Lipidomica: nuovo approfondimento sulle malattie renali

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

Astratto

A causa dell'incidenza del diabete di tipo-2 e dell'ipertensione, cronicarenemalattia (CKD) è emersa come un grave problema di salute pubblica in tutto il mondo. L'insufficienza renale cronica provoca la morte prematura per malattia cardiovascolare accelerata e varie altre complicazioni. La diagnosi precoce, un attento monitoraggio della funzione renale e la risposta all'intervento terapeutico sono fondamentali per la prevenzione della progressione della CKD e delle sue complicanze. Sfortunatamente, i tradizionali biomarcatori della funzione renale non sono sufficientemente sensibili o specifici per rilevare le fasi iniziali della malattia quando l'intervento terapeutico è più efficace. Pertanto, biomarcatori più sensibili direnepatologiasono necessari per la diagnosi precoce, il monitoraggio e un trattamento efficace. L'insufficienza renale cronica determina profondi cambiamenti nel metabolismo dei lipidi e delle lipoproteine ​​che, a loro volta, contribuiscono alla progressione dell'insufficienza renale e alle sue complicanze cardiovascolari. I lipidi e i metaboliti derivati ​​dai lipidi svolgono ruoli diversi e di fondamentale importanza nella struttura e nella funzione di cellule, tessuti e biofluidi. La lipidomica è una branca della metabolomica, che comprende lo studio globale dei lipidi e della loro funzione biologica nella salute e nella malattia, compresa l'identificazione di biomarcatori per la diagnosi, la prognosi, la prevenzione e la risposta terapeutica per varie malattie. Questa recensione riassume i recenti sviluppi della lipidomica e la sua applicazione a varirenemalattietra cui glomerulonefrite cronica, nefropatia da IgA, insufficienza renale cronica, carcinoma a cellule renali, nefropatia diabetica e insufficienza renale acuta nella ricerca clinica e sperimentale. Vengono affrontate le tecnologie analitiche, l'analisi dei dati e i biomarcatori metabolici attualmente noti delle malattie renali. Vengono discusse le prospettive future e i potenziali limiti della lipidomica.

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1. INTRODUZIONE

A causa dell'incidenza del diabete di tipo-2 e dell'ipertensione, cronicarenepatologia(insufficienza renale cronica) è emerso come uno dei principali problemi di salute pubblica a livello mondiale. L'insufficienza renale cronica provoca disabilità e morte prematura per malattia cardiovascolare accelerata e le relative complicanze [1]. Numerose condizioni patologiche includono disturbi genetici, metabolici, tossici, immunologici, infettivi, emodinamici, meccanici e di altro tipo che portano allo sviluppo e alla progressione direnepatologia. La diagnosi precoce, un attento monitoraggio della funzione renale e la risposta all'intervento terapeutico sono fondamentali per una diagnosi tempestiva e la prevenzione della progressione dell'insufficienza renale cronica e delle sue complicanze. Sfortunatamente, i marcatori tradizionali della funzione renale non sono sufficientemente sensibili o specifici per rilevare la CKD e le sue complicanze cardiovascolari o di altro tipo in una fase precoce, quando l'intervento terapeutico è più efficace. Ad esempio, i biomarcatori più comunemente usati, cioè la creatinina sierica e l'urea e la clearance della creatinina, sono fortemente influenzati da fattori indipendenti dalla funzione e dalla struttura intrinseca del rene. In questo contesto, la massa muscolare influisce in modo significativo sulla creatinina, l'assunzione di proteine ​​e l'equilibrio dei liquidi modulano l'urea e l'uso di inibitori dell'enzima di conversione dell'angiotensina o bloccanti del recettore dell'angiotensina, così come l'assunzione di proteine ​​nella dieta, influisce sulla clearance della creatinina. È quindi necessario sviluppare biomarcatori sensibili e specifici per la diagnosi precoce della malattia renale e il monitoraggio della sua progressione e della risposta all'intervento terapeutico. La comprensione delle differenze dinamiche nella regolazione, interazione e funzione genetica, proteica e dei metaboliti nelle malattie renali potrebbe identificare nuovi biomarcatori diagnostici e prognostici e bersagli terapeutici [2-4].

L'insufficienza renale cronica provoca profondi cambiamenti nel metabolismo dei lipidi e delle lipoproteine ​​[5-7]. I disturbi lipidici associati, a loro volta, contribuiscono alla progressione dell'insufficienza renale cronica e delle sue complicanze cardiovascolari e di altro tipo [8-10]. La lipidomica, lo studio globale dei lipidi all'interno di cellule, tessuti e biofluidi, prevede l'analisi delle specie lipidiche e della loro abbondanza per chiarire la funzione biologica, la localizzazione subcellulare e la distribuzione dei tessuti. I lipidi di piccolo peso molecolare come gli acidi grassi, i glicerolipidi, i glicerofosfolipidi (GP) e gli sfingolipidi svolgono funzioni diverse e complesse nella salute e nella malattia. Svolgono ruoli importanti nella regolazione della normalitàrenefunzione e patogenesi direnepatologia. Studi precedenti hanno mostrato un aumento significativo dell'espressione della ciclossigenasi glomerulare-1 o -2 in modelli di glomerulonefrite ricoverati e animali [11-13] e sovraregolazione dell'espressione della ciclossigenasi glomerulare-2 in modelli animali e ricoverati di lupus nefrite [13,14]. È stato dimostrato che l'inibizione della ciclossigenasi migliora la nefrite di Heymann passiva e la nefrite da lupus negli animali da esperimento [14-16]. I leucotrieni, associati al danno glomerulare infiammatorio e al prodotto della lipossigenasi (12-acido idrossieicosatetraenoico), hanno mediato l'angiotensina II e il fattore di crescita trasformante- - hanno indotto l'espansione mesangiale nella nefropatia diabetica (DN) [17]. 20-Gli acidi idrossieicosatetraenoico ed epossiicosatrienoico sono stati coinvolti in diverse forme di danno renale, incluso il danno renale nella sindrome metabolica [18-20] e le ceramidi hanno dimostrato di svolgere un ruolo nella patogenesi del danno renale acuto. Nel loro insieme ci sono prove crescenti a sostegno del ruolo dei lipidi e dei metaboliti derivati ​​dai lipidi nella patogenesi della malattia renale. Pertanto, l'analisi dei principali mediatori lipidici è emersa come uno strumento importante nella diagnosi, nella prognosi e nel trattamento delle malattie renali.

Questo articolo esamina i recenti progressi nell'uso della lipidomica nel chiarire la patogenesi e il potenzialeTrattamento direnepatologia.

2. MALATTIE RENALI

La biologia dei sistemi consente l'analisi puntuale delle reti regolatorie e biologiche nel metabolismo cellulare [21-23]. La caratterizzazione completa delle malattie renali potrebbe fornire informazioni importanti e integrative per caratterizzare meglio le relazioni molecolari alla base di questa fisiopatologia al fine di sviluppare marcatori più affidabili e specifici per la diagnosi, la prognosi, la prevenzione e la risposta terapeutica [2,24]. La crescita della biologia dei sistemi e lo sviluppo di nuovi strumenti sperimentali e computazionali hanno consentito la connessione di meccanismi di regolazione gene-cellula-organo a più livelli per integrare la biologia molecolare e cellulare direnestruttura e funzione [25–29]. I lipidi svolgono ruoli diversi e importanti nei sistemi biologici, tra cui la struttura del doppio strato di membrana, l'accumulo di energia, la trasduzione del segnale e forniscono anche supporto funzionale per le proteine ​​​​di membrana e le loro interazioni [30]. Ad esempio, l'acido arachidonico è il precursore degli eicosanoidi, che agiscono come molecole di segnalazione attraverso specifici recettori che portano a processi infiammatori [31]. I triacilgliceridi servono come accumulo di energia cellulare e svolgono un ruolo importante nel metabolismo e nella malattia [32]. Alcune specie lipidiche, come le lisofosfatidilcoline (LPC), le glicerofosfoetanolammine (PE), le fosfatidilcoline (PC) e i glicerofosfoinositoli (PI), sembrano essere potenzialirenemarcatori della malattia [33]. Qui, forniamo una panoramica dell'approccio lipidomico inrenepatologia.

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3.LIPIDI E LIPIDOMICI

3.1.Definizione, classificazione e funzione biologica dei lipidi

I lipidi, i componenti fondamentali delle membrane biologiche, sono una classe di molecole strutturalmente e funzionalmente diversificata. A seconda della biosintesi e della struttura chimica, i lipidi sono definiti idrofobici o anfifilici. I lipidi anfifilici esistono in vescicole, membrane o liposomi in un ambiente acquoso. I lipidi biologici originano due tipi distinti di subunità biochimiche: i gruppi isoprene e chetoacile [34]. Sulla base di questa definizione, i lipidi possono essere suddivisi in otto categorie: acidi grassi, glicerolipidi, sfingolipidi, GPs, saccarolipidi, lipidi steroli, lipidi prenolici e polichetidi (Fig. 1) [34]. Gli acidi grassi e i glicerolipidi hanno strutture relativamente semplici. Gli acidi grassi sono una delle classi lipidiche più importanti e componenti di base di tutti i lipidi. Gli acidi grassi hanno catene di carbonio lineare sature o insature con lunghezze di 4–24 atomi di carbonio e 0–6 doppi legami. Gli acidi grassi sono precursori di vari lipidi bioattivi. Gli eicosanoidi includono leucotrieni, prostaglandine e trombossani che svolgono un ruolo importante nello sviluppo dei processi infiammatori [35]. I glicerolipidi sono composti da gliceroli mono, di e tri-sostituiti che differiscono per il contenuto di acidi grassi esterificati ai gruppi idrossilici della spina dorsale del glicerolo [36]. Numerosi studi hanno dimostrato che la sintesi e il catabolismo alterati dei trigliceridi svolgono un ruolo importante nell'insorgenza e nello sviluppo di molte malattie [37,38]. I lipidi sterolici, compreso il colesterolo e i loro derivati ​​composti da una struttura centrale a quattro anelli fusa, sono componenti importanti dei lipidi di membrana. I lipidi steroli hanno diversi ruoli biologici come la funzione regolatoria della segnalazione cellulare e la modulazione del fluido cellulare [39].

I GP, noti anche come fosfolipidi, sono onnipresenti in natura, sono componenti importanti dei doppi strati lipidici e sono coinvolti nella segnalazione e nel metabolismo cellulare. Sulla base della natura del gruppo della testa polare nella posizione sn-3 della spina dorsale del glicerolo negli eucarioti e negli eubatteri o nella posizione sn-1 nel caso degli archeobatteri [40], GP può essere suddiviso in distinti classi tra cui glicerofosfocoline, acidi glicerofosfatidici, glicerofosfogliceroli (PG), glicerofosfoserina (PS), PE e PI. Il tessuto cerebrale contiene G relativamente alto e alterazioni della loro composizione sono state implicate in disturbi neurologici [41]. Alcuni GP come LPC, PC, PE e PI sono stati identificati come potenziali biomarcatori di cancro, reni e malattie cardiovascolari [33,42,43]. Gli sfingolipidi sono costituiti da una complessa famiglia di composti composta da una spina dorsale di base di 1,3- diidrossile, 2-ammino alcano o alchene (base sfingoide). La sfingomielina (SM) e la sfingosina sono due importanti sfingolipidi composti da un gruppo di testa della fosforilcolina e un acido grasso legati rispettivamente a un 1-gruppo idrossile e 2-gruppo amminico della catena sfingoide. Studi precedenti hanno dimostrato che le ceramidi, che appartengono agli N-acil-derivati ​​della sfingosina, sono associate all'insufficienza renale cronica [44].

3.2.Lipidomica

Sebbene sia una sottofrazione del metaboloma, la sua complessità delle specie lipidiche, le loro proprietà chimiche distinte e l'importante attività biologica hanno reso il lipidoma il fulcro di una considerevole ricerca. La metabolomica è definita come "la misura quantitativa della risposta metabolica multiparametrica dinamica dei sistemi viventi a stimoli fisiopatologici o modificazioni genetiche" [45,46]. La metabolomica è un'analisi quantitativa non mirata di biofluidi e tessuti per metaboliti endogeni a bassa massa molecolare. La lipidomica, come branca della metabolomica, è stata introdotta per la prima volta da Han e Gross nel 2003 [47]. La lipidomica è stata definita come "la caratterizzazione completa delle specie molecolari lipidiche e dei loro ruoli biologici nell'espressione delle proteine ​​coinvolte nel metabolismo e nella funzione dei lipidi, inclusa la regolazione genica" [48]. La lipidomica rappresenta un passaggio dallo studio dei lipidi individuali all'esame dei metaboliti lipidici globali in un contesto integrato nei sistemi per comprendere più a fondo il loro ruolo nei processi fisiopatologici. Negli ultimi 10 anni, la lipidomica è emersa come un nuovo campo nella biologia dei sistemi e ha aumentato l'interesse per la diagnosi di malattie e la scoperta di biomarcatori (obesità, diabete, malattie cardiovascolari, morbo di Alzheimer, cancro al pancreas, ecc.), scoperta e sviluppo farmaceutici, umani ricerca su cibo e nutrizione [49–55]. Questo potente approccio può rivelare caratteristiche metaboliche uniche di eventi normali, patologici o specifici del trattamento. Recentemente, è stato pubblicato un numero maggiore di studi e revisioni lipidomiche utilizzando la spettrometria di massa (MS), la risonanza magnetica nucleare (NMR) e altre modalità spettroscopiche [56-61]. Le tecnologie di separazione, la gascromatografia (GC), la cromatografia liquida (LC), la cromatografia fluida supercritica e l'elettroforesi capillare sono fondamentali per l'esame lipidomico di campioni complessi [62]. Per ottenere informazioni strutturali sugli ioni molecolari, viene prima utilizzata MS a bassa energia di collisione, seguita da condizioni MS2 a maggiore energia di collisione per ottenere ioni frammento. Tipicamente lo ione precursore viene selezionato e la frammentazione monitorata mediante spettrometria di massa tandem (MS/MS). Questo approccio fornisce maggiori informazioni strutturali e rilevamento di singole specie lipidiche in campioni biologici complessi. Inoltre, la SM/MS è stata sempre più utilizzata per sviluppare metodi quantitativi per la lipidomica mirata [63]. Questo approccio, tuttavia, richiede informazioni basate su un precedente MS a scansione completa. Nel 2005, Wrona et al.[64] introdotta la tecnica MSE in cui due funzioni di scansione sono simultanee per la raccolta dei dati. MSE ha fornito scansioni alternate parallele per l'acquisizione a bassa energia di collisione per informazioni sugli ioni precursori (MS) o alta energia di collisione per frammenti di massa accurati a scansione completa, ioni precursori e informazioni sulla perdita neutra (MSE). Questo approccio ha fornito informazioni simili alla MS2 convenzionale (MS/MS) in una singola corsa analitica e informazioni strutturali necessarie per l'identificazione di biomarcatori sconosciuti in analisi non mirate [65-70]

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3.3.Metodi analitici per la lipidomica

I metodi tradizionali di analisi dei lipidi di solito comportano l'estrazione con solvente dei campioni biologici (sangue, tessuto, cellula e organismo) seguita dalla separazione dei lipidi mediante cromatografia su strato sottile, estrazione in fase solida o LC in fase normale e separazione di classi particolari di lipidi in singole specie molecolari mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) - rivelatore di raggi ultravioletti o rivelatore di dispersione della luce evaporativa. Utilizzando questi metodi tradizionali, è possibile analizzare singole specie molecolari di molte classi lipidiche [71]. Sebbene la GC sia stata utilizzata per determinare il contenuto di acidi grassi dei vari lipidi mediante il metodo degli esteri metilici, questo approccio tende a richiedere molto tempo e comporta l'idrolisi e la derivatizzazione del campione. In generale, l'analisi lipidica convenzionale richiede tipicamente una grande quantità di campione perché molte specie biologicamente attive sono presenti in quantità molto piccole. A causa della loro complessità intrinseca, la preparazione del campione può comportare estrazioni multiple, riducendo ulteriormente la sensibilità e la risoluzione. Inoltre, questi metodi richiedono molto lavoro e spesso richiedono la derivatizzazione, limitando così la produttività.

Al contrario, l'analisi diretta del campione può essere utilizzata per la lipidomica della SM [72,73]. Le tecnologie MS a infusione diretta hanno una buona riproducibilità, accuratezza e alta sensibilità e richiedono meno tempo rispetto ai metodi tradizionali. Tipicamente, la ionizzazione elettrospray quadrupole-time-of-flight (ESI-QTOF) e la ionizzazione a desorbimento laser assistita da matrice (MALDI) sono le sorgenti ioniche più utilizzate nell'analisi MS a infusione diretta [74,75]. La SM a infusione diretta è semplice e veloce. Il suo principale limite è la soppressione ionica, che ostacola la sensibilità e l'accuratezza quantitativa. Sfortunatamente, questo metodo non è in grado di identificare i lipidi isobarici e isomerici, le cui masse sono identiche e spesso producono schemi di frammentazione simili. Sebbene la SM a infusione diretta sia relativamente limitata nella ricerca di composti nuovi e sconosciuti dai database dei lipidi, in futuro potrebbe essere utile esaminare i percorsi biochimici in varie malattie. Sono state pubblicate revisioni complete di ESI/MS a infusione diretta, ESI-QTOF/MS e MALDI/MS e delle loro applicazioni in lipidomica [74,75].

La SM è comunemente combinata con LC per la lipidomica e sono stati rivisti studi basati su LC-MS in lipidomica [76]. Tipicamente, i vantaggi dell'approccio LC-MS sono una buona riproducibilità, accuratezza e alta sensibilità per l'identificazione di lipidi noti o nuovi. Nell'ultimo decennio, HPLC-MS è stato ampiamente utilizzato per analisi mirate e non mirate in metabolomica e lipidomica utilizzando strumenti a quadrupolo singolo, ibridi e ad alta risoluzione. Per la profilazione globale, le combinazioni di cromatografia liquida ultra-prestazioni (UPLC) accoppiate con QTOF/MS o TOF/MS a mobilità ionica tandem sono scelte popolari [77-80]. Questi forniscono un'analisi rapida con MS ad alta risoluzione. L'UPLC utilizza particelle di dimensioni inferiori a-2 μm e opera a pressioni maggiori (6000-15.000 psi) fornendo così un'elevata risoluzione cromatografica rispetto all'HPLC convenzionale con particelle da 5 μm [81]. L'aumento della risoluzione risulta dal migliore rapporto segnale/rumore e dalla larghezza del picco ridotta rispetto all'HPLC convenzionale. Questo approccio è vantaggioso per il profilo metabolico perché un numero enorme di metaboliti può essere rilevato a concentrazioni fisiologiche. Sebbene i lipidi di varie fonti biologiche possano essere separati da UPLC-MS [82], gli effetti matrice hanno un'influenza importante sui profili globali [83]. Sfortunatamente, la sensibilità in genere non è alta quanto la lipidomica mirata. Inoltre, non è possibile ottimizzare le condizioni sperimentali di ciascun composto separato. In genere, la MS a triplo quadrupolo viene utilizzata per analisi mirate mediante UPLC–MS con monitoraggio ionico selettivo. I metodi lipidici mirati possono includere steroli ed eicosanoidi come acidi biliari e steroidi [84,85]. I metodi basati su GC sono adatti per componenti volatili e non possono essere utilizzati per la maggior parte dei lipidi. È interessante notare che GC-MS è il metodo più utilizzato per l'analisi di acidi grassi liberi, acidi grassi esterificati e steroidi. Gli acidi grassi liberi e gli steroidi richiedono derivatizzazione o sililazione, mentre gli acidi grassi esterificati sono spesso analizzati come esteri metilici [86]. La cromatografia fluida supercritica è un'altra tecnica ad alta risoluzione che può essere utilizzata per la separazione di vari lipidi. La cromatografia fluida supercritica MS può essere utilizzata per un profilo lipidico completo di grandi numeri di campioni [87].

Mobilità ionica MS (IM-MS) e metodologie multidimensionali sono considerate nuove metodologie e sono state utilizzate in lipidomica [88,89]. Isomeri, conformatori ed enantiomeri possono essere rapidamente separati da IM-MS e si sono dimostrati utili nell'analisi di campioni biologici complessi [78]. Lo sviluppo dell'imaging MS ha anche svolto un ruolo importante nello sviluppo della spettrometria di mobilità ionica di imaging con MS per l'analisi dei lipidi. La spettrometria della mobilità ionica con MS combinata con la modellazione computazionale della dinamica molecolare può essere utilizzata per la caratterizzazione futura della struttura e della stabilità dei complessi incorporati nei lipidi. Inoltre, la LC-MS multidimensionale completa è un approccio emergente interessante per la caratterizzazione lipidomica completa di campioni biologici complessi [90].

3.4.Analisi dei dati lipidomici

La lipidomica produce dati enormi e la sua analisi gioca un ruolo chiave, soprattutto negli studi non mirati. In quanto tale, una solida bioinformatica è fondamentale. Prima dell'analisi statistica, è necessaria la preelaborazione dei dati, inclusa l'elaborazione del segnale, la normalizzazione e la trasformazione dei dati, in modo tale che i dati grezzi vengano trasformati in un formato compatibile con l'analisi statistica dei dati [91,92]. Dato l'elevato grado di variazione dei lipidi, il primo passo dell'analisi statistica senza supervisione e supervisione è la riduzione dei dati. Ciò può essere ottenuto con una serie di metodi, tra cui l'analisi parziale ortogonale dei minimi quadrati discriminati, l'analisi delle componenti principali (PCA) e l'analisi parziale dei minimi quadrati discriminati (PLS-DA). Possono essere utilizzati sia metodi non supervisionati che supervisionati, a seconda dell'obiettivo dell'analisi specifica. Nell'analisi dei dati non supervisionata, le informazioni sconosciute sui diversi gruppi vengono utilizzate dalla PCA e dall'analisi dei cluster gerarchici. Nell'approccio supervisionato, ogni campione o metabolita è associato a composti noti e queste informazioni preliminari vengono quindi utilizzate per l'analisi tramite la regressione dei componenti principali e le reti neurali [91,92]. Sono disponibili anche altri metodi di regressione tra cui Elastic Net e Least Absolute Shrinkage and Selection Operator per l'analisi di insiemi di dati lipidomici per accertare la relazione tra le variabili [93].

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4. APPLICAZIONI DELLA LIPIDOMICA NELLE MALATTIE RENALI

I fosfolipidi rappresentano una classe di importanti costituenti cellulari che partecipano a numerosi processi e percorsi biologici che riflettono lo stato metabolico in salute e malattia. La lipidomica è uno strumento adatto per la scoperta di biomarcatori di malattie nella biologia dei sistemi [94,95]. Una comprensione completa delle sue applicazioni è di fondamentale importanza per la lipidomica. Molti studi hanno dimostrato che i disordini metabolici o le anomalie di vari lipidi portano a malattie renali [96-99]. Utilizzando l'insufficienza renale cronica (CRF), il carcinoma a cellule renali (RCC), la glomerulonefrite cronica, la nefropatia da IgA e il DN, discutiamo di lipidomica nelle malattie renali nell'uomo e negli animali e studi su modelli cellulari.

4.1.Lipidomica nella malattia renale clinica

4.1.1 Effetto della malattia renale cronica e della glomerulonefrite

Le anomalie lipidiche sono comuni nelle malattie renali [100,101] e contribuiscono a un'elevata incidenza di disturbi cardiovascolari in questa popolazione. I profili lipidici plasmatici ed eritrocitari sono stati esaminati in pazienti con IRC in emodialisi per 30 mesi [102]. È stato osservato un aumento dei trigliceridi nel plasma e nelle membrane degli eritrociti. Nel CRF sono stati osservati anche un aumento degli acidi palmitici plasmatici e degli acidi grassi monoinsaturi e una diminuzione degli acidi grassi polinsaturi plasmatici. Le anomalie lipidiche erano evidenti a 18 mesi e diventavano più profonde a 30 mesi. I modelli lipidici della membrana plasmatica e degli eritrociti non sono cambiati durante il periodo di dialisi. I pazienti con IRC sottoposti a regolare emodialisi hanno mostrato un graduale deterioramento dei profili dei trigliceridi e degli acidi grassi. In un altro studio, HPLC-MS è stato utilizzato per profilare i fosfolipidi plasmatici in pazienti con glomerulonefrite cronica e IRC senza terapia sostitutiva renale [103]. I risultati hanno mostrato che la glomerulonefrite cronica primaria e la CRF avevano profili metabolici fosfolipidici anormali. Un certo numero di fosfolipidi (n=19) sono stati identificati come potenziali biomarcatori. Un possibile meccanismo che porta a questa anomalia includeva l'idrolisi del fosfatidilinositolo (PI) tramite l'attivazione della fosfolipasi C PI specifica, che porta alla produzione di messaggeri di due secondi, inositolo (1,4,5)-trifosfato (IP3) e diacilglicerolo [104] , che partecipano alla trasduzione del segnale in modo indipendente. IP3 aumenta il Ca2 plus citoplasmatico stimolando il rilascio di Ca2 plus dal reticolo sarcoplasmatico [105]. La proteina chinasi C (PKC) è attivata dalla fosfatidilserina, dal Ca2 plus e dal diacilglicerolo. L'attivazione del sistema di trasduzione del segnale PKC intracellulare, a sua volta, innesca una serie di reazioni fisiologiche e fisico-chimiche.

Sulla base delle caratteristiche morfologiche e genetiche, l'RCC è classificato in vari sottotipi. La prognosi dell'RCC varia e l'RCC metastatico o ricorrente è associato a prognosi sfavorevole con rara sopravvivenza a lungo termine. Il desorbimento ESI/MS è stato utilizzato in una modalità di imaging per studiare il profilo lipidico di sezioni di tessuto sottile di RCC papillare umano rispetto al tessuto normale adiacente (11 coppie di campioni) e RCC a cellule chiare rispetto al tessuto normale adiacente (9 coppie di campioni) [106]. Nella regione del tumore è stato osservato un aumento della GP e degli acidi grassi liberi. PLS-DA ha distinto il tumore in RCC papillare e a cellule chiare e papillare da RCC a cellule chiare. La composizione del tessuto GP alterata si verifica nel cancro [107] e sembra integralmente associata alla trasformazione maligna [108]. Micro-LC-QTOF/MS è stato utilizzato per studiare i lipidi nelle urine nell'RCC rispetto a soggetti sani. Trentacinque specie lipidiche sono state identificate provvisoriamente, inclusi i cambiamenti lipidomici negli esosomi urinari [109]. Il tessuto GP e i loro sottoprodotti enzimatici sembrano correlati alla trasformazione maligna [110,111] ed è stato osservato un aumento significativo del PI nelle cellule trasformate [112].

4.1.2 Effetto del DN

DN è un problema serio in tutto il mondo. I fosfolipidi e i loro metaboliti sono strettamente correlati alla patogenesi e alla progressione del DN. La lipidomica non mirata dei fosfolipidi sierici utilizzando LC-TOF/MS in fase normale e trappola ionica-MS/MS è stata eseguita su pazienti con DN [113]. Il confronto con soggetti sani ha rivelato otto lipidi in sette classi di fosfolipidi come potenziali biomarcatori DN. Due nuovi biomarcatori tra cui PI (18:{5}}/22:6) e SM (d18:0/20:2) hanno effettivamente discriminato i pazienti con DN. Com'era prevedibile, la stessa classe di fosfolipidi ha una tendenza di variazione simile con la progressione del DN. Sono stati rilevati LPC, PE, PG, SM, un PC e un PI sovraregolati e PE, PS e due PC sottoregolati. Numerosi studi hanno dimostrato l'accumulo di lipidi nei reni di animali da esperimento diabetici e nell'uomo e che i lipidi hanno influenzato la patogenesi del DN [114,115]. È stato riportato che la fosfatasi lipidica promuoveva l'apoptosi dei podociti portando a DN e la fosfatasi lipidica era aumentata prima del cambiamento istologico [116]. Ulteriori prove hanno dimostrato che il metabolismo lipidico anormale e l'accumulo di lipidi nel rene hanno svolto un ruolo importante nella patogenesi del DN [117-119] e le specie PC ossidate erano correlate alla disfunzione renale [120]. Possibili meccanismi implicano la deposizione di lipidi dovuta all'aumento della concentrazione sierica e la filtrazione glomerulare dei lipidi legati alle proteine ​​​​associati alla proteinuria. I lipidi accumulati hanno aumentato l'espressione dei fattori di crescita endoteliali vascolari e trasformato il fattore di crescita, nonché la promozione della proteinuria e della glomerulosclerosi diabetica [121]. D'altra parte, la presenza di fosfolipidi anormali può promuovere l'attivazione della via del sorbitolo, lo stress ossidativo e l'attivazione della PKC [122-124]. In DN, la diminuzione del PI era correlata all'attivazione della via del sorbitolo che porta alla degradazione dell'inositolo intracellulare, alla riduzione del mioinositolo e alla riduzione della sintesi del PI.

4.1.3 Effetti delle modalità di sostituzione renale

Le complicanze cliniche associate alla dialisi peritoneale sono diventate sempre più evidenti. È stato sviluppato un LC-QTOF/MS bidimensionale online per il profilo lipidico plasmatico nei pazienti in dialisi peritoneale [125]. Questo studio completo ha incluso 10 classi di lipidi e 190 specie di lipidi. Sono stati identificati trenta biomarcatori tra cui PE e PC come indicatori di malnutrizione, infiammazione e sindrome aterosclerotica. Questo studio ha anche esaminato le differenze nei profili lipidici nel plasma di individui con scarso controllo dei liquidi e quelli con un buon volume. Si è osservato un aumento significativo di PC e PE (e sottoclassi plasmalogeni di PC e PE) in quelli con uno stato di volume scarso. È interessante notare che un altro studio simile ha mostrato che l'incidenza della malnutrizione era associata ai fosfolipidi plasmalogeni [126]. Questi risultati hanno supportato un'associazione tra volume e stato nutrizionale nella dialisi peritoneale [127]. La GC-MS è stata utilizzata per quantificare gli isoprostani F2- nei pazienti in emodialisi con malattia renale allo stadio terminale [128]. Gli F2-isoprostani erano aumentati di ~100-di volte dopo lo stress ossidativo indotto da ferro/ascorbato e da 2- a 4-di volte dopo le crisi indotte da pentilentetrazolo in pazienti in emodialisi. Sia gli studi umani che quelli sperimentali supportano un'associazione tra F2-isoprostani e infiammazione.

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4.2.Lipidomica in modelli animali o cellulari

4.2.1 Effetto della nefropatia da IgA

La nefropatia da IgA è la forma più comune di glomerulonefrite e può progredire fino all'insufficienza renale allo stadio terminale. Per identificare i marcatori di progressione, HPLC-MS con PCA e PLS-DA è stato utilizzato per valutare i profili metabolici dei fosfolipidi nel plasma in un modello sperimentale di topo Balb/c [129]. Sono state identificate le classi lipidiche PC, LPC, PI, PS, PE e SM, comprese 90 specie lipidiche. PS(18:{7}}/18:0), PS(18:0/22:5) e PI(18:{{20}}/ 20:4) sono stati identificati come potenziali biomarcatori. È stata anche esaminata la relazione tra i fosfolipidi e l'espressione della molecola di adesione intercellulare-1 (ICAM-1). Quest'ultimo è altamente correlato alla proteinuria. Un altro studio ha identificato l'espressione di ICAM-1 come indicatore della progressione della malattia e ha suggerito PS(18:{28}}/18:0), PS(18:0/22:5) e PI(18:0 /20:4) come possibili biomarcatori di nefropatia da IgA [130].

L'imaging della lipidomica della SM è utile per visualizzare la localizzazione di vari lipidi nel rene e in altri tessuti [131,132]. Recentemente è stata analizzata la distribuzione molecolare dei lipidi in iper-IgA murinireniutilizzando MS di imaging basato su trappola ionica MALDI-quadrupolo-TOF [133]. Due PC, PC(18:2/22:6) e PC(16:0/22:6) sono stati trovati principalmente nella corteccia e due triacilgliceroli, TAG(18:1/18:2/18: 1) e TAG(16:0/18:2/18:1), sono stati trovati nell'ilo. Tuttavia, molti altri lipidi sono stati osservati nei reni iper-IgA, specialmente nella regione tubulare. Due lipidi iper-IgA-specifici erano O-PC, tra cui PC(O-18:1/22:6) e PC(O-16:0/22:6). È stato riportato che PC(O-18:1/22:6) e PC(O{{40}}:0/22:6) erano analoghi del plasmalogeno e del fattore di attivazione delle piastrine, rispettivamente [134,135]. Questo studio ha anche indicato che tutti i lipidi iper-IgA-specifici erano derivati ​​​​dall'urina e che il ristagno dovuto all'ostruzione ureterale unilaterale causava la distribuzione iper-IgA-specifica dei lipidi nei tubuli renali.

Un possibile meccanismo riguardava l'attivazione della via PKC che porta all'espansione della matrice extracellulare e all'ispessimento della membrana basale glomerulare [136]. Infatti, è stato dimostrato che l'attivazione della PKC aumenta la permeabilità del monostrato endoteliale all'albumina [137]. Cellule epiteliali e membrana basale dalla barriera capillare glomerulare. È stato dimostrato che l'attivazione della PKC danneggia la barriera capillare glomerulare portando alla proteinuria [138,139].

4.2.2 Effetto di DN

È stato dimostrato che la rapamicina previene lo sviluppo di DN nei ratti diabetici indotti da streptozotocina. MALDI-TOF/MS della corteccia renale ha rivelato tre classi di sfingolipidi tra cui ceramidi, SM e ceramide monoesosi [140]. Un metabolita della ceramide è stato significativamente aumentato mentre tre sono scomparsi. La composizione dello sfingolipide è stata notevolmente alterata dal trattamento con rapamicina. Ceramide aumentata(d18:0/16:0), ceramide mono esoside(d18:1/15:0), SM(d16:1/18:0 ), e SM(d18:1/18:0) sono stati invertiti dalla rapamicina. Lo studio precedente ha mostrato che l'aumento della ceramide nel rene diabetico e la diminuzione dopo il trattamento con rapamicina e la relazione di lunga data tra ceramide e apoptosi supportano la ceramide come un biomarcatore ragionevole [141]. La streptozotocina ha aumentato significativamente la sintesi di molti sfingolipidi che è stata inibita dalla rapamicina. Altri studi hanno dimostrato che l'inibizione della ceramide, tramite il blocco della ceramide sintasi o della serina palmitoiltransferasi, ha effettivamente ridotto la morte cellulare causata da ipossia-riossigenazione, ipossia chimica e mezzi di radiocontrasto nelle cellule epiteliali tubulari renali [142-144].

4.2.3 Effetto dell'insufficienza renale acuta

L'infiammazione gioca un ruolo chiave nella patogenesi dell'insufficienza renale acuta [145,146]. La lipidomica LC-MS è stata utilizzata per studiare l'impatto degli acidi grassi polinsaturi ω-3 o ω-6 nella dieta a breve termine sul danno renale ischemico e sui circuiti autacoidi lipidici renali [147]. L'ischemia renale (30 min) ha comportato una funzione renale significativamente ridotta e un aumento significativo della creatinina sierica nei topi alimentati con una dieta integrata con ω-6, ma è rimasta normale nei topi alimentati con una dieta integrata con ω-3. Inoltre, un'estensione dell'ischemia renale (45 min) ha causato il 100% di mortalità nei topi supplementati con ω-6 ma nessuna morte nel gruppo supplementato con ω-3. L'effetto protettivo degli acidi grassi polinsaturi ω-3 contro il danno renale ischemico è stato associato a un ridotto reclutamento di leucociti polimorfonucleati, produzione di chemochine e citochine, formazione abrogata di eicosanoidi derivati ​​dalla lipossigenasi e dalla cicloossigenasi e aumento dell'espressione della protezione D1 [148] . Il trattamento sistemico con la protectina D1 ha ridotto l'afflusso di leucociti polimorfonucleati renali e sovraregolato l'espressione della proteina eme ossigenasi{20}} e dell'mRNA in soggetti feriti e illesireni. La Protectin D1 è risultata efficace nella prevenzione degli acutirenedanno così come l'effetto degli acidi grassi polinsaturi ω-3 e ω-6 sulla formazione di autacoidi nel rene e sull'esito del danno renale ischemico [149].

4.2.4 Ricerca cellulare

La lipidomica ESI/MS è stata utilizzata per identificare i cambiamenti fosfolipidici nel rene embrionale umano (HEK293) e nell'uomorenecarcinomi (Caki{0}}) morte cellulare [150]. È stata osservata una significativa riduzione di PC(14:{7}}/16:0) e PC(16:0/16:{16}}) in HEK293 e Cake{{ 12}} celle. Il trattamento con bromofenolo lattone prima dell'esposizione al cisplatino ha ulteriormente ridotto PC(14:0/16:0), plasmenilcolina(16:0/16:1) e plasmenilcolina(16:{{ 41}}/18:1) in HEK293 e ha inibito gli aumenti indotti dal cisplatino della plasmenilcolina(16:1/22:6) in Caki-1. Il trattamento con bromofenolo lattone prima dell'esposizione al cisplatino ha anche aumentato diversi fosfolipidi contenenti arachidonico, tra cui PC(16:{56}}/20:4), PC(18:1/20:4) e PC(18 :0/20:4) rispetto al solo trattamento con cisplatino. Questi risultati hanno dimostrato che l'inibizione della fosfolipasi A2 proteggeva dalla morte cellulare indotta dalla chemioterapia in più linee cellulari renali umane e identificava anche fosfolipidi che erano specificamente alterati durante la morte cellulare. I risultati hanno inoltre dimostrato che le alterazioni di questi fosfolipidi erano correlate alla protezione contro la morte cellulare in presenza di inibitori della fosfolipasi A2. Masood e colleghi hanno utilizzato LC-MS/MS in fase normale e inversa per quantificare più classi di sfingolipidi nelle cellule HEK293 [151]. Questi risultati hanno mostrato che più del 75 percento delle ceramidi, monoesosilceramidi e SM esistono come d18:1Δ4 c16:0, d18:1Δ4 c24:1 e d18:{63}} c24:0.

5. OSSERVAZIONI CONCLUSIVE E PROSPETTIVE

La nuova lipidomica è una metodologia emergente che promette uno studio sistematico e completo dei lipidi e dei loro derivati ​​nella salute e nelle malattie. Varirenele malattie sono associate a cambiamenti significativi nel metabolismo e nella concentrazione plasmatica di lipidi e lipoproteine, nonché di metaboliti e vie metaboliche correlati ai lipidi. Questi cambiamenti svolgono un ruolo importante nella patogenesi dell'infiammazione locale e sistemica, nel metabolismo energetico alterato e nella progressione direnepatologia. La combinazione di profilazione lipidica e statistica multivariata è utile per la scoperta di potenziali biomarcatori e nuove modalità terapeutiche, nonché per monitorare la risposta all'intervento terapeutico.

I recenti progressi nelle tecnologie basate sulla SM e i rapidi miglioramenti nella cromatografia, in particolare UPLC-MS in combinazione con la bioinformatica, hanno migliorato la nostra comprensione del ruolo dei metaboliti derivati ​​dai lipidi nella patogenesi e nella progressione direnepatologia. Sebbene gli strumenti attualmente disponibili consentano l'identificazione della struttura del metabolita derivato dai lipidi ad alta risoluzione, sono chiaramente necessari ulteriori progressi nelle tecniche analitiche e nella gestione dei dati per una preelaborazione dei dati più efficace, data mining, analisi statistica, identificazione di biomarcatori e interpretazione dei percorsi biochimici.

estratto di cistanche: migliore funzionalità renale

RINGRAZIAMENTI

Questo studio è stato sostenuto dal Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-13-0954) e dal Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT1174) del Ministero dell'Istruzione cinese, National Natural Science Foundation of China (J1210063 , 81202909, 81274025, 81001622), il progetto "As a Major New Drug to Create a Major National Science and Technology Special" (2014ZX{7}}), China Postdoctoral Science Foundation (2012M521831, 2014T70984), National Innovation Training Plan Program (201310697004), Programma chiave per i progetti di cooperazione scientifica e tecnologica internazionale della provincia dello Shaanxi (2013KW31-01), Fondazione di scienze naturali del Dipartimento provinciale dell'istruzione dello Shaanxi (2013JK0811) e Amministrazione della medicina tradizionale cinese dello Shaanxi ({{17} }ZY006).

*Laboratorio chiave di biologia delle risorse e biotecnologie nella Cina occidentale, Ministero dell'Istruzione, College of Life Sciences, Northwest University, Xi'an, Shaanxi, PR Cina

†Division of Nephrology and Hypertension, School of Medicine, University of California, Irvine, California, USA

{Scuola di Materia Medica Cinese, Università di Medicina Cinese di Pechino, Pechino, PR Cina

RIFERIMENTI

[1]A. Levin, NR Powe, J. Rosset, et al., Malattia renale cronica come problema di salute pubblica globale: approcci e iniziative: una presa di posizione da Kidney Disease Improving Global Outcomes, Kidney Int. 72 (2007) 247–259.

[2]K. Makris, N. Kafkas, lipocalina associata alla gelatinasi neutrofila nel danno renale acuto, Adv. Clin. Chimica. 58 (2012) 141–191.

[3]XB Ling, ED Mellins, KG Sylvester, HJ Cohen, Peptidomics urinaria per la scoperta di biomarcatori clinici, Adv. Clin. Chimica. 51 (2010) 181–213.

[4]TK Sigdel, RB Klassen, MM Sarwal, Interpreting the proteome and peptidome in trapianto, Adv. Clin. Chimica. 47 (2009) 139–169.

[5]ND Vaziri, Dislipidemia dell'insufficienza renale cronica: natura, meccanismi e potenziali conseguenze, Em. J. Physiol. Fisio renale. 290 (2006) 262–272.

[6] ND Vaziri, J. Yuan, Z. Ni, SB Nicholas, KC Norris, il deficit di lipoproteina lipasi nella malattia renale cronica è accompagnato da una down-regulation dell'espressione endoteliale di GPIHBP1, Clin. esp. nefrolo. 16 (2012) 238–243.

[7]ND Vaziri, Meccanismi molecolari dei disturbi lipidici nella sindrome nefrosica, Kidney Int. 63 (2003) 1964–1976.

[8] ND Vaziri, Lipotossicità e trasporto inverso di colesterolo/lipidi mediato da HDL nella malattia renale cronica, J. Ren. Nutr. 20 (2010) S35–S43.

[9]ND Vaziri, K. Norris, Disturbi lipidici e loro rilevanza per gli esiti nella malattia renale cronica, Blood Purif. 31 (2011) 189–196.

[10]ND Vaziri, Ruolo della dislipidemia nella compromissione del metabolismo energetico, stress ossidativo, infiammazione e malattie cardiovascolari nella malattia renale cronica, Clin. esp. nefrolo. 18 (2014) 265–268.

[11]C. Waldner, G. Heise, K. Schroer, P. Heering, inibizione della COX-2 e recettori della prostaglandina nella nefrite sperimentale, Eur. J.Clin. Investire. 33 (2003) 969–975.

[12]A. Hartner, A. Pahl, K. Brune, M. Goppelt-Strube, Upregulation of cyclooxygenase -1 e il recettore PGE2 EP2 nel ratto e nella glomerulonefrite proliferativa mesangiale umana, Inflamm. ris. 49 (2000) 345–354.

[13]S. Tomasoni, M. Noris, S. Zappella, et al., Upregulation della cicloossigenasi renale e sistemica-2 in pazienti con nefrite lupica attiva, J. Am. soc. nefrolo. 9 (1998) 1202–1212.

[14]C. Zoja, A. Benigni, M. Noris, et al., Micofenolato mofetile combinato con un inibitore della ciclossigenasi-2 migliora la nefrite da lupus murino, Kidney Int. 60 (2001) 653–663.

[15]T. Takano, AV Cybulsky, WA Cupples, et al., L'inibizione delle ciclossigenasi riduce il danno delle cellule epiteliali glomerulari indotto dal complemento e la proteinuria nella nefrite di Heymann passiva, J. Pharmacol. esp. Là. 305 (2003) 240–249.

[16]G. Heise, B. Grabensee, K. Schro€r, P. Heering, Diverse azioni dell'inibitore selettivo della ciclossigenasi 2 flosulide nei ratti con nefrite di Heymann passiva, Nephron 80 (1998) 220–226.

[17]ZG Xu, SL Li, L. Lanting, et al., Relazione tra 12/15-lipossigenasi e COX-2 nelle cellule mesangiali: ruolo potenziale nella nefropatia diabetica, Kidney Int. 69 (2006) 512–519.

[18]A. Dey, RS Williams, DM Pollock, et al., I livelli alterati del CYP2C renale e della ciclossigenasi-2 sono associati all'albuminuria correlata all'obesità, Obes. ris. 12 (2004) 1278–1289.

[19]X. Zhao, JE Quigley, J. Yuan, et al., l'attivatore PPAR-alfa fenofibrato aumenta la sintesi degli eicosanoidi derivati ​​dal CYP renale e migliora la funzione del dilatatore endoteliale nei ratti Zucker obesi, Am. J. Physiol. 290 (2006) H2187–H2195.

[20]Y. Zhou, S. Lin, HH Chang, et al., Differenze di genere della sintesi renale di eicosanoide derivata dal CYP nei ratti alimentati con una dieta ricca di grassi, Am. J. Hypertens. 18 (2005) 530–537.