephron, stromal, vascular หรือ immuno และแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสที่ชัดเจนซึ่งเชื่อมโยงกับแต่ละส่วนของเซลล์หลัง AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [29]. ยีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของท่อไตลดลง 24 ชั่วโมงหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน). ในทางตรงกันข้าม ยีนที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางเดินต้านอะพอพโทซิส การเพิ่มจำนวนเซลล์ และการเคลื่อนไหวของเซลล์ถูกควบคุมอย่างเด่นชัด การวิเคราะห์ TRAP ของเซลล์ทูบูลส่วนต้นที่ไฮไลต์โดยเครื่องหมายการบาดเจ็บ Kim-1(เข้ารหัสโดยเฮเซล) แสดงให้เห็นว่าเซลล์เชิงบวกส่วนใหญ่ของ Kim-1-สามารถซ่อมแซมได้สำเร็จหลังจาก AKI สองสัปดาห์ (ไตวายเฉียบพลัน) แม้ว่าร้อยละ 15 ยังคงมีการแสดงออกของ Kim-1 และเครื่องหมายการบาดเจ็บ Sox9 [10] เน้นย้ำสถานะเซลล์ที่ได้รับบาดเจ็บอย่างต่อเนื่อง [30] การวิเคราะห์โคลนัลเปิดเผยว่าการขยายตัวของสำเนาพันธุ์ Kim-1 ที่เป็นบวกทำให้เกิดท่อใกล้เคียงที่เสียหายซึ่งสนับสนุนแบบจำลองของการซ่อมแซมผ่านการแยกความแตกต่างของเซลล์ท่อใกล้เคียง มากกว่าผ่านประชากรเซลล์ต้นกำเนิด/เซลล์ต้นกำเนิดที่เฉพาะเจาะจง [30] การถอดความ FoxMI ได้รับการควบคุมอย่างมากใน Kim-1-เซลล์หลอดใกล้เคียงที่เป็นบวกของ Kim และแสดงให้เห็นว่าสามารถขับเคลื่อนการเพิ่มจำนวนหลอดใกล้เคียงในไซโตรในลักษณะที่ขึ้นกับตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนังชั้นนอก [30] วิธีการหาลำดับ mRNA เซลล์เดียวที่มีปริมาณงานสูง การตรวจสอบโปรไฟล์การจัดลำดับ mRNA ทั้งหมดของเซลล์ (scRNA-seq) หรือการถอดเสียง mRNA ที่ปรับตำแหน่งด้วยนิวเคลียร์ (snRNA-seq) ได้ปรับปรุง AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การศึกษา วิธีการเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกระดับโมเลกุลในเชิงลึกเกี่ยวกับการแสดงออกของยีนในระดับเซลล์เมื่อรวมกับวิธีการคำนวณที่มีประสิทธิภาพ การระบุประเภทเซลล์ที่แปรผันและสถานะของเซลล์ทั่วทั้งอวัยวะ [31,32] scRNA-seq เริ่มต้นจากการแขวนลอยของเซลล์เดี่ยวหรือนิวเคลียสเดี่ยว ซึ่งติดฉลากด้วยแท็กโมเลกุลที่ไม่ซ้ำกันและแยกสลาย (รูปที่ 2) ต่อมา mRNA จะถูกคัดลอก ขยาย และจัดลำดับแบบย้อนกลับ การศึกษา snRNA-seq ในไตภายใต้การอุดตันของท่อไตข้างเดียว (UUO) ระบุกลุ่มเซลล์ท่อใกล้เคียงใหม่สองกลุ่มหลัง UUO 14 วันหลังจาก UUO ซึ่งหนึ่งในนั้นมีลายเซ็นการงอกขยายที่แข็งแกร่ง ในขณะที่ยีนอื่น ๆ แสดงที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบและการเคลื่อนไหวของเซลล์ เช่น Ccl2, II34, Cxcll และ Dock10 [33]

ประชากรเซลล์ที่คล้ายคลึงกันนั้นเห็นได้ชัดในการศึกษา snRNA-seq ที่ทำโปรไฟล์ไตที่ได้รับบาดเจ็บหลังจาก IRI [34] ในชั่วโมงแรกหลัง IRI มีการปรับลดการแสดงออกของยีนทูบูลใกล้เคียงปกติและการตอบสนองการถอดรหัสที่ทำเครื่องหมายไว้ซึ่งรวมถึงยีนระยะแรกในทันทีและตัวบ่งชี้การบาดเจ็บที่รู้จัก HuverI และ Krt20 [24,25,34] ภายในวันที่สองหลังจาก IRI เซลล์ทูบูลส่วนต้นส่วนใหญ่แสดงโพรไฟล์การงอกขยายหรือได้คุณสมบัติลายเซ็นต์การถอดรหัสกลับคืนมาสำหรับเซลล์ทูบูลที่อยู่ใกล้เคียงที่ต่างกัน อย่างไรก็ตาม ประชากรกลุ่มเล็ก ๆ ของเซลล์ proinflammatory, profibrotic ที่มีการแสดงออกของ Vcaml ในเซลล์ส่วนใหญ่ และการแสดงออกร่วมกันของ Cal2 ในกลุ่มย่อย คาดการณ์กิจกรรมของแฟคเตอร์การถอดรหัส NF-KB ในขณะที่การเพิ่มจำนวนเซลล์ท่อใกล้เคียงลดลงสองสัปดาห์หลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) โปรไบโอติกและโปรซิมอลทูบูลเซลล์ที่มีการอักเสบเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงความเชื่อมโยงระหว่างการซ่อมแซมท่อที่ล้มเหลวกับจำนวนเซลล์โปรไฟโบรติกที่มีการอักเสบที่สังเกตได้ (รูปที่ 1) ที่น่าสนใจ การวิเคราะห์การสลายตัวของการศึกษาหาลำดับอาร์เอ็นเอจำนวนมากชี้ให้เห็นว่าประชากรที่คล้ายกันเพิ่มขึ้นเมื่อไตมีอายุตามปกติและหลังการปลูกถ่าย

สอดคล้องกับการศึกษาดังกล่าว [34] การคัดเลือกยีนเน้นไปที่เซลล์ท่อใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บสี่สัปดาห์หลังจาก AKI ที่รุนแรงขึ้น (ไตวายเฉียบพลัน) โดยใช้หนูทดลอง Krt20-T2A-CRE-ERT2 ในการติดฉลากและทำให้เซลล์ทูบูลใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บบริสุทธิ์ แสดงให้เห็นฟีโนไทป์ของเซลล์ที่ได้รับบาดเจ็บที่คล้ายกัน: VcamI/Cal2 บวกกับจำนวนเซลล์ของทูบูลส่วนต้นที่ได้รับบาดเจ็บ ซึ่งมีความแตกต่างเพิ่มเติมด้วยการอักเสบที่รุนแรง ( เช่น Cal2, Vcam1, Cxcll, /34) และลายเซ็นการถอดรหัส profibrotic (egPdgfb, ColAal) พร้อมการเปิดใช้งานการส่งสัญญาณ NF-KB, TNF และ AP-1 ที่ทำเครื่องหมายไว้ [35] เซลล์ท่อใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บเหล่านี้มีลักษณะร่วมกันของฟีโนไทป์การหลั่งที่เกี่ยวข้องกับการชราภาพ (SASP) ที่ระบุในอวัยวะที่ได้รับบาดเจ็บอื่น ๆ (รูปที่ 1) [35,36] ตรงกันข้ามกับ AKI ก่อนหน้า (ไตวายเฉียบพลัน) การศึกษา [12] ไม่พบการหยุดวงจรของเซลล์ G2/M ที่มีนัยสำคัญในประชากรกลุ่มนี้ การทดลองทำแผนที่ชะตากรรมเพิ่มเติมของเซลล์แบบวนรอบแสดงให้เห็น VcamI plus /Cal2 plus proximal tubule cells ส่วนใหญ่ ซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นไปยังขอบเขตของคอร์ติโคเมดูลลารี ย้อนรอยกลับไปยังเซลล์ทูบูลส่วนต้นที่ขยายตัวในวันแรกหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน). อย่างไรก็ตาม คอร์เทกซ์ Vuamt plus /Cu2 proximal tubule cells น่าจะเป็นตำแหน่งรองของการบาดเจ็บ ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซม proximal tubule ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบในช่วงต้น

แผนที่ที่ครอบคลุมของการตอบสนองต่อการบาดเจ็บต่อ A unilateral-ischemia reperfusion (UIR) ที่ทำ scRNA-seq หลายจุดเวลาตั้งแต่วันที่ 1 ถึงวันที่ 14 หลังจากที่ UIR เปิดเผยการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ที่ได้รับบาดเจ็บของ Sox4 และ Cd24a ยีนที่ระบุสำหรับบทบาทในการพัฒนาไต [37]. นอกจากนี้ยังมีรายงานประชากรเซลล์ชนิดใหม่ 'เซลล์เอกลักษณ์แบบผสม' ซึ่งแสดงการแสดงออกร่วมกันของท่อใกล้เคียง (Sl34a7), แขนขาขึ้นหนา (Umod) หรือเครื่องหมายรวบรวมท่อ (Agp2) ข้อมูล scRNA-seq จากโรคไตที่เกิดจากกรดโฟลิกในหนูเมาส์และแบบจำลอง UUO แสดงให้เห็นว่าการแสดงออกที่ลดลงของตัวบ่งชี้ความแตกต่าง เช่น ตัวพาตัวถูกละลายในเซลล์หลอดที่ใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บนั้นสัมพันธ์กับการควบคุมยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาผลาญที่ลดลง เช่น การออกซิเดชันของกรดไขมัน [38] ตัวรับนิวเคลียร์ Esrra ถูกระบุว่าเป็นความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างความแตกต่างของท่อใกล้เคียงและเมแทบอลิซึม เพราะมันควบคุมการแสดงออกของยีนที่จำเพาะต่อเมแทบอลิซึมและท่อใกล้เคียงโดยตรง การศึกษานี้และการศึกษา scRNA-seq อื่น ๆ ได้เน้นย้ำถึงความหลากหลายของเซลล์ภูมิคุ้มกันที่ไม่ได้รับการประเมินก่อนหน้านี้ในไตที่เป็นโรค [38,39]

ข้อจำกัดที่สำคัญประการหนึ่งของเทคนิคการถอดความที่กล่าวถึงทั้งหมดคือการไม่มีข้อมูลเชิงพื้นที่ แพลตฟอร์มการถอดรหัสแบบใหม่ทำให้เห็นภาพการแสดงออกของ mRNA เชิงพื้นที่ได้โดยการหลอมและแก้ไขส่วนเนื้อเยื่อโดยตรงบนหัววัดบาร์โค้ดที่ไม่ซ้ำกัน การถ่ายภาพส่วนเนื้อเยื่อ และดำเนินการถอดรหัสย้อนกลับในแหล่งกำเนิด ตามด้วยการปล่อยโพรบและการจัดลำดับ [40] ทรานสคริปโทมที่จัดลำดับในภายหลังสามารถถูกแมปกลับไปยังส่วนเนื้อเยื่อที่ถ่ายภาพได้ เทคโนโลยี transcriptomics เชิงพื้นที่นี้อนุญาตให้แปลเฉพาะของเซลล์สองประเภทที่แตกต่างกันของการถอดรหัสของส่วนท่อใกล้เคียง S3 [41] ไปยังเยื่อหุ้มสมองและแถบด้านนอกของไขกระดูกด้านนอก [42] ใน AKI ของหนูที่แตกต่างกัน (ไตวายเฉียบพลัน) แบบจำลอง deconvolution ของจุด transcriptomic เชิงพื้นที่ส่วนบุคคลโดยใช้ข้อมูล scRNA-seq เปิดเผย AKI (ไตวายเฉียบพลัน) รูปแบบจำเพาะแบบจำลองของการแทรกซึมของเซลล์ภูมิคุ้มกันและเปิดใช้งานการระบุของ Af3-ที่แสดงออกถึงจำนวนเซลล์ของหลอดอาหารที่อยู่ใกล้เคียง การรวมกลุ่มกับนิวโทรฟิลหลัง IRI [43] การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ omics เชิงพื้นที่และเชิงเวลาเพื่อทำนายการควบคุมสภาพแวดล้อมจุลภาคในการตอบสนองของเซลล์หลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน).

Epigenomics

โปรแกรมจำเพาะประเภทเซลล์ของการแสดงออกของยีนที่ต่างกันขึ้นอยู่กับการดัดแปลงอีพิเจเนติกของโครมาติน (ตัวอย่างเช่น ฮิสโตน เมทิเลชันและแอซีทิเลชัน) และ DNA (ตัวอย่างเช่น โดยไซโตซีน เมทิเลชันที่ CpG เรซิดิว) เพื่อตอบสนองต่อสารควบคุมการถอดรหัสที่จับกับดีเอ็นเอและปัจจัยที่เกี่ยวข้อง หลักฐานที่สะสมไว้ชี้ให้เห็นถึงบทบาทการกำกับดูแลที่สำคัญสำหรับกลไก epigenetic ใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และการซ่อมแซมไต [44-46] จากการทบทวนเชิงลึกที่ยอดเยี่ยม[44-47] เราจึงเน้นเพียงช่วงสั้นๆ จากการศึกษา epigenomics ล่าสุดที่เลือกไว้ใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การวิจัย.

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 >ร้อยละ 5 หลัง UUO ที่น่าสนใจ มีรายงานการเปลี่ยนแปลงเสริมในเครื่องหมายต่างๆ บนกรดอะมิโนตัวเดียวกัน ซึ่งแนะนำการตอบสนองที่ประสานกันกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [48].

โปรโมเตอร์ที่ไฮไลต์ H3K4me3-ถูกเปรียบเทียบกับเอนแฮนเซอร์ที่ทำเครื่องหมาย H3K27ac หลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) โดยใช้ chromatin immunoprecipitation และ next-generation sequencing (ChIP-seq)[49] ไซต์เอนแฮนเซอร์ที่ใช้งานอยู่แสดงการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกมากขึ้นเพื่อตอบสนองต่อ AKI (ไตวายเฉียบพลัน). การดัดแปลงโครมาตินที่ตำแหน่งเอนแฮนเซอร์ที่ออกฤทธิ์เกี่ยวข้องกับการจับที่เปลี่ยนแปลงไปของปัจจัยการถอดรหัส เช่น Hnf4a, Gr และ Stat3 Hnf4a เป็นปัจจัยการถอดรหัสที่สำคัญในข้อมูลจำเพาะและการสร้างความแตกต่างของเซลล์ทูบูลส่วนต้น [50] Hnf4a การจับกับองค์ประกอบเอนแฮนเซอร์ที่ทำงานอยู่ในปกติ เซลล์หลอดใกล้เคียงลดลงในการตอบสนองต่อ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [49]. สิ่งนี้น่าจะมีส่วนช่วยให้ AKI (ไตวายเฉียบพลัน)-ทำให้เกิดความแตกต่างของเซลล์ทูบูลใกล้เคียงที่ได้รับบาดเจ็บ Stat3 เป็นตัวควบคุมการถอดรหัสที่สำคัญในเครือข่ายการอักเสบที่มี NF-KB และโปรตีนกระตุ้น-1(AP-1)ปัจจัยการกำกับดูแล [51] การเปิดใช้งานเส้นทางของ AP-1 นั้นได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในเบื้องต้น ตอบสนองต่อเมาส์ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และ IRI ที่เกี่ยวข้องกับการปลูกถ่ายไตของมนุษย์ [24,25] การมีส่วนร่วม Stat3 ที่ Junb locus เพื่อตอบสนองต่อ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) แนะนำบทบาทสำหรับการปิดใช้งาน Stat3 ของ AP-1 ส่วนประกอบการถอดความ[49] นอกจากนี้ การยับยั้งการกระตุ้นของเอนแฮนเซอร์ที่ขึ้นกับโบรโมโดเมนและส่วนเสริมภายนอก (BET) ทำให้การกู้คืนบกพร่องหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน)ตอกย้ำบทบาทสำคัญของการเพิ่มประสิทธิภาพพลวัตใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน)ซ่อมแซม[49].

ATAC-seq ได้กลายเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการประเมินความเปิดกว้างของโครมาตินและกิจกรรมอนุมานของภูมิภาคที่มีการควบคุมและถ่ายทอดยีน อย่างรวดเร็ว เทคโนโลยี ATAC-seq ได้เปลี่ยนจากการทดสอบเนื้อเยื่อกลุ่มที่ละเอียดอ่อนซึ่งมีเซลล์เพียง 500 เซลล์ ไปเป็นการวิเคราะห์นิวเคลียสเดี่ยว และการวิเคราะห์สถานะโครมาตินและการแสดงออกของยีนแบบคู่ขนานล่าสุดในเซลล์เดียวกัน [41,52-54] ATAC-seq ใช้ Tn5 transposase ซึ่งกระทำมากกว่าปกในการตัดที่ open chromatin และ tag cut DNA ด้วยตัวปรับต่อ DNA เพื่ออำนวยความสะดวกในการสร้างห้องสมุดและการจัดลำดับ DNA (รูปที่ 2) เนื่องจากมีไซต์เป้าหมายเพียงสองแห่งในแต่ละจีโนม ข้อมูล ATAC นั้นเบาบาง และการศึกษา snATAC ใช้วิธีการคำนวณเพื่อจัดกลุ่มเซลล์ที่มีโปรไฟล์ snATAC ที่คล้ายคลึงกัน และเพื่อรวมเข้ากับชุดข้อมูล sc หรือ snRNA-seq ที่สร้างขึ้นอย่างอิสระ การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ระบุถึงความแตกต่างของเซลล์ในตัวอย่างไตของมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดีด้วยชุดข้อมูล snATAC-seq และ snRNA-seq ที่ผสานรวมทางคอมพิวเตอร์ [55] ที่น่าสนใจคือ การศึกษาระบุประชากรย่อยของ VCAM1-แสดงเซลล์ทูบูลใกล้เคียง ซึ่งแสดงกิจกรรมที่ลดลงของ HNF4A และกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นของสมาชิกในครอบครัว NF-KB ซึ่งคล้ายกับเซลล์ทูบูลที่ได้รับบาดเจ็บ profibrotic บางส่วนซึ่งระบุในไตของเมาส์ สัปดาห์หลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [34,35,55]. ความอุดมสมบูรณ์ของประชากรเซลล์นี้เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปในหนูที่มีอายุมากขึ้น และในไตที่เป็นโรคเบาหวานของมนุษย์จะสูงกว่าในกลุ่มควบคุมที่มีสุขภาพดี ดังนั้น การตอบสนองของเซลล์บางอย่างจึงดูเหมือนจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ระหว่างโรคไตต่างๆ และข้ามสายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม ประชากรเซลล์นี้มีส่วนทำให้เกิดการสูญเสียการทำงานของไตที่เกี่ยวข้องกับอายุและโรคไตความคืบหน้าต้องมีการสอบสวนเพิ่มเติม

การตรวจจับประเภทเซลล์และการทำนายกฎข้อบังคับได้รับการปรับปรุงโดยการวิเคราะห์ร่วมกัน snRNA-seq และ snATAC-seq ในนิวเคลียสเดียวกัน[41] เทคนิคนี้เพิ่งใช้เพื่อแสดงลักษณะของเนื้อเยื่อไตของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีและ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และการตรวจชิ้นเนื้อ CKD เผยให้เห็นความหลากหลายของเซลล์ใหม่ในไตปกติและเน้นสถานะการบาดเจ็บที่เปรียบเทียบกันได้ในหนูและ AKI ของมนุษย์ (ไตวายเฉียบพลัน)และการเปลี่ยนแปลงสถานะเซลล์แขนขาที่หนาขึ้นซึ่งแสดงลักษณะโดยการแสดงออกของ Proml และ Dcd2[56] นอกจากนี้ ทรานสคริปโตมิกส์เชิงพื้นที่จำกัดมัยโอไฟโบรบลาสต์และเซลล์ภูมิคุ้มกันในตัวอย่าง CKD ไปยังตำแหน่งที่มีอาการบาดเจ็บที่ท่อโพรกซิมอล [56]

Cistanche ฟื้นฟูการทำงานของไตบกพร่อง

โปรตีโอมิกส์และเมแทบอลิซึม

การศึกษาโปรตีนและเมแทบอไลต์ในพลาสมา ปัสสาวะ และเนื้อเยื่อไตโดยใช้เจลอิเล็กโตรโฟรีซิสและแมสสเปกโตรเมทรีช่วยเสริมเครื่องมือการถอดรหัสและอีพิจีโนมิก แมสสเปกโตรเมทรีสามารถระบุและหาปริมาณโมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่น โปรตีน) และเมแทบอไลต์ของเซลล์ภายในเนื้อเยื่อที่ซับซ้อน โดยวัดคุณสมบัติประจุมวลที่แตกต่างกันของโมเลกุลเมื่อแตกตัวเป็นไอออนและอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า (รูปที่ 2) [57] การศึกษาโปรตีโอมิกส์จำนวนมากมุ่งไปที่การระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน)(ตรวจสอบอย่างละเอียดในที่อื่น[57-59]) ตัวอย่างเช่น ระดับ metalloproteinase ที่ยับยั้งเนื้อเยื่อปัสสาวะ-2(TIMP2)และโปรตีนซึ่งจับ IGF-7(IGFBP7) แสดงให้เห็นว่าสามารถทำนายการเสียชีวิตและไตวายในผู้ป่วยวิกฤตด้วย AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [60]. การรักษาผู้ป่วย copositive TIMP2 และ IGFBP7 ด้วยมาตรการการดูแลแบบประคับประคองตามแนวทาง Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) สำหรับผู้ป่วยที่มีความเสี่ยงสูงต่อ AKI(อาการบาดเจ็บที่ไตเฉียบพลัน) ลด AKI (ไตวายเฉียบพลัน) พัฒนาการใน 72 ชั่วโมงแรกหลังการผ่าตัดหัวใจ แต่ไม่ส่งผลต่อการตายและความจำเป็นในการบำบัดทดแทนไต [61] ผลลัพธ์และข้อค้นพบจากการศึกษาไบโอมาร์คเกอร์อื่นๆ เหล่านี้เป็นกำลังใจ อย่างไรก็ตาม biomarker ในอุดมคติหรือแผง biomarker ที่มีแนวโน้มมากกว่าสำหรับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน)การประเมินความเสี่ยง AKI เป้าหมาย (ไตวายเฉียบพลัน)ยังไม่มีการระบุถึงการป้องกัน การวินิจฉัยล่วงหน้า หรือแม้แต่แนวทางการรักษาในการปฏิบัติทางคลินิกตามปกติ

นอกจากการขับเคลื่อนสำหรับ AKI อย่างมีประสิทธิภาพ (ไตวายเฉียบพลัน) ไบโอมาร์คเกอร์ โปรตีโอมิกส์ ยังสามารถใช้เพื่อสอบสวน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) พยาธิสรีรวิทยา [62]. การศึกษาพรีคลินิกของ AKI . ที่เกิดจากซิสพลาติน (ไตวายเฉียบพลัน)เผยให้เห็นความสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่าง transcriptome และ proteome ในไตที่ได้รับบาดเจ็บ [63] การศึกษาชี้ว่าความคลาดเคลื่อนระหว่างสองแนวทางนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนในช่องนอกเซลล์ เช่น ในระบบคอมพลีเมนต์ [63] น่าสนใจ ขอบเขตของการแยกตัวระหว่างอาร์เอ็นเอและการแสดงออกของโปรตีนมีความสัมพันธ์อย่างมากกับความรุนแรงของการบาดเจ็บตามที่ระบุโดยระดับครีเอตินินในเลือดและระดับยูเรียไนโตรเจนในเลือด [63] สิ่งนี้เน้นถึงความเกี่ยวข้องของการเปลี่ยนแปลงหลังการถอดเสียงใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน)การตอบสนอง.

เมื่อเร็วๆ นี้ การทำโปรไฟล์โปรตีโอมิกส์แบบเซลล์ใกล้เซลล์เดียว ซึ่งช่วยให้สามารถวัดโปรตีโอมิกเชิงปริมาณได้ตั้งแต่ 10 ถึง 100 เซลล์ไตที่ผ่าด้วยเลเซอร์ขนาดเล็ก ถูกนำมาใช้เพื่อระบุโปรตีนที่จำเพาะต่อไตและช่องหลอดใกล้เคียงในไตที่มีสุขภาพดี [64] . โปรตีนจำเพาะส่วนที่มีสภาพสมบูรณ์ที่สุดบางชนิดมีความสัมพันธ์ที่ดีกับการแสดงออกของยีนที่สอดคล้องกันในโพโดไซต์และคลัสเตอร์ทูบูลที่อยู่ใกล้เคียงของชุดข้อมูล scRNA-seq ตามลำดับ นอกจากนี้ ยังสามารถตรวจพบเครื่องหมายโปรตีนมากกว่า 40 ตัวพร้อมกันบนส่วนของเนื้อเยื่อเดียวโดยการถ่ายภาพแมสไซโตเมทรี (IMC) ดังนั้นจึงช่วยให้สามารถศึกษาโปรตีโอมในบริบทเชิงพื้นที่ได้ [65] IMC ของไตของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีเผยให้เห็นความแตกต่างของเซลล์ที่คาดไม่ถึงและระบุ megalin/aquaporin-1/vimentin (Lrp2/Aqp1/Vim) ที่หายาก - ชนิดเซลล์ที่เป็นบวกที่อาจสะท้อนถึงการบาดเจ็บ (Vim plus )proximal tubule (Lrp2 plus /Aqp1 บวก )สถานะเซลล์ [65] การนำเทคโนโลยีเหล่านี้ไปประยุกต์ใช้กับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การวิจัยจะให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับภูมิทัศน์โปรตีนของการบาดเจ็บและการซ่อมแซม

การศึกษาเมตาโบโลมของไต (โมเลกุลที่เล็กกว่า 1500 Da [62]) ได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) พยาธิสรีรวิทยา

เมแทบอลิซึม

การทำโปรไฟล์ของเนื้อเยื่อไตที่ได้รับบาดเจ็บโดยใช้โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีเหลว นำไปสู่การค้นพบว่าการสังเคราะห์ de neo nicotinamide adenine dinucleotide (NAD plus ) บกพร่องใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) [66]. การลดระดับของตัวควบคุมการสร้างชีวภาพของไมโตคอนเดรีย PGCla ใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ส่งผลให้ NAD ในพื้นที่บวกกับการพร่อง ขณะที่ PGC1 แสดงออกมากเกินไปจะเพิ่มระดับ NAD ของไตและ AKI ลดลง (ไตวายเฉียบพลัน) [66]. การตรวจคัดกรองปัสสาวะที่ไม่เอนเอียงได้แสดงให้เห็นระดับที่เพิ่มขึ้นของ NAD บวกกับ quinoline สารตั้งต้นในปัสสาวะของหนูทดลองหลังจาก IRI [67] ซึ่งเป็นผลมาจากการลดลงของ quinoline phosphoribosyltransferase (QPRT) ของไต ซึ่งเป็นเอนไซม์สำคัญใน de novo NAD plus synthesis ระดับ QPRT ของไตลดลงสัมพันธ์กับ AKI . ที่สูงขึ้น(อาการบาดเจ็บที่ไตเฉียบพลัน) ความอ่อนไหว [67]. การรักษาด้วยนิโคตินาไมด์ในช่องปากช่วย AKI (ไตวายเฉียบพลันNAD ของไตที่เหนี่ยวนำให้เกิด ) บวกกับการขาดการสังเคราะห์ทางชีวสังเคราะห์ในหนูทดลอง และการทดลองทางคลินิกระยะที่ 1 เล็กๆ ได้ชี้ให้เห็นถึงประโยชน์ของไตที่อาจเกิดขึ้นจากการรักษานิโคตินาไมด์ในผู้ป่วยที่ได้รับการผ่าตัดหัวใจ [67] การศึกษาเมตาโบโลมิกส์ของการตัดชิ้นเนื้อไตของมนุษย์ก่อนและหลังการให้เลือดกลับคืน แสดงให้เห็นโปรไฟล์เมตาบอลิซึมที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนของการปลูกถ่ายพร้อมการทำงานของการปลูกถ่ายไตที่ล่าช้าในอนาคต เมื่อเทียบกับการปลูกถ่ายโดยไม่ทำให้การปลูกถ่ายอวัยวะล่าช้า [68] การปลูกถ่ายที่มีฟังก์ชันการรับสินบนที่ล่าช้าในอนาคตมีลักษณะเฉพาะโดยกระบวนการ catabolism ATP/GTP แบบถาวร ซึ่งบ่งชี้ว่าการฟื้นฟูสภาวะสมดุลพลังงานในระยะเริ่มต้นเป็นเป้าหมายการรักษาใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) การป้องกัน [68]. การถ่ายภาพด้วยแมสสเปกโตรเมทรี (MSI) เป็นเทคนิคอันทรงพลังที่ใช้ในการแสดงภาพการกระจายเชิงพื้นที่ของสารเมตาโบไลต์ โปรตีน หรือไขมัน ด้วยความละเอียดระดับเซลล์และระดับย่อย [69] การวิเคราะห์ MSI ของไตที่ได้รับบาดเจ็บแสดงให้เห็นว่าไขมันในเลือดใช้ ch coll .x7rr เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างภาวะขาดเลือดขาดเลือดเล็กน้อยและรุนแรงโดยเร็วที่สุด 2 ชั่วโมงหลังได้รับบาดเจ็บ [70,71]

บทสรุปและมุมมอง

เทคโนโลยี omics ที่มีอยู่ได้ขับเคลื่อนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และการซ่อมแซม การบูรณาการหรือการได้มาซึ่งชุดข้อมูล omics ต่างๆ พร้อมกันจะช่วยเพิ่มความเข้าใจใน AKI (ไตวายเฉียบพลัน) และการค้นพบที่ยืนยันจากแนวทางมุมฉากจะให้ความมั่นใจเพิ่มเติมแก่กลไกที่ระบุ ข้อมูลเชิงลึก เครื่องมือ และแหล่งข้อมูลใหม่ๆ เกิดขึ้นจากการลงทุนของ NIDDK ในสมาคมขนาดใหญ่หลายแห่ง รวมถึงโครงการ Kidney Precision Medicine และโครงการ Rebuilding a Kidney Program ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในยุคของ 'ข้อมูลขนาดใหญ่' นี้คือการอนุมานกลไกที่เกี่ยวข้องทางชีวภาพจากชุดข้อมูลที่ซับซ้อนสูง เพื่อทำให้การเข้าถึงข้อมูลเหล่านี้เป็นประชาธิปไตยผ่านการดูที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้และแพลตฟอร์มการวิเคราะห์ข้อมูล และท้ายที่สุด เพื่อแปลข้อมูลเชิงลึกทางพยาธิสรีรวิทยาที่เพิ่มขึ้นของเราไปสู่การวินิจฉัยและ กลยุทธ์การรักษาที่ปรับปรุงการดูแลผู้ป่วยและ AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ผลลัพธ์

ประกาศความสนใจการแข่งขัน

ผู้เขียนประกาศผลประโยชน์ทางการเงิน/ความสัมพันธ์ส่วนบุคคลต่อไปนี้ซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นผลประโยชน์ที่แข่งขันได้: APM เป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแนวทางที่เกี่ยวข้องกับไตต่อโรคของมนุษย์สำหรับ Novartis, eGenesis, Aviva และ Trestle Biootherapeutics

รับทราบ

ขออภัยนักวิจัยทุกท่านที่ไม่สามารถพูดคุยถึงงานได้เนื่องจากพื้นที่จำกัด ขอขอบคุณ Dr. Pietro E.Cippà สำหรับการอ่านต้นฉบับอย่างมีวิจารณญาณ LMS Gerhardt ได้รับการสนับสนุนจาก German Research Foundation (DFG) ประเทศเยอรมนี โดยมีทุนการศึกษาหลังปริญญาเอก (GE 3179/1-1) การทำงานในห้องปฏิบัติการของ AP McMahon ได้รับการสนับสนุนจากทุนสนับสนุนจาก NIDDK สหรัฐอเมริกา (DK126024,54364,126925) และ ChanZuckerberg Initiative สหรัฐอเมริกา (CZIF2019-002430)

อ้างอิง

บทความที่น่าสนใจเป็นพิเศษซึ่งเผยแพร่ภายในระยะเวลาของการตรวจสอบได้รับการเน้นเป็น:

1. Chertow GM, Burdick E, Honor M, Bonventre JV, Bates DW:ไตบาดเจ็บเฉียบพลัน, การตาย ระยะเวลาพำนัก และค่าใช้จ่ายในผู้ป่วยที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาล 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, et al: International Society of Nephrology's 0โดย 25 ความคิดริเริ่มสำหรับไตวายเฉียบพลัน(การเสียชีวิตที่ป้องกันได้เป็นศูนย์ภายในปี 2568): คดีสิทธิมนุษยชนสำหรับโรคไต Lancet 2015, 385:2616-2643

3. Hsu RK, Hsu CY: บทบาทของไตวายเฉียบพลันในเรื้อรัง 3. โรคไต. Semin Nephrol 2016, 36:283-292.

4. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL:ไตบาดเจ็บเฉียบพลันและโรคไตเรื้อรังเป็นกลุ่มอาการที่เชื่อมโยงถึงกัน 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: พยาธิสรีรวิทยาของ COVID-19-ที่เกี่ยวข้องไตวายเฉียบพลัน. Nat Rev Nephrol 2021.https://doi.org/10.1038/s41581-021-00452-0. บทวิจารณ์นี้ให้ภาพรวมโดยละเอียดของวรรณกรรมปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับโควิด-19-ที่เกี่ยวข้องไตวายเฉียบพลัน.

6. Zuk A, Bonventre JV: ความคืบหน้าล่าสุดในไตวายเฉียบพลัน6. 2 และผลที่ตามมาและผลกระทบต่อโรคไตเรื้อรัง F Curr Opin Nephrol Hypertens 2019,28:397-405. การทบทวนที่ยอดเยี่ยมนี้สรุปกลไกทางพยาธิสรีรวิทยาที่เป็นพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงจากอาการบาดเจ็บที่ไตเฉียบพลันเป็นเรื้อรัง และเน้นย้ำถึงบทบาทของความผิดปกติของไมโตคอนเดรีย การอักเสบ การชราภาพ และการตายของเซลล์ในกระบวนการนี้

7. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg Gresham J, Balkrishnan R, Bhave N, Dietrich X, Ding Z, Eggers PW, et al: ระบบข้อมูลไตของสหรัฐอเมริกา 2018 รายงานข้อมูลประจำปี: ระบาดวิทยาของโรคไตใน สหรัฐ. AmJ Kidney Dis 2019,73:A7-A8.US Renal Data System 2018 รายงานข้อมูลประจำปี จาก: https://www.usrds.org/media/2282/2018_volume{{9} }ckd_ใน_the_us.pdf (เข้าถึง 11 เมษายน 2564).

8. Ferenbach DA, Bonventre JV: กลไกการดัดแปลง 8. การซ่อมแซมหลังจาก AKI (ไตวายเฉียบพลัน) ทำให้ไตแก่เร็วขึ้นและ CKD Nat Rev Nephrol 2015,11:264-276.

9. Kusaba T, Lalli M, Karmann R, Kobayashi A, Humphreys BD:9. เซลล์เยื่อบุผิวไตที่แตกต่างกันซ่อมแซมท่อที่ได้รับบาดเจ็บใกล้เคียง Proc Natl Acad Sci สหรัฐอเมริกา 2014,111:1527-1532 10.Kumar S, Liu J, Pang P, Krautzberger AM, Reginensi A,

10. Akiyama H, Schedl A, Humphreys BD, McMahon AP: การเปิดใช้งาน Sox9 เน้นย้ำถึงวิถีเซลล์ของการซ่อมแซมไตในไตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ได้รับบาดเจ็บเฉียบพลันCell Rep 2015,12:1325-1338

11. Kang HM, Huang S, Reidy K, Han SH, Ching F, SusztakK: เซลล์ต้นกำเนิดที่เป็นบวกของ Sox9 มีบทบาทสำคัญในการฟื้นฟูเยื่อบุผิวของท่อไตในหนูทดลอง ตัวแทนเซลล์ 2016,14:861-871.

12. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV: การจับกุมวัฏจักรของเซลล์เยื่อบุผิวใน G2 / M ไกล่เกลี่ยการเกิดพังผืดของไตหลังจากได้รับบาดเจ็บ นัท เมด 2010, 16:535-543.

13. Xu K, Rosenstiel P, Paragas N, Hinze C, Gao X, Shen TH, Werth M, Forster C, Deng R, Bruck, et al: โปรแกรมถอดรหัสเฉพาะระบุประเภทย่อยของ AKI (ไตวายเฉียบพลัน).JASN (J Am Soc Nephrol) 2017,28:1729-1740.

14. Mar D, Gharib SA, Zager RA, Johnson A, Denisenko O, Bomsztyk K: ความแตกต่างของการเปลี่ยนแปลงของ epigenetic ที่ ischemia/reperfusion- และ endotoxin-inducedไตวายเฉียบพลันยีน ไต 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, et al.: การศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนมของไตวายเฉียบพลันหลังการผ่าตัดปลูกถ่ายหลอดเลือดหัวใจตีบระบุตำแหน่งที่อ่อนแอ ไต 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, et al.: การศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนมเพื่อระบุความแตกต่างของนิวคลีโอไทด์เดี่ยวสำหรับไตวายเฉียบพลัน.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, et al: IRF2 ถอดรหัสทำให้เกิดการแสดงออกของ GSDMD สำหรับ pyroptosis สัญญาณวิทย์ 2019, 12.

18. Matsuyama T, Kimura T, Kitagawa M, Pfeffer K, Kawakami T, Watanabe N, Kündig TM, Amakawa R, Nishihara K, Wakeham A: เป้าหมายการหยุดชะงักของ IRF-1 หรือ IRF-2 การเหนี่ยวนำยีน IIFN ชนิดผิดปกติและการพัฒนาลิมโฟไซต์ผิดปกติ เซลล์ 1993, 75:83-97

19. Papaioannou VE: กลุ่มยีน T-box: บทบาทที่เกิดขึ้นใหม่ในการพัฒนา สเต็มเซลล์ และมะเร็ง การพัฒนา 2014.141:3819-3833.

20. Renken IJE, Vilander LM, Kaunisto MA, Vaara ST, Snieder H, Keus F van der Horst ICC, Pettilä V∶ไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งทางพันธุกรรมใกล้กับ IRF2 และ TBX1 และไตวายเฉียบพลันในภาวะป่วยหนัก AmJ Respir Crit Care Med 2019,201:109-111