Parte Ⅰ: Biomarcadores de Doença Renal Aguda e Crônica

Contato: emily.li@wecistanche.com

William R. Zhang¹, Chirag R. Parikh

Abstrato:O atual paradigma unidimensional derimdoençadetecção é incompatível com a complexidade e heterogeneidade da patologia renal. O diagnóstico de doença renal concentrou-se amplamente na filtração glomerular, enquanto a avaliação da saúde tubular renal foi notavelmente ausente. Após o insulto, as células tubulares renais sofrem uma cascata de respostas celulares que resultam na produção e acúmulo de proteínas de baixo peso molecular na urina e na circulação sistêmica. Os avanços modernos em análise molecular e proteômica têm permitido a identificação e quantificação dessas proteínas como biomarcadores para avaliação e caracterização de doenças renais. Nesta revisão, destacamos biomarcadores promissores da saúde tubular renal que têm fortes bases na fisiopatologia da doença renal. Esses biomarcadores têm sido aplicados a vários cenários clínicos específicos, desde o espectro de doenças agudas acrônicarimdoençasdemonstrar o potencial para melhorar o atendimento ao paciente.

Palavras-chave:biomarcadores; agudorimprejuízo; IRA; crônicarimdoença; DRC;rim

INTRODUÇÃO

Doenças renaissão complexos e heterogêneos. Ainda, a avaliação clínica derimdoençadepende em grande parte do glomérulo, a unidade de filtragem especializada do rim. Este paradigma unidimensional limita o diagnóstico e o tratamento das doenças renais, cujas consequências são facilmente perceptíveis:doenças renais agudas e crônicascontinuam a ultrapassar a gestão clínica e são cada vez mais reconhecidos como problemas de saúde globais significativos (1). E como essas condições são detectadas muito tarde no curso da doença, não houve tratamentos eficazes desenvolvidos para minimizarrimprejuízo, alteram o curso da doença ou limitam a morbidade e mortalidade associadas.

Especificamente, o diagnóstico de doença renal baseou-se na creatinina sérica, um produto da degradação da creatina e da fosfocreatina, que é amplamente filtrada pelo glomérulo. Acessível e acessível, a creatinina sérica permaneceu o padrão-ouro por quase um século, apesar de suas muitas limitações bem reconhecidas como um marcador indireto de dano renal, incluindo detecção tardia de lesão (Tabela 1) (2, 3). Além disso, a creatinina sérica pode aumentar na ausência de lesão glomerular ou tubular e pode permanecer inalterada em condições de lesão tubular significativa, particularmente quando os pacientes têm boa função renal subjacente e reserva renal significativa (4-6).

Para lidar com essas limitações, a pesquisa empregando novas tecnologias se concentrou na identificação de marcadores estruturais de lesão tubular renal na urina ou na circulação sistêmica que são produzidos diretamente pelo rim ou se acumulam como resultado da disfunção das células tubulares após lesão renal (7- 10). Relacionado com a fisiopatologia darimprejuízo, esses biomarcadores de saúde tubular podem permitir a detecção precoce, identificação da localização da lesão, discernimento etiológico e previsão prognóstica derimdoenças. Na verdade, a caracterização derimtúbulospode ser particularmente importante. A grande maioria do gasto energético do rim é dedicada à manutenção homeostática das funções não glomerulares do rim, e estudos recentes têm demonstrado que o prognóstico darimdoençamesmo que a origem glomerular (11) seja dependente da extensão da fibrose tubulointersticial. Nesta revisão, destacamos biomarcadores renais promissores que têm fortes bases na fisiopatologia da lesão renal (12). Esses biomarcadores têm sido investigados em várias etiologias de lesão renal aguda (LRA) e, mais recentemente, se estenderam a várias apresentações da doença renal crônica (DRC). Apresentamos os resultados das aplicações de tais biomarcadores em vários cenários clínicos específicos do espectro de doenças renais agudas a crônicas, demonstrando a amplitude de aplicações clínicas desses biomarcadores.

A doença renal aguda e crônica é um grande problema de saúde global

BIOMARCADORES DA SAÚDE TUBULAR RENAL

Grande parte da pesquisa no campo de biomarcadores renais começou com investigações de LRA, uma condição na qual a creatinina sérica pode não estar em estado estacionário; assim, biomarcadores que estão intimamente correlacionados com a lesão do tecido renal verdadeiro, semelhante à troponina para o tecido cardíaco, seriam especialmente importantes para a detecção de insultos agudos ao rim. Uma variedade de biomarcadores da saúde tubular renal foi identificada em modelos animais e estudos clínicos que podem localizar porções específicas do néfron e representam respostas mecanísticas distintas no processo de lesão renal. Como indicadores diretos de patologia renal, esses biomarcadores podem abordar as limitações da creatinina sérica. Vários biomarcadores renais bem estudados são apresentados com uma ampla visão fisiológica, categorizada por localização e mecanismo de lesão (Figuras 1 e 2). Esses biomarcadores fornecem uma lente para a complexidade da patogênese da lesão renal e a heterogeneidade que não é adequadamente capturada pelas abordagens atuais para caracterizar e tratar a doença renal.

Biomarcadores de Lesão Tubular

Como resposta à lesão inicial, as células epiteliais tubulares sofrem alterações sutis e liberam proteínas específicas na urina e na circulação sistêmica. A lipocalina associada à gelatinase de neutrófilos (NGAL), também conhecida como lipocalina 2 (LCN2), é uma glicoproteína ligada à metaloproteinase de matriz-9 em neutrófilos humanos e é um dos biomarcadores renais mais amplamente estudados. É uma proteína 25-kDa pertencente à superfamília lipocalina, que está envolvida no transporte de substâncias hidrofílicas através das membranas para manter a homeostase celular (13). Através da ligação de sideróforos bacterianos e do sequestro de ferro, a NGAL inibe o crescimento bacteriano e é importante na defesa do hospedeiro contra patógenos que requerem aquisição de ferro para sobrevivência. A NGAL é expressa em vários tecidos do corpo, como pulmão, trato gastrointestinal, fígado e rim (14), e é marcadamente induzida em células epiteliais lesadas em resposta a lesão, inflamação e transformação neoplásica (14). Assim, enquanto tanto o NGAL plasmático quanto o urinário têm sido investigados como biomarcadores promissores de lesão renal, o NGAL urinário é mais específico para aquele produzido pelo rim após o insulto. Estudos de perfil de transcriptoma em modelos de roedores identificaram NGAL como um dos genes mais regulados no rim muito cedo após a lesão tubular, particularmente nos segmentos distais do néfron, e evidências sugerem que pode ser o marcador mais antigo conhecido de lesão renal (15, 16). Os níveis urinários de NGAL foram significativamente elevados dentro de 2 h após a lesão de isquemia-reperfusão renal em modelos de camundongos (17), e os níveis séricos e urinários foram elevados dentro de 2 h após a cirurgia cardíaca em crianças que desenvolveram LRA pós-operatória (18). Além disso, na DRC, os níveis urinários de NGAL em humanos demonstraram estar inversamente correlacionados com a taxa de filtração glomerular estimada (eGFR) e diretamente correlacionados com fibrose intersticial e atrofia tubular (19). Com base nessas descobertas promissoras, os testes comerciais de NGAL foram aprovados para uso na detecção de IRA na Europa e na Ásia, com aprovação pendente pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA.

Molécula de lesão renal-1 (KIM-1), também conhecida como imunoglobulina de células T e proteína contendo domínio de mucina-1 (TIM-1) e receptor celular 1 do vírus da hepatite A ( HAVCR-1), é uma glicoproteína transmembrana 90-kDa tipo 1 que é significativamente expressa nos rins, especificamente nas células tubulares proximais, após lesão isquêmica, enquanto está virtualmente ausente ou presente em níveis baixos em rins saudáveis (20, 21). KIM-1 evoluiu como um marcador de lesão tubular proximal, a marca registrada de praticamente todas as doenças renais proteinúricas, tóxicas e isquêmicas. O KIM-1 demonstrou ser um marcador altamente sensível e específico de lesão renal em vários modelos animais de doença renal, incluindo modelos de lesão por isquemia (20, 22) e várias nefrotoxinas (23-28). Além de servir como marcador de lesão tubular, dados pré-clínicos também demonstraram que KIM-1 é regulado positivamente nas fases posteriores da LRA e acredita-se que desempenhe um papel importante no reparo renal (29).

Inibidores teciduais de metaloproteinases-2 (TIMP-2) e proteína 7 de ligação ao fator de crescimento semelhante à insulina (IGFBP-7) são mediadores da parada do ciclo celular, uma resposta comumente induzida à lesão renal . Ambos IGFBP-7 (através de p523 e p21) e TIMP-2 (através de p27) bloqueiam o efeito de complexos de proteína quinase dependentes de ciclina e causam curtos períodos de parada do ciclo celular G1 (30-32). Esses biomarcadores foram originalmente descobertos no cenário clínico de doença crítica e foram aprovados pelo FDA para uso em conjunto com a avaliação clínica em pacientes de unidade de terapia intensiva com comprometimento cardiovascular e/ou respiratório agudo (33).

Não existe tratamento eficaz para minimizarlesão renal

Biomarcadores da Função Tubular

A função predominante dos túbulos proximais ricos em adenosina 5'-trifosfato (ATP) é reabsorver a maior parte do filtrado. Assim, pequenas moléculas que são filtradas pelo glomérulo e processadas ou reabsorvidas pelos túbulos proximais podem servir como biomarcadores eficazes da função tubular proximal. Níveis crescentes dessas proteínas na urina podem indicar absorção reduzida pela megalina, um receptor endocítico multiligante, nos túbulos proximais antes da morte celular irreversível. Por exemplo, a cistatina C é uma proteína de baixo peso molecular de 13 kDa produzida a uma taxa constante por todas as células nucleadas e eliminada exclusivamente por filtração glomerular. Embora não seja secretado nem reabsorvido pelos túbulos renais, sofre catabolismo quase completo pelas células tubulares proximais e, portanto, pouco ou nenhum aparece na urina em circunstâncias normais. O comprometimento da reabsorção nos túbulos proximais pode levar a aumentos acentuados nos níveis urinários de cistatina C em animais e humanos (34, 35).

1-A microglobulina ( 1M) é outro exemplo prototípico de um marcador de função tubular proximal. 1M é uma glicoproteína de baixo peso molecular de aproximadamente 27 a 30 kDa e outro membro da superfamília lipocalina. O 1M é sintetizado principalmente pelo fígado e está disponível tanto na forma livre quanto como um complexo com imunoglobulina A (IgA) (36). 1M é livremente filtrado no glomérulo e completamente reabsorvido por mediação de megalina e catabolizado pelo túbulo proximal normal. Portanto, um aumento na concentração urinária de 1M indica lesão ou disfunção tubular proximal, e pacientes com doenças tubulares renais apresentam níveis urinários elevados de 1M. Ao contrário da 2-microglobulina e da proteína de ligação ao retinol, que seguem um mecanismo análogo, o 1M é mais estável em uma faixa de níveis de pH na urina (37), o que atualmente o tornou um biomarcador urinário superior de disfunção tubular.

A proteína de ligação a ácidos graxos tipo L ou tipo alavanca (L-FABP) é uma proteína 15-kDa que se liga seletivamente a ácidos graxos livres e os transporta para mitocôndrias ou peroxissomos, onde os ácidos graxos livres são oxidados e participam na homeostase dos ácidos graxos intracelulares. Primeiro isolado no fígado como uma proteína de ligação para ácido oleico e bilirrubina, agora são conhecidos vários tipos diferentes de FABPs, que são expressos em uma variedade de tecidos. Acredita-se que a L-FABP circulante seja filtrada nos glomérulos e reabsorvida pelas células tubulares proximais. Embora não seja sintetizado em modelos de camundongos, o L-FABP é expresso nos túbulos proximais de humanos após lesão isquêmica aguda (38). Assim, níveis elevados de L-FABP demonstraram ser um marcador sensível e específico de LRA em adultos e crianças (39, 40). Como a L-FABP também é expressa pelo fígado, a lesão hepática pode ser um potencial contribuinte para o aumento dos níveis urinários desse biomarcador durante a LRA. No entanto, estudos clínicos anteriores mostraram que os níveis séricos de L-FABP não têm uma influência significativa nos níveis urinários e que os níveis urinários de L-FABP não são significativamente maiores em pacientes com doença hepática do que em indivíduos saudáveis ​​(39-42).

A uromodulina (UMOD), também conhecida como proteína Tamm-Horsfall, é uma glicoproteína 85-kDa produzida exclusivamente por células do ramo ascendente espesso de Henle. É a proteína mais abundante na urina fisiológica e, com grande quantidade de resíduos de cisteína, tem tendência a agregar-se e é o principal constituinte dos cilindros hialinos (43). Embora a função fisiológica do UMOD ainda não tenha sido elucidada, ele tem sido implicado na regulação da homeostase do sal e confere proteção imunológica renal, incluindo a prevenção de infecções e a inibição da nefrolitíase. Estudos em modelos animais e ambientes clínicos demonstraram sua capacidade de servir como biomarcador para massa e função tubular e, consequentemente, a UMOD mostrou estar inversamente associada a muitos estados de doença renal. Evidências também mostram que UMOD é um marcador direto da quantidade de células tubulares intactas do ramo ascendente da alça de Henle e, portanto, pode representar um marcador para o número de túbulos funcionais remanescentes (44).

Os biomarcadores renais são importantes para detectarlesão renal

Biomarcadores de Inflamação Renal

A ativação de vias inflamatórias dentro dos rins e o recrutamento de células inflamatórias para o local da lesão é uma resposta precoce à lesão renal; tais mediadores inflamatórios incluem interleucina-18 (IL-18), uma citocina pró-inflamatória 18-kDa e um membro da superfamília IL-1. Como resposta precoce à lesão, o precursor desta citocina inflamatória, pró-IL-18, é clivado pela caspase 1 dentro das células do túbulo renal e macrófagos, e a IL-18 é liberada no lúmen tubular e sistêmico circulação. Estudos pré-clínicos demonstraram que IL-18 é um mediador de lesão tubular aguda, induzindo infiltração de neutrófilos e monócitos do parênquima renal (45, 46). Além disso, IL-18 demonstrou desempenhar um papel importante na ativação de macrófagos, com camundongos enxertados com medula óssea deficiente em IL-18- experimentando menos IRA do que aqueles com medula repleta de IL-18 (47 ). Da mesma forma, em camundongos knockout IL-18 com AKI, fator de necrose tumoral- (TNF-), sintase de óxido nítrico induzível, proteína inflamatória de macrófagos-2 e proteína quimioatraente de monócitos-1 (MCP{{ 20}}) a expressão de RNA mensageiro está diminuída, demonstrando os principais efeitos mediadores inflamatórios da IL-18 na LRA. A resposta imune envolve uma variedade de mediadores adicionais, incluindo IL-6 e IL-10. IL-6 é um importante mediador pró-inflamatório que é bem caracterizado na orquestração da resposta inflamatória após insulto renal agudo e tem se mostrado um marcador superior em pacientes renais em comparação com outros candidatos pró-inflamatórios, como o sistêmico Proteína C reativa marcadora inflamatória. Por outro lado, IL-10 é uma citocina anti-inflamatória prototípica que desempenha a função crítica de modular e suprimir a inflamação, antagônica aos efeitos de IL-6.

Além disso, as células tubulares renais também produzem MCP-1 em resposta a citocinas pró-inflamatórias, incluindo TNF- e IL-1 (48). MCP-1 é uma proteína quimiotática que atrai monócitos do sangue e macrófagos teciduais por meio da interação com o receptor de quimiocina do receptor de superfície celular do motivo CC 2 (CCR2) (49, 50). Em resposta a estímulos pró-inflamatórios, a MCP{10}} é expressa em vários tipos de células humanas, incluindo fibroblastos, células endoteliais, células mononucleares do sangue periférico e células epiteliais (50-54). A falta de correlação entre os níveis urinários e séricos de MCP-1 sugere que o MCP urinário-1 é produzido localmente pelo rim e não como resultado da filtração do MCP sérico-1 (55–57) .

Receptores solúveis de TNF (TNFR1 e TNFR2), marcadores circulantes de inflamação de baixo grau, também foram recentemente demonstrados como biomarcadores de doença renal. Essas proteínas solúveis são as formas circulantes dos receptores liberados de suas contrapartes ligadas à membrana, que são parte integrante das vias de sinalização do TNF e demonstraram desempenhar papéis importantes na progressão da doença aterosclerótica e renal (58-60). Especificamente, a via do TNF esteve envolvida no desenvolvimento e progressão da nefropatia diabética em modelos animais (61), e a inibição do TNF com a proteína de fusão TNFR2 solúvel, etanercept, melhorou a albuminúria e a lesão tecidual (62). Os receptores de TNF pertencem à superfamília de receptores de TNF, um grupo de glicoproteínas transmembrana simples tipo 1. A ligação do TNF- aos TNFRs regula as respostas inflamatórias e a apoptose via ativação do fator nuclear kappa B (NF-κB) ou proteína ativadora 1 (AP-1). Em humanos, estudos iniciais mostraram que níveis aumentados de TNFRs circulantes estão fortemente associados à progressão da nefropatia diabética para DRC estágio 3 e doença renal terminal (ESRD) e com mortalidade por todas as causas (59, 60, 63). Embora a literatura tenha predominantemente apoiado seu uso na nefropatia diabética, subanálises de pacientes não diabéticos nesses estudos também confirmaram sua utilidade em outras etiologias de doença renal (64).

O exame e o tratamento precoces podem aumentar a chance de reverter a lesão renal

Biomarcadores de Reparo Adaptativo e Fibrose

Após a inflamação, uma lesão pode ser seguida por processos reparadores ou progressão contínua da inflamação que eventualmente leva à fibrose. Essas vias fortemente reguladas de reparo adaptativo e fibrose podem ser capturadas por biomarcadores urinários envolvidos nessas vias. A YKL-40, também conhecida como quitinase 3-Não gosta de proteína 1 e BRP-39 em camundongos, é uma glicoproteína inflamatória 40-kDa produzida em uma ampla variedade de tipos de células inflamatórias envolvidas na modulando respostas favoráveis ​​ao dano celular (65). Tem sido levantada a hipótese de que esta proteína pode sinalizar a resposta de reparo adaptativo após a inflamação. Por exemplo, na lesão pulmonar hipóxica, o BRP-39/YKL-40 demonstrou limitar a lesão pulmonar, inflamação e apoptose epitelial (66). Estudos de camundongos knockout para Brp39 revelaram que o BRP derivado de macrófagos-39 foi crítico na limitação da apoptose tubular renal via ativação de Akt (também conhecido como PKB, proteína quinase B) e, portanto, melhorou a sobrevida após lesão de reperfusão isquêmica renal ( 67).

Em contraste, outros biomarcadores refletem a deposição da matriz extracelular que é a marca registrada da fibrose. Sob condições fisiológicas, os rins têm pequenas quantidades de colágeno presentes no interstício, enquanto os rins que sofreram lesão progressiva e sustentada exibem aumento da produção de colágeno. O propeptídeo N-terminal do procolágeno tipo III (PIIINP) é o peptídeo terminal de aminoácidos 42-kDa do procolágeno tipo III, que é liberado durante a síntese e deposição do colágeno tipo III. Acredita-se que os níveis urinários de PIIINP sejam biomarcadores de estágios iniciais de fibrose renal. Estudos descobriram que os níveis urinários de PIIINP não se correlacionam com proteinúria e, portanto, provavelmente representam uma síntese intrarrenal desse peptídeo (68). O trabalho em andamento se concentrou na compreensão evolutiva da fisiopatologia da lesão renal na modulação do reparo renal. Em contraste com o coração e o cérebro, o rim possui habilidades regenerativas intrínsecas após insultos isquêmicos e tóxicos. Se o reparo é prontamente iniciado ou atrasado, pode desempenhar um papel importante nos resultados após a lesão renal. Assim, o processo e o equilíbrio entre o reparo adaptativo e mal adaptativo pode ser uma importante junção para a intervenção terapêutica e tem sido foco de esforços ativos de pesquisa. As biópsias renais são procedimentos invasivos e relativamente difíceis e, assim, quantificar a fibrose precoce na DRC pode se tornar viável com esses biomarcadores não invasivos.

Por exemplo, o fator de crescimento epidérmico (EGF), que tem sido implicado na modulação da resposta tubular à lesão (69, 70), foi identificado como um biomarcador de doença renal crônica por meio de uma abordagem de descoberta conduzida pelo transcriptoma da biópsia renal em um estudo de quatro coortes diversas (71). Por meio de uma análise funcional imparcial dos dados de expressão gênica, o EGF foi identificado exclusivamente como envolvido no declínio da função renal. Juntamente com o mRNA do EGF intrarrenal, o EGF urinário foi fortemente correlacionado com a eGFR no momento da biópsia e com alterações longitudinais na eGFR, independente dos fatores de risco tradicionais. Além disso, o EGF adicionou poder preditivo aos marcadores prognósticos clínicos tradicionais de desfechos de progressão da DRC nas quatro coortes diversas. Como um biomarcador especialmente promissor, o EGF urinário mostrou ser altamente específico para o rim e normalmente está minimamente presente no plasma (72). Assim, postulou-se que o EGF pode ser um biomarcador da reserva funcional regenerativa e refletir a capacidade de responder a insultos. Consistente com esse entendimento, a administração de EGF exógeno melhorou o reparo tubular e a regeneração da função renal em modelos animais de LRA; Curiosamente, no entanto, na presença de estímulos pró-inflamatórios, o EGF exacerbou ainda mais a lesão (73). Além disso, o EGF urinário mostrou ser inversamente correlacionado com fibrose intersticial (74), nefropatia diabética (75), nefropatia por IgA (69, 76), doença renal policística do adulto (77) e DRC pediátrica (78).

Lesão renal pode causar fibrose renal

APLICAÇÕES CLÍNICAS

Independentemente da etiologia ou quadro clínico, uma determinada perda de TFG devido a doença renal é detectada por aumentos idênticos nos níveis de creatinina sérica. No entanto, o significado dessas elevações na creatinina sérica em relação aos mecanismos subjacentes de lesão e resultados pode diferir significativamente com base no contexto fisiológico e no ambiente em que as elevações ocorrem. Biomarcadores de saúde tubular têm a capacidade de fornecer maior resolução nas nuances e complexidades dessas condições, que demonstraram a capacidade de melhorar a detecção, identificar a suscetibilidade à doença, diagnosticar doença renal subclínica e prever o prognóstico de eventos adversos em uma variedade de condições clínicas. definições. Tornou-se cada vez mais apreciado que qualquer biomarcador único pode ser insuficiente para caracterizar o estado da doença. Em vez disso, esses biomarcadores são dependentes do contexto. Assim, diferentes biomarcadores demonstraram utilidade em diferentes contextos, refletindo os aspectos únicos dos mecanismos subjacentes de lesão (Figura 3). Compreender as relações entre essas diferentes categorias de biomarcadores pode melhorar a compreensão e a capacidade de fenotipar esses processos de doença e, por sua vez, informar o desenvolvimento de novos compostos terapêuticos. Destacamos dados observacionais de diversos contextos clínicos nos quais esses biomarcadores se mostraram promissores no avanço do cuidado clínico.

Esses biomarcadores são promissores no avanço do cuidado clínico da doença renal crônica

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