급성 신장 손상을 치료하고 치료하는 방법은 무엇입니까?
Mar 14, 2022
연락처: 오드리 후audrey.hu@wecistanche.com
급성 신장 손상 및 복구에 대한 다중 오믹 접근법
Louisa MS Gerhardt 및 Andrew P. McMahon
추상적인
신장은 놀라운 재생 능력을 가지고 있습니다. 허혈성 또는 독성 손상에 대한 반응으로 근위 세뇨관 세포가 증식하여 손상된 세뇨관을 재건하고 신장 기능을 회복할 수 있습니다. 그러나 심한급성 신장 손상(AKI) 또는 재발성 AKI(급성 신장 손상) 사건은 AKI(급성 신장 손상) 에게만성 신장 질환(CKD). 단일 세포 기술의 적용은 AK1 후 몇 주 동안 손상된 근위 세뇨관 세포 상태를 확인했습니다 (급성 신장 손상), 전 염증성 노화 분자 서명으로 구별됩니다. 후성유전학 연구는 AKI 후 신장의 염색질 풍경의 역동적인 변화를 강조했습니다. (급성 신장 손상)AKI(급성 신장 손상) 응답. 멀티오믹 기술의 통합은 AKI에 대한 이해를 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다.급성 신장 손상) 및 AK1(급성 신장 손상AKI를 개선하기 위한 맞춤형 진단 및 치료 전략을 설계하는 것을 궁극적인 목표로 하여급성 신장 손상) 결과 및 예방신장병진행.
키워드: 급성 신장 손상, Multi-omics, Epigenomics, 단일 세포 RNA 시퀀싱, ATAC 시퀀싱.
소개
급성 신장 손상혈청 크레아티닌의 급격한 증가 및/또는 소변량의 감소로 진단되는 (AKI)는 이환율 및 사망률 증가 및 상당한 의료 비용과 관련된 매우 만연한 상태입니다[1e4]. 예를 들어, 현재 증거에 따르면 입원한 모든 COVID{3}} 환자의 최소 25%가 AKI(급성 신장 손상) 그리고 이러한 환자는 AKI가 없는 코로나{0}} 환자보다 사망률이 훨씬 더 높습니다(급성 신장 손상) [5]. AKI에서 살아남은 환자(급성 신장 손상) 만성 및 말기 신장 질환으로 이행할 위험이 증가합니다[3,4,6]. 2018년 미국 신장 데이터 시스템(US Renal Data System) 연례 보고서에 따르면 AKI를 충족한 입원 재향 군인 환자의 52.6%만이 (급성 신장 손상)진단 기준, 진단 AKI(급성 신장 손상), AKI(급성 신장 손상) 병원 일과에서 [7]. 또한 AKI의 조기 진단 (급성 신장 손상)민감한 바이오마커의 부족과 AKI(급성 신장 손상) 혈역학적 최적화, 신독성 방지 및 신대체 요법에 계속 의존합니다.
신장에서 가장 풍부한 세포 유형인 근위 세뇨관 세포는 신장액과 용질 재흡수의 많은 부분을 담당하며 AKI에 대한 적응 및 부적응 반응의 주요 역할로 부상했습니다.급성 신장 손상) [8]. 높은 대사 활성과 산화 대사에 대한 의존성 때문에 허혈은 ATP 고갈, 활성 산소 종의 축적, 궁극적으로 근위 세뇨관 세포의 세포자멸사 또는 괴사로 빠르게 이어집니다(그림 1). 허혈성 사건에서 살아남은 근위 세뇨관 세포는 손상된 세뇨관을 역분화, 증식 및 재건하는 능력이 있으므로 신장 기능을 회복하기 위한 적응 복구 과정에서 필수적인 역할을 합니다[9-11]. 그러나 전염증성 및 전섬유화성 표현형을 특징으로 하는 부적응성 근위 세뇨관 세포도 AKI로부터의 질병 진행과 관련이 있습니다.급성 신장 손상) 염증, 혈관 희박화 및 활성화된 혈관주위세포와 근섬유아세포에 의한 세포외 기질 생성을 포함하는 복잡한 과정인 만성 신장 질환(CKD)에 이르기까지 다양합니다(그림 1)[8,12]. 각각 시퀀싱(ATAC-seq), mRNA 시퀀싱 및 질량 분광분석을 사용한 트랜스포사제 접근 염색질 분석과 같은 게놈 조직, 유전자 발현 및 단백질 제품을 조사하는 Omics 기술은 AKI에 의해 시작된 세포 반응에 대한 분자적 통찰력을 극적으로 향상시켰습니다.급성 신장 손상). 가장 최근에, 이러한 접근법의 단일 세포 응용 프로그램은 전례 없는 고해상도로 세포 사건의 연구를 가능하게 했습니다. 이러한 다중 오믹스 접근 방식은 신장 질환을 관장하는 조절 메커니즘에 대한 포괄적인 이해를 약속하며 바이오마커 및 약물 발견을 위한 새로운 길을 열어줍니다. 이 원고는 omics 기술을 적용한 최근 연구 결과를 검토합니다.신장 손상의 이해와 치료를 향상시키기 위해 다중 오믹 접근 방식의 향후 적용을 수리하고 고려합니다.신장 손상그리고신장병.
그림 1:AKI 및 프로세스 개요.
근위 세뇨관 세포는 허혈에 매우 취약하며, 이는 세포자멸사 및 조절된(pyroptosis, ferroptosis, necroptosis) 뿐만 아니라 조절되지 않은 괴사와 죽은 세포와 살아있는 세포 모두의 세뇨관 내강으로의 탈피를 통해 세포 사멸을 유발할 수 있습니다. 살아남은 근위 세뇨관 세포(PTC)는 신장 구조와 기능을 회복하기 위해 역분화 및 증식할 수 있습니다. 그러나 부적응 수리는 또한 만성 신장 질환(CKD)으로의 질병 진행으로 이어질 수 있습니다. 이 과정은 혈관 희박화, 근섬유아세포로의 혈관주위세포 분화, 강화된 섬유성 세포외 기질(ECM) 침착, 세뇨관 손실 및 만성 염증을 특징으로 합니다. 노화 관련 분비 표현형(SASP)을 특징으로 하는 Nfkb1과 수리 실패 PTC는 AKI에서 중요한 역할을 할 가능성이 있습니다 (급성 신장 손상)-CKD로의 전환.
유전체학
게놈 연구는 후보 유전자의 가설 기반 표적 시퀀싱 또는 가설이 없는 전체 게놈 시퀀싱을 통해 질병의 유전적 기초를 식별하는 것을 목표로 합니다. 여기에서는 편견 없는 접근 방식을 사용하여 전체 게놈에 걸쳐 서열 변이를 질병 특성과 같은 표현형 특징에 매핑하고 기계론적 연구를 위한 후보 유전자 식별을 허용하는 GWAS(게놈 전체 연관 연구)에 중점을 둘 것입니다(그림 2). 다른 질병 특성과 비교하여 AKI의 유전적 배경을 조사하는 GWAS의 사용 가능한 수(급성 신장 손상)는 드물다. 이것은 부분적으로 AKI의 복잡하고 이질적인 특성 때문입니다(급성 신장 손상) 질병 특성으로. 아키(급성 신장 손상)는 허혈, 패혈증, 신독성 약물, 폐쇄성 신증과 같은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 현재 증거는 AKI(급성 신장 손상)에는 원인별 구성요소가 있지만[13,14], AKI(급성 신장 손상) — 혈청 크레아티닌 및 소변 생산량의 변화 — 다른 AKI를 설명하지 않습니다(급성 신장 손상) 원인.
GWAS(genome-wide association study)를 위한 단순화된 작업 흐름이 설명되어 있습니다(왼쪽 상단). 유전적 변이체와 특정 형질 간의 연관성을 연구하기 위해 단일 염기 다형성(SNP) 어레이를 사용한 전체 게놈 시퀀싱 또는 유전형 분석이 모집단에서 수행되고 통계적 연관성 테스트를 사용하여 관심 형질과 관련된 SNP를 식별합니다. 단일 세포 RNA 시퀀싱(오른쪽 상단)의 경우 단일 세포 현탁액이 준비되고 단일 세포가 분리되며 세포(또는 핵)의 mRNA 분자는 이후에 cDNA로 변환하기 위해 비드에 캡처됩니다. cDNA가 증폭되고 염기서열은 NGS(차세대 염기서열분석) 및 염기서열 매핑에 의해 결정됩니다. 후성유전체 분석(오른쪽 하단)의 경우, ATAC(transposase-accessible chromatin)에 대한 분석에 이어 NGS 및 서열 매핑이 수행되어 게놈 전체의 염색질 접근성을 시각화합니다. Hyperactive Tn5 transposase(Tn5)는 열린 염색질 부위를 특이적으로 절단하고 동시에 NGS용 시퀀싱 어댑터를 삽입하는 데 사용됩니다. 증가된 염색질 접근성 영역은 ATAC 피크로 표시됩니다. 질량 분석법(왼쪽 하단)에 의한 단백질체학 분석을 위해 단백질을 추출하고 펩티드로 분해하고 이온화합니다. 질량 분석기에서 이온은 가속되고 자기장이 가해지며 질량 대 전하 비율이 측정되어 단백질 식별 및 정량화가 가능합니다.
현재까지 두 개의 더 큰 GWAS가 AKI의 유전적 배경을 조사했습니다(급성 신장 손상). 첫 번째 연구에서는 GRM7 LMCD{1}}AS1 및 BBS9 유전자좌에서 단일 핵 다형성(SNP)과 관상동맥 우회로 이식 수술 관련 AKI(급성 신장 손상) 873명의 환자 발견 코호트와 복제 코호트 [15]. 두 번째 개별 코호트의 두 번째 환자를 결합하여 1429명의 중환자 발견 인구를 형성하고 4개의 AKI(급성 신장 손상) 관련 SNP는 인터페론 조절 인자 2(IRF2) 또는 전사 인자 T-박스 1(TBX1)[16]에 매우 가깝습니다. 흥미롭게도 IRF2는 pyroptosis와 관련이 있으며 면역계에서 조절 역할을 하며[17,18] TBX1은 세포 운명과 세포 상태 조절에서 중요한 역할을 하는 전사 인자 그룹인 T box 유전자 패밀리의 일부입니다[19 ]. 그러나 AKI(급성 신장 손상) 그리고 이러한 유전자좌는 확인된 SNP에 대해 특별히 유전형이 지정된 중환자의 전향적 코호트에서 재현될 수 없었습니다[20]. 이것은 미래의 AKI(급성 신장 손상) GWAS 및 AKI(급성 신장 손상).
또한 eQTL(expressionquantitative trait loci) 분석은 GWAS에서 얻은 통찰력을 질병 메커니즘으로 번역하는 데 도움이 될 것입니다. OTL 분석은 조직에서 유전자 발현 변이의 일부를 설명하고 비암호화 게놈의 SNP를 표적 유전자 발현에 연결하는 데 사용할 수 있는 유전자좌를 식별하는 것을 목표로 합니다. 예를 들어, GWAS, eOTL 및 기능 실험을 결합한 통합 접근 방식은 CKD의 발병기전에 관련된 유전자의 식별로 이어졌습니다[21-23].
그림 2:선택된 omics 기술의 개략도.
전사체학
손상된 신장 내 세포의 전사체를 연구하기 위한 새로운 확장 가능한 기술의 출현은 AKI에 대한 세포 반응에 대한 이해에 혁명을 일으켰습니다.급성 신장 손상), 새로운 세포 상태를 밝히고 복구하는 신장의 역동적으로 변화하는 전사 환경을 강조합니다. AKI 후 1년 동안의 신장 벌크 mRNA 시퀀싱(급성 신장 손상)은 세뇨관 손상, 증식, 복구, 섬유증 및 면역과 관련된 일시적인 유전자 발현 변화를 입증했습니다 [24]. 이 마우스 AKI(급성 신장 손상) 바이오뱅크 데이터는 염증 관련 유전자가 AKI 후 1년 동안 여전히 상향조절되었음을 보여주었다(급성 신장 손상), 만성 염증이 CKD로의 질병 진행의 추진 요인임을 시사합니다. 일상적인 신장 이식 생검의 대량 mRNA 시퀀싱을 통해 이식 중 허혈/재관류 손상(IRI)에 의해 유발된 인간 신장 이식의 장단기 전사 변화를 프로파일링할 수 있습니다[25]. 모든 신장 생검은 재관류 후 첫 몇 시간 동안 수행되었으며, 대부분이 전사 조절 인자를 암호화하는 즉시-초기 반응 유전자의 활성화를 특징으로 하는 유사한 전사 프로파일을 보여주었습니다.
그러나 이식 후 3개월과 12개월에 CKD로의 회복 또는 진행과 관련된 두 가지 다른 궤적이 기술될 수 있습니다. CKD 유사 궤적은 AKI의 마우스 모델에서 관찰된 바와 같이 미토콘드리아 생합성과 관련된 유전자 발현의 하향 조절 및 염증 및 섬유증 관련 유전자의 상향 조절을 보여주었다.급성 신장 손상) [24,25]. 마우스 및 인간 연구 모두 AKI의 장기간 결과에서 T 세포 및 B 세포 활성 및 3차 림프 조직 중심의 출현에 대한 중요한 역할을 시사합니다.급성 신장 손상) [25,26]. 마우스 AKI 분석(급성 신장 손상) 바이오 뱅크 및 인간 신장 이식 데이터 세트는 AKI 후 1년 동안 지속적인 면역 반응을 통해 질병 진행을 촉진하는 자가 항원 주도 B 세포 활동을 주장합니다. (급성 신장 손상) [27].
대량 mRNA 시퀀싱이 AKI에서 매우 유익한 것으로 입증되었지만(급성 신장 손상) 연구에 따르면, 세포 유형별 반응은 이 기술로 구별되지 않습니다. 고유한 세포 유형에 레이블을 지정하는 유전적 접근 방식은 더 높은 정확도와 통찰력을 추가합니다. 예를 들어, 번역 리보솜 친화성 정제(TRAP)는 활성 번역을 진행 중인 개별 세포 유형에서 특정 mRNA 하위 집합을 식별하기 위해 L10a 리보솜 소단위의 eGFP 태깅을 사용합니다[28]. AKI의 첫 번째 TRAP 연구(급성 신장 손상) 연구는 특히 네프론, 기질, 혈관 또는 면역 세포 유형 내에서 eGFP-L10a 카세트의 CRE 재조합 효소 매개 활성화의 유전 모델을 사용했으며 AKI 후 각 세포 구획에 연결된 뚜렷한 전사 변화를 보여주었습니다.급성 신장 손상) [29]. 신세뇨관 기능과 관련된 많은 유전자는 AKI 후 24시간 동안 하향조절되었다.급성 신장 손상). 대조적으로, 항-세포자멸 경로 활성, 세포 증식 및 세포 이동에 관여하는 유전자는 현저하게 상향조절되었다. 손상 마커 Kim{1}}(Hazel에 의해 인코딩됨)에 의해 강조 표시된 근위 세뇨관 세포의 TRAP 분석에 따르면 대부분의 Kim{2}}양성 세포는 AKI 후 2주에 성공적으로 복구되었습니다(급성 신장 손상), 15%가 Kim{1}} 및 손상 마커 Sox9[10]의 발현을 유지했지만 지속적으로 손상된 세포 상태를 강조합니다[30]. 클론 분석은 Kim{5}} 양성 클론의 확장이 손상된 근위 세뇨관을 다시 채우는 것으로 나타났으며, 이는 특정 줄기/전구 세포 집단을 통하지 않고 근위 세뇨관 세포의 역분화를 통한 복구 모델을 지원합니다[30]. FoxMI 전사는 Kim{7}}양성 근위 세뇨관 세포에서 고도로 상향 조절되었으며 상피 성장 인자 수용체 의존적 방식으로 zitro에서 근위 세뇨관 증식을 유도하는 것으로 나타났습니다[30]. 전체 세포 mRNA 시퀀싱 프로파일(scRNA-seq) 또는 핵-국소 mRNA 전사체(snRNA-seq)를 검사하는 고처리량 단일 세포 mRNA 시퀀싱 접근법은 AKI를 극적으로 향상시켰습니다.급성 신장 손상) 연구. 이러한 접근 방식은 강력한 컴퓨터 접근 방식과 결합될 때 세포 수준에서 유전자 발현에 대한 깊은 분자적 통찰력을 제공하여 기관 전체에 걸쳐 다양한 세포 유형 및 세포 상태를 식별합니다[31,32]. scRNA-seq는 고유한 분자 태그로 표지되고 용해되는 단일 세포 또는 단일 핵의 현탁액에서 시작합니다(그림 2). mRNA는 이후에 역전사되고, 증폭되고, 시퀀싱됩니다. 편측성 요관 폐쇄(UUO)를 받은 신장에 대한 snRNA-seq 연구는 UUO 후 14일에 2개의 새로운 근위 세뇨관 세포 클러스터를 확인했으며, 그 중 하나는 강력한 증식 신호를 갖고 다른 하나는 다음과 같은 염증 및 세포 운동과 관련된 유전자를 발현했습니다. Ccl2, II34, Cxcl 및 Dock10 [33].
유사한 세포 집단이 IRI 후 손상된 신장을 프로파일링하는 snRNA-seq 연구에서 분명합니다[34]. IRI 후 첫 몇 시간 동안에는 정상 근위 세뇨관 유전자 발현이 하향 조절되고 즉각적인 초기 유전자와 알려진 손상 마커 HuverI 및 Krt20을 포함하는 현저한 전사 반응이 있습니다[24,25,34]. IRI 후 2일까지, 근위 세뇨관 세포의 많은 부분이 증식 프로파일을 나타내거나 분화된 근위 세뇨관 세포에 대한 t 전사 서명 특성을 회복했습니다. 그러나, 대부분의 세포에서 Vcaml의 발현과 하위 집합에서 Cal2의 동시발현을 특징으로 하는 염증유발, 전섬유화 세포의 작은 집단은 전사 인자의 NF-KB 패밀리의 활성을 예측했습니다. AKI 후 2주 동안 증식하는 근위 세뇨관 세포는 감소했지만(급성 신장 손상), 전염증성, 전섬유성 근위 세뇨관 세포가 증가하여 실패한 세뇨관 복구와 관찰된 전-염증성, 전섬유화 세포 집단 사이의 연관성을 시사합니다(그림 1). 흥미롭게도, 대량 RNA 시퀀싱 연구의 디콘볼루션 분석은 신장이 정상적으로 노화되고 이식 후에 유사한 개체수가 증가함을 시사했습니다.
앞서 언급한 연구[34]와 일치하게, 가벼운 AKI 후 4주 동안 손상된 근위 세뇨관 세포에 유전적으로 선택적 초점급성 신장 손상), Krt20-T2A-CRE-ERT2 마우스를 사용하여 손상된 근위 세뇨관 세포에 라벨을 지정하고 정제한 결과 유사한 손상된 세포 표현형이 나타났습니다. 예: Cal2, Vcam1, Cxcll, /34) 및 profibrotic(예:Pdgfb, ColAal) 전사 서명, NF-KB, TNF 및 AP{10}} 신호전달의 현저한 활성화가 있습니다[35]. 이러한 손상된 근위 세뇨관 세포는 다른 손상된 기관에서 확인된 노화 관련 분비 표현형(SASP)의 특징을 공유했습니다(그림 1)[35,36]. 이전 AKI(급성 신장 손상) 연구[12]에 따르면 이 집단에서 유의미한 G2/M 세포 주기 정지가 관찰되지 않았습니다. 순환 세포에 대한 추가 운명 매핑 실험은 피질수질 경계에 국한된 VcamI + /Cal2 + 근위 세뇨관 세포의 대부분이 AKI 후 첫 수일에 증식하는 근위 세뇨관 세포로 역추적됨을 보여주었습니다.급성 신장 손상). 그러나, 대뇌 피질 Vuamt 플러스 /Cu2 근위 세뇨관 세포는 조기 복제 관련 근위 세뇨관 복구와 관련이 없는 이차 손상 부위를 나타냈을 가능성이 있습니다.
UIR이 Sox4 및 Cd24a의 손상된 세포에서 상승된 발현을 밝힌 후 1일부터 14일까지 여러 시점에서 scRNA-seq를 수행하는 일방적인 허혈 재관류(UIR)에 대한 손상 반응의 종합 지도 [37]. 새로운 세포 집단, '혼합 동일성 세포'는 또한 근위 세뇨관(S134a7), 두꺼운 오름차순(Umod) 또는 집합관(Agp2) 마커의 동시발현을 나타내는 것으로 보고되었습니다. 마우스 엽산 신병증 및 UUO 모델의 scRNA-seq 데이터는 손상된 근위 세뇨관 세포에서 용질 운반체와 같은 분화 마커의 발현 감소가 지방산 산화와 같은 대사 과정에 관련된 유전자의 하향 조절과 관련이 있음을 보여주었습니다[38]. 핵 수용체 Esrra는 대사 및 근위 세뇨관 특이적 유전자의 발현을 직접 조절하기 때문에 근위 세뇨관 분화와 대사 사이의 중요한 연결 고리로 확인되었습니다. 이 scRNA-seq 연구와 다른 scRNA-seq 연구는 병든 신장에서 이전에 인식되지 않았던 면역 세포의 다양성을 강조했습니다[38,39].
논의된 모든 전사체 기술의 중요한 한계 중 하나는 공간 정보가 없다는 것입니다. 새로운 전사체 플랫폼은 이제 조직 섹션을 고유하게 바코드화된 프로브에 직접 어닐링 및 고정하고, 조직 섹션을 이미징하고, 제자리에서 역전사를 수행한 후 프로브 릴리스 및 시퀀싱을 수행하여 mRNA 발현을 공간적으로 시각화하는 것을 가능하게 합니다[40]. 시퀀싱된 전사체는 이후에 이미지화된 조직 섹션에 다시 매핑될 수 있습니다. 이 공간 전사체 기술은 근위 세뇨관 분절 S3[41]의 전사적으로 구별되는 두 가지 세포 유형을 외부 수질[42]의 피질과 외부 줄무늬에 특이적으로 국소화할 수 있게 했습니다. 다른 쥐 AKI(급성 신장 손상) 모델, scRNA-seq 데이터를 사용한 개별 공간 전사체 반점의 디콘볼루션은 AKI(급성 신장 손상) 면역 세포 침윤의 모델별 패턴을 확인하고 IRI 후 호중구와 함께 국소화하는 고유한 Af{1}}발현 근위 세뇨관 세포 집단의 식별을 가능하게 했습니다[43]. 이러한 연구는 AKI(급성 신장 손상).
후성유전학
차등 유전자 발현의 세포 유형별 프로그램은 DNA 결합 전사 조절제 및 관련 인자에 대한 반응으로 염색질(예: 히스톤 메틸화 및 아세틸화) 및 DNA(예: CpG 잔기에서 시토신 메틸화)의 후성 유전적 변형에 따라 달라집니다. 축적된 증거는 AKI(급성 신장 손상) 및 신장 복구 [44-46]. 우수한 심층 리뷰[44-47]를 감안할 때 AKI(급성 신장 손상) 연구.
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 >UUO 이후 5%. 흥미롭게도 동일한 아미노산에 대한 서로 다른 표시의 상보적 변화가 보고되었으며, 이는 AKI에 대한 조정된 반응을 시사합니다(급성 신장 손상) [48].
H3K4me{2}}강조된 프로모터는 AKI(급성 신장 손상) 염색질 면역 침전 및 차세대 시퀀싱(ChIP-seq)[49]을 사용합니다. 활성 인핸서 사이트는 AKI(급성 신장 손상). 활성 인핸서 부위의 염색질 변형은 Hnf4a, Gr 및 Stat3과 같은 전사 인자의 결합 변화와 관련이 있습니다. Hnf4a는 근위 세뇨관 세포의 사양 및 분화에 있어 핵심 전사 인자입니다[50]. Hnf4a는 정상에서 활성 인핸서 요소에 결합합니다. AKI에 대한 반응으로 근위 세뇨관 세포 감소(급성 신장 손상) [49]. 이것은 AKI(급성 신장 손상) 손상된 근위 세뇨관 세포의 역분화 유도. Stat3은 NF-KB 및 활성 단백질-1(AP-1)조절 인자[51]가 있는 염증 네트워크의 핵심 전사 조절자입니다. AP-1 경로 활성화는 초기 마우스 AKI에 대한 응답(급성 신장 손상) 및 인간 신장 이식 관련 IRI [24,25]. AKI에 대한 Junb 유전자좌에서의 Stat3 결합(급성 신장 손상) AP{1}} 전사 구성요소[49]의 Stat3 비활성화 역할을 제안합니다. 또한, bromodomain 및 extra-terminal(BET) 의존적 인핸서 활성화의 억제는 AKI 후 회복을 손상시켰습니다. (급성 신장 손상), AKI에서 인핸서 역학의 중요한 역할 강조 (급성 신장 손상)수리[49].
ATAC-seq는 염색질의 개방성을 평가하고 조절 및 전사된 게놈 영역의 활성을 추론하는 데 가장 널리 사용되는 방법이 되었습니다. ATAC-seq 기술은 500개 세포만 사용하는 민감한 벌크 조직 분석에서 단일 핵 분석, 가장 최근에는 동일한 세포에서 염색질 상태 및 유전자 발현의 병렬 분석으로 빠르게 이동했습니다[41,{4}}]. ATAC-seq는 과활성 Tn5 트랜스포사제를 사용하여 열린 염색질에서 절단하고 DNA 어댑터로 절단된 DNA에 태그를 지정하여 라이브러리 구성 및 DNA 시퀀싱을 용이하게 합니다(그림 2). 각 게놈에서 단 두 개의 표적 부위만 주어지면 ATAC 데이터는 희박하며 snATAC 연구는 유사한 snATAC 프로필을 가진 세포를 그룹화하고 독립적으로 생성된 sc 또는 snRNA-seq 데이터 세트와 통합하기 위해 컴퓨터 접근 방식을 활용합니다. 최근 연구에서는 계산적으로 통합된 snATAC-seq 및 snRNA-seq 데이터 세트를 사용하여 건강한 성인 인간 신장 샘플의 세포 이질성을 프로파일링했습니다[55]. 흥미롭게도 이 연구는 HNF4A의 활성 감소와 NF-KB 가족 구성원의 활성 증가를 나타내는 근위 세뇨관 세포를 발현하는 VCAM{12}}소집단을 확인했으며, 이는 부분적으로 마우스 신장에서 확인된 전염증성, 전섬유성 손상 근위 세뇨관 세포와 유사합니다. AKI 후 몇 주(급성 신장 손상) [34,35,55]. 이 세포 집단의 풍부함은 노화된 마우스에서 시간이 지남에 따라 증가했으며 건강한 대조군보다 인간 당뇨병 신장에서 더 높았다. 따라서 일부 세포 반응은 다양한 신장 질환과 종 간에 보존되는 것으로 보입니다. 그러나 이 세포 집단이 신장 기능의 노화와 관련된 손실에 어느 정도 기여하고신장병진행은 추가 조사가 필요합니다.
동일한 핵에서 snRNA-seq 및 snATAC-seq를 공동 분석함으로써 세포 유형 검출 및 조절 예측이 향상됩니다[41]. 이 기술은 최근 건강한 인간의 신장 조직과 AKI를 특성화하는 데 사용되었습니다(급성 신장 손상) 및 CKD 생검은 정상 신장에서 새로운 세포 다양성을 나타내고 마우스 및 인간 AKI에서 유사한 손상 상태를 강조합니다. (급성 신장 손상), 뿐만 아니라 Proml 및 Dcd2의 발현을 특징으로 하는 변경된 두꺼운 상행 사지 세포 상태. 또한, 공간 전사체학은 근섬유아세포와 CKD 샘플의 면역 세포를 근위 세뇨관 손상 부위에 국한시켰습니다[56].
단백질체학 및 대사체학
겔 전기영동 및 질량 분석을 사용하여 혈장, 소변 및 신장 조직의 단백질 및 대사 산물에 대한 연구는 전사체 및 후성유전체 도구를 보완합니다. 질량 분석은 복잡한 조직 내의 거대 분자(예: 단백질) 및 세포 대사 산물을 식별하고 정량화하여 이온화되고 자기장 또는 전기장에 노출될 때 분자의 분자적으로 뚜렷한 질량 전하 특성을 측정할 수 있습니다(그림 2)[57]. 많은 proteomics 연구는 AKI에 대한 바이오마커의 식별에 관한 것이었습니다(급성 신장 손상)(다른 곳에서 종합적으로 검토[57-59]). 예를 들어, 비뇨기 조직 억제제 금속단백분해효소-2(TIMP2) 및 IGF 결합 단백질-7(IGFBP7) 수치는 AKI가 있는 중환자의 사망 및 신부전을 예측하는 것으로 나타났습니다(급성 신장 손상) [60]. AKI 고위험군 환자를 위한 KDIGO(Kidney Disease Improving Global Outcomes) 가이드라인에 따른 지지 요법으로 TIMP2 및 IGFBP7 양성 환자 치료(급성 신장 손상) 감소된 AKI(급성 신장 손상) 심장 수술 후 첫 72시간 이내에 발생하지만 사망률과 신대체 요법의 필요성에는 영향을 미치지 않습니다[61]. 이러한 결과와 다른 바이오마커 연구 결과는 고무적입니다. 그러나 AKI에 대한 이상적인 바이오마커 또는 가능성이 더 높은 바이오마커 패널 (급성 신장 손상)위험 평가, 표적화된 AKI (급성 신장 손상)예방, 예측 진단 및 일상적인 임상 실습에서의 치료 지침까지 아직 확인되지 않았습니다.
효과적인 AKI를 위한 드라이브 외에(급성 신장 손상) 바이오마커, 단백질체학은 AKI를 조사하는 데 사용할 수도 있습니다(급성 신장 손상) 병태생리학 [62]. 시스플라틴 유발 AKI의 전임상 연구 (급성 신장 손상)손상된 신장에서 전사체와 프로테옴 사이의 약한 상관관계가 밝혀졌습니다[63]. 이 연구는 두 접근 방식 사이의 불일치가 예를 들어 보체 시스템과 같은 세포 외 구획의 단백질 변화에 의해 유발되었다고 제안했습니다[63]. 흥미롭게도, RNA와 단백질 발현 사이의 해리 정도는 혈청 크레아티닌 및 혈액 요소 질소 수준에 의해 표시되는 손상 중증도와 강한 상관관계가 있었습니다[63]. 이것은 AKI에서 전사 후 변화의 관련성을 강조합니다. (급성 신장 손상)응답.
최근에, 10에서 100개의 레이저 캡처 미세 해부된 신장 세포에서 정량적 단백질체 측정을 가능하게 하는 단세포 단백질체학 프로파일링이 건강한 신장의 사구체 및 근위 세뇨관 구획에 특이적인 단백질을 식별하는 데 사용되었습니다. . 가장 풍부한 구획 특이적 단백질 중 일부는 각각 scRNA-seq 데이터 세트의 족세포 및 근위 세뇨관 클러스터에서 해당 유전자의 발현과 잘 상관되었습니다. 또한, 질량 세포 계측법(IMC)을 이미징하여 단일 조직 섹션에서 40개 이상의 단백질 마커를 동시에 검출할 수 있으므로 공간적 맥락에서 프로테옴의 연구를 가능하게 합니다[65]. 건강한 인간 신장의 IMC는 예상치 못한 세포 이질성을 나타내었고 잠재적으로 손상된(Vim plus )근위 세뇨관(Lrp2 plus /Aqp1)을 반영하는 드문 메갈린/아쿠아포린-1/비멘틴(Lrp2/Aqp1/Vim) 양성 세포 유형을 확인했습니다. 플러스 ) 셀 상태 [65]. 이러한 기술을 AKI에 적용(급성 신장 손상) 연구는 부상 및 수리의 proteomic 환경에 대한 중요한 통찰력을 제공할 것입니다.
신장 대사체(1500 Da보다 작은 분자[62])에 대한 연구는 AKI에 대한 이해를 더욱 발전시켰습니다(급성 신장 손상) 병리생리학.
대사체
액체 크로마토그래피-질량 분석법을 사용하여 손상된 신장 조직의 프로파일링을 통해 de neo nicotinamide adenine dinucleotide(NAD plus) 합성이 AKI(급성 신장 손상) [66]. AKI에서 미토콘드리아 생합성 조절인자 PGCla의 하향조절(급성 신장 손상)는 국소 NAD + 고갈을 초래한 반면, PGC1 과발현은 신장 NAD + 수준을 증가시키고 AKI를 감소시켰습니다(급성 신장 손상) [66]. 편견 없는 소변 검사는 또한 IRI[67] 후에 생쥐의 소변에서 NAD와 전구체 퀴놀린의 증가된 수준을 보여주었습니다. 이는 새로운 NAD와 합성[67]의 핵심 효소인 신장 퀴놀린 포스포리보실트랜스퍼라제(QPRT)의 감소로 인한 것입니다. 감소된 신장 QPRT 수준은 더 높은 AKI와 관련이 있었습니다.(급성 신장 손상) 감수성 [67]. 경구 니코틴아미드 치료 구제 AKI(급성 신장 손상)-유도된 신장 NAD와 생합성 결핍이 생쥐에서 나타났고, 소규모 1상 임상 시험에서 심장 수술을 받는 환자에서 니코틴아미드 치료의 잠재적인 신장 이점이 제안되었습니다[67]. 재관류 전후의 인간 신장 이식 생검에 대한 대사체학 연구는 이식 기능이 지연되지 않은 이식과 비교하여 미래 이식 기능이 지연된 이식의 대사 프로파일이 뚜렷하게 다른 것으로 나타났습니다[68]. 미래의 이식 기능이 지연된 이식은 지속적인 ATP/GTP 이화작용을 특징으로 하며, 이는 AKI의 치료 목표로서 에너지 항상성의 조기 회복을 시사합니다.급성 신장 손상) 예방 [68]. 질량 분석 영상(MSI)은 대사 산물, 단백질 또는 지질의 공간적 분포를 세포 및 세포 내 해상도로 시각화하는 데 사용되는 강력한 기술입니다[69]. 손상된 신장에 대한 MSI 분석은 손상 후 2시간 내에 경증 허혈과 중증 허혈을 구별하기 위해 지질학이 ch coll .x7rr을 사용하는 것으로 나타났습니다[70,71].
결론 및 관점
사용 가능한 omics 기술은 AKI(급성 신장 손상) 및 수리. 다른 omics 데이터 세트의 통합 또는 동시 수집은 AKI에 대한 통찰력을 더욱 향상시킵니다(급성 신장 손상), 그리고 직교 접근법의 확증적인 발견은 확인된 메커니즘에 추가적인 확신을 줄 것입니다. NIDDK가 신장 정밀 의학 프로젝트 및 신장 재건 프로그램을 포함한 여러 대규모 컨소시엄에 투자함으로써 새로운 통찰력, 도구 및 정보 자원이 축적되고 있습니다. 이 '빅 데이터' 시대의 가장 큰 과제는 매우 복잡한 데이터 세트에서 생물학적 관련 메커니즘을 추론하여 사용자 친화적인 보기 및 데이터 분석 플랫폼을 통해 이러한 데이터에 대한 액세스를 민주화하고 궁극적으로 증가하는 병태생리학적 통찰력을 진단 및 환자 관리 및 AKI를 개선하는 치료 전략(급성 신장 손상) 결과.
경쟁적 이해관계 선언
저자는 잠재적 경쟁 이익으로 간주될 수 있는 다음과 같은 재정적 이익/개인 관계를 선언합니다. APM은 Novartis, eGenesis, Aviva 및 Trestle Biotherapeutics의 인간 질병에 대한 신장 관련 접근 방식에 대한 과학적 고문입니다.
감사의 말
공간의 제약으로 인해 작업에 대해 논의하지 못하신 모든 연구자 분들께 사과드립니다. 원고를 비판적으로 읽어주신 Dr. Pietro E.Cippà에게 감사드립니다. LMS Gerhardt는 박사후 과정 장학금(GE 3179/1-1)으로 독일 독일 연구 재단(DFG)의 지원을 받았습니다. AP McMahon의 연구실에서의 작업은 미국 NIDDK(DK126024,54364,126925)와 미국 ChanZuckerberg Initiative(CZIF2019-002430)의 보조금으로 지원됩니다.
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