Липидомика: новый взгляд на заболевание почек

Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com

Ин-Юн Чжао, Носратола Д. Вазири, Руи-Чао Линь

Абстрактный

Из-за заболеваемости сахарным диабетом типа -2 и гипертонией, хроническимпочкаБолезнь (ХБП) стала серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире. ХБП приводит к преждевременной смерти от ускоренного развития сердечно-сосудистых заболеваний и различных других осложнений. Раннее выявление, тщательный мониторинг функции почек и ответ на терапевтическое вмешательство имеют решающее значение для предотвращения прогрессирования ХБП и ее осложнений. К сожалению, традиционные биомаркеры почечной функции недостаточно чувствительны или специфичны для выявления ранних стадий заболевания, когда терапевтическое вмешательство наиболее эффективно. Поэтому более чувствительные биомаркерыпочкаболезньнеобходимы для ранней диагностики, наблюдения и эффективного лечения. ХБП приводит к глубоким изменениям липидного и липопротеинового обмена, что, в свою очередь, способствует прогрессированию ХБП и ее сердечно-сосудистым осложнениям. Липиды и производные от липидов метаболиты играют разнообразные и критически важные роли в структуре и функциях клеток, тканей и биологических жидкостей. Липидомика — это раздел метаболомики, который охватывает глобальное изучение липидов и их биологической функции в норме и при заболеваниях, включая идентификацию биомаркеров для диагностики, прогнозирования, профилактики и терапевтического ответа при различных заболеваниях. В этом обзоре обобщены последние достижения в области липидомики и ее применения в различныхпочкаболезнивключая хронический гломерулонефрит, IgA-нефропатию, хроническую почечную недостаточность, почечно-клеточный рак, диабетическую нефропатию и острую почечную недостаточность в клинических и экспериментальных исследованиях. Рассмотрены аналитические технологии, анализ данных, а также известные на сегодняшний день метаболические биомаркеры заболеваний почек. Обсуждаются будущие перспективы и потенциальные ограничения липидомики.

Цистанхе пустынная предотвращаетпочкаболезнь, нажмите здесь, чтобы получить образец

1. ВВЕДЕНИЕ

Из-за заболеваемости сахарным диабетом типа -2 и гипертонией, хроническимпочкаболезнь(ХБП) стала серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире. ХБП приводит к инвалидности и преждевременной смерти от ускоренного развития сердечно-сосудистых заболеваний и сопутствующих им осложнений [1]. К многочисленным патологическим состояниям относятся генетические, метаболические, токсические, иммунологические, инфекционные, гемодинамические, механические и другие нарушения, приводящие к развитию и прогрессированиюпочкаболезнь. Раннее выявление, тщательный мониторинг функции почек и реакция на терапевтическое вмешательство имеют решающее значение для своевременной диагностики и предотвращения прогрессирования ХБП и ее осложнений. К сожалению, традиционные маркеры функции почек недостаточно чувствительны или специфичны для выявления ХБП и ее сердечно-сосудистых и других осложнений на ранней стадии, когда терапевтическое вмешательство наиболее эффективно. Например, на наиболее часто используемые биомаркеры, т. е. креатинин сыворотки, мочевину и клиренс креатинина, сильно влияют факторы, не зависящие от собственной функции и структуры почек. В этом контексте мышечная масса значительно влияет на креатинин, потребление белка и баланс жидкости модулируют мочевину, а использование ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента или блокаторов рецепторов ангиотензина, а также потребление белка с пищей влияет на клиренс креатинина. Поэтому необходимо разработать чувствительные и специфические биомаркеры для раннего выявления заболевания почек и мониторинга его прогрессирования и реакции на терапевтическое вмешательство. Понимание динамических различий в генетической, белковой и метаболитной регуляции, взаимодействии и функции при заболеваниях почек может выявить новые диагностические и прогностические биомаркеры и терапевтические мишени [2-4].

ХБП приводит к глубоким изменениям липидного и липопротеинового обмена [5–7]. Сопутствующие липидные нарушения, в свою очередь, способствуют прогрессированию ХБП и ее сердечно-сосудистым и другим осложнениям [8–10]. Липидомика, глобальное исследование липидов в клетках, тканях и биологических жидкостях, включает анализ видов липидов и их количества для выяснения биологической функции, внутриклеточной локализации и распределения в тканях. Липиды с малой молекулярной массой, такие как жирные кислоты, глицеролипиды, глицерофосфолипиды (ГФ) и сфинголипиды, выполняют разнообразные и сложные функции в норме и при патологии. Они играют важную роль в регуляции нормальногопочкафункции и патогенезапочкаболезнь. Предыдущие исследования показали значительное увеличение экспрессии клубочковой циклооксигеназы-1 или -2 в стационарных и животных моделях гломерулонефрита [11–13] и усиление экспрессии клубочковой циклооксигеназы-2 в стационарных и животных моделях волчанки. нефрит [13,14]. Было показано, что ингибирование циклооксигеназы улучшает течение пассивного нефрита Геймана и волчаночного нефрита у экспериментальных животных [14–16]. Лейкотриены, связанные с воспалительным повреждением клубочков, и продукт липоксигеназы (12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота), опосредованные ангиотензином II и трансформирующим фактором роста,- -индуцируют мезангиальную экспансию при диабетической нефропатии (ДН) [17]. 20-Гидроксиэйкозатетраеновая и эпоксиэйкозатриеновая кислоты были вовлечены в несколько форм повреждения почек, включая повреждение почек при метаболическом синдроме [18–20], и было показано, что церамиды играют роль в патогенезе острого повреждения почек. В совокупности появляется все больше доказательств, подтверждающих роль липидов и метаболитов, полученных из липидов, в патогенезе заболевания почек. Таким образом, анализ ключевых липидных медиаторов стал важным инструментом диагностики, прогноза и лечения заболеваний почек.

В этой статье рассматриваются последние достижения в использовании липидомики для выяснения патогенеза и потенциальныхлечениепочкаболезнь.

2. БОЛЕЗНЬ ПОЧЕК

Системная биология позволяет своевременно анализировать регуляторные и биологические сети клеточного метаболизма [21–23]. Всесторонняя характеристика почечных заболеваний может предоставить важную и интегративную информацию для лучшей характеристики молекулярных взаимосвязей, лежащих в основе этой патофизиологии, с целью разработки более надежных и специфических маркеров для диагностики, прогноза, профилактики и терапевтического ответа [2,24]. Развитие системной биологии и разработка новых экспериментальных и вычислительных инструментов позволили связать регуляторные механизмы ген-клетка-орган на нескольких уровнях, чтобы интегрировать молекулярную и клеточную биологию.почкаструктура и функция [25–29]. Липиды играют разнообразные и важные роли в биологических системах, включая структуру двухслойной мембраны, накопление энергии, передачу сигналов, а также обеспечивают функциональную поддержку мембранных белков и их взаимодействий [30]. Например, арахидоновая кислота является предшественником эйкозаноидов, которые действуют как сигнальные молекулы через специфические рецепторы, приводящие к воспалительным процессам [31]. Триацилглицериды служат хранилищем клеточной энергии и играют важную роль в метаболизме и заболеваниях [32]. Некоторые виды липидов, т. е. лизофосфатидилхолины (LPC), глицерофосфоэтаноламины (PE), фосфатидилхолины (PC) и глицерофосфоинозиты (PI), по-видимому, являются потенциальнымипочкамаркеры заболевания [33]. Здесь мы предоставляем обзор липидомного подхода впочкаболезнь.

польза цистанхе: лечение заболеваний почек

3. ЛИПИДЫ И ЛИПИДОМИКА

3.1. Определение, классификация и биологическая функция липидов

Липиды, основные компоненты биологических мембран, представляют собой структурно и функционально разнообразный класс молекул. В зависимости от биосинтеза и химической структуры липиды делятся на гидрофобные и амфифильные. Амфифильные липиды существуют в везикулах, мембранах или липосомах в водной среде. Биологические липиды образуют два различных типа биохимических субъединиц: изопреновые и кетоацильные группы [34]. На основании этого определения липиды можно разделить на восемь категорий: жирные кислоты, глицеролипиды, сфинголипиды, ГП, сахаролипиды, стероловые липиды, преноловые липиды и поликетиды (рис. 1) [34]. Жирные кислоты и глицеролипиды имеют относительно простую структуру. Жирные кислоты являются одним из наиболее важных классов липидов и основными компонентами всех липидов. Жирные кислоты имеют насыщенные или ненасыщенные прямые углеродные цепи длиной от 4 до 24 атомов углерода и 0–6 двойных связей. Жирные кислоты являются предшественниками различных биоактивных липидов. К эйкозаноидам относятся лейкотриены, простагландины и тромбоксаны, играющие важную роль в развитии воспалительных процессов [35]. Глицеролипиды состоят из моно-, ди- и тризамещенных глицеринов, различающихся содержанием жирных кислот, этерифицированных гидроксильными группами глицеринового остова [36]. Различные исследования показали, что измененный синтез и катаболизм триглицеридов играют важную роль в возникновении и развитии многих заболеваний [37,38]. Стериновые липиды, в том числе холестерин и их производные, состоящие из слитых четырехкольцевых ядер, являются важными компонентами мембранных липидов. Стериновые липиды играют различные биологические роли, такие как регулирующая функция передачи сигналов клетками и модуляция клеточной жидкости [39].

GP, также известные как фосфолипиды, широко распространены в природе, являются важными компонентами липидных бислоев и участвуют в клеточной передаче сигналов и метаболизме. Основываясь на природе полярной головной группы в положении sn-3 глицеринового остова у эукариот и эубактерий или в положении sn-1 в случае архебактерий [40], GP можно подразделить на отдельные классы, включая глицерофосфохолины, глицерофосфатидные кислоты, глицерофосфоглицеролы (PG), глицерофосфосерины (PS), PE и PI. Мозговая ткань содержит относительно много G, и изменения их состава связаны с неврологическими расстройствами [41]. Некоторые GP, такие как LPC, PC, PE и PI, были идентифицированы как потенциальные биомаркеры рака, почек и сердечно-сосудистых заболеваний [33,42,43]. Сфинголипиды состоят из сложного семейства соединений, состоящих из основной цепи из 1,3- дигидроксила, 2-аминоалкана или алкена (сфингоидное основание). Сфингомиелин (СМ) и сфингозин представляют собой два важных сфинголипида, состоящие из фосфорилхолиновой головной группы и жирной кислоты, связанных с 1-гидроксильной группой и 2-аминогруппой сфингоидной цепи соответственно. Более ранние исследования показали, что церамиды, которые относятся к N-ацилпроизводным сфингозина, связаны с ХБП [44].

3.2.Липидомика

Несмотря на то, что он является частью метаболома, его сложность видов липидов, их различные химические свойства и важная биологическая активность сделали липидом центром значительных исследований. Метаболомика определяется как «количественное измерение динамического многопараметрического метаболического ответа живых систем на патофизиологические стимулы или генетические модификации» [45,46]. Метаболомика представляет собой нецелевой количественный анализ биожидкостей и тканей на низкомолекулярные эндогенные метаболиты. Липидомика как направление метаболомики впервые была представлена ​​Ханом и Гроссом в 2003 г. [47]. Липидомика была определена как «полная характеристика молекулярных видов липидов и их биологической роли в экспрессии белков, участвующих в липидном метаболизме и функционировании, включая регуляцию генов» [48]. Липидомика представляет собой переход от индивидуального исследования липидов к изучению глобальных метаболитов липидов в системно-интегрированном контексте, чтобы более полно понять их роль в патофизиологических процессах. За последние 10 лет липидомика стала новой областью системной биологии и вызвала повышенный интерес к диагностике заболеваний и открытию биомаркеров (ожирение, диабет, сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера, рак поджелудочной железы и т. исследования пищевых продуктов и питания [49–55]. Этот мощный подход может выявить уникальные метаболические характеристики нормальных, патологических или специфических для лечения событий. В последнее время увеличилось количество липидомных исследований и обзоров, опубликованных с использованием масс-спектрометрии (МС), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и других спектроскопических методов [56–61]. Технологии разделения, газовая хроматография (ГХ), жидкостная хроматография (ЖХ), сверхкритическая флюидная хроматография и капиллярный электрофорез имеют решающее значение для липидомного исследования сложных образцов [62]. Для получения информации о структурных молекулярных ионах сначала используется MS с низкой энергией столкновения, за которой следуют условия MS2 с более высокой энергией столкновения для получения ионов-фрагментов. Обычно ион-предшественник выбирают, а фрагментацию контролируют с помощью тандемной масс-спектрометрии (МС/МС). Этот подход обеспечивает более полную структурную информацию и обнаружение отдельных видов липидов в сложных биологических образцах. Кроме того, МС/МС все чаще используется для разработки количественных методов целевой липидомики [63]. Этот подход, однако, требует информации, основанной на предыдущем полном сканировании MS. В 2005 г. Врона и др. [64]. представил метод MSE, в котором две функции сканирования одновременно используются для сбора данных. MSE обеспечивал параллельное чередующееся сканирование для получения информации о ионах-предшественниках (MS) с низкой энергией столкновения или с высокой энергией столкновения для фрагментов точной массы полного сканирования, ионов-предшественников и информации о нейтральных потерях (MSE). Этот подход предоставлял аналогичную информацию для обычного MS2 (MS/MS) в одном аналитическом цикле и структурную информацию, необходимую для идентификации неизвестных биомаркеров в нецелевых анализах [65–70].

польза цистанхе для здоровья

3.3. Аналитические методы липидомики

Традиционные методы анализа липидов обычно включают экстракцию растворителем биологических образцов (кровь, ткани, клетки и организм) с последующим разделением липидов с помощью тонкослойной хроматографии, твердофазной экстракции или нормально-фазовой ЖХ и разделением определенных классов. липидов на отдельные молекулярные виды с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с ультрафиолетовым детектором или испарительным светорассеивающим детектором. Используя эти традиционные методы, можно анализировать отдельные молекулярные виды многих классов липидов [71]. Хотя ГХ использовалась для определения содержания жирных кислот в различных липидах методом метиловых эфиров, этот подход, как правило, занимает много времени и включает гидролиз образцов и дериватизацию. В целом, обычный анализ липидов обычно требует большого количества образца, поскольку многие биологически активные вещества присутствуют в очень малых количествах. Из-за присущей им сложности подготовка проб может включать несколько экстракций, что еще больше снижает чувствительность и разрешение. Кроме того, эти методы трудоемки и часто требуют дериватизации, что ограничивает производительность.

Напротив, прямой анализ образцов может использоваться для липидомики МС [72,73]. Технологии МС с прямой инфузией обладают хорошей воспроизводимостью, точностью и высокой чувствительностью и требуют меньше времени, чем традиционные методы. Как правило, квадрупольно-времяпролетная ионизация электрораспылением (ESI-QTOF) и матрично-активированная лазерная десорбционная ионизация (MALDI) являются наиболее широко используемыми источниками ионов в МС-анализе с прямой инфузией [74,75]. МС с прямой инфузией прост и быстр. Его основным ограничением является подавление ионов, что снижает чувствительность и количественную точность. К сожалению, этот метод не позволяет идентифицировать изобарические и изомерные липиды, масса которых одинакова и часто дают схожие картины фрагментации. Хотя МС с прямой инфузией относительно ограничен в поиске новых и неизвестных соединений в базах данных липидов, в будущем он может быть полезен для скрининга биохимических путей при различных заболеваниях. Были опубликованы всесторонние обзоры ESI/MS с прямой инфузией, ESI-QTOF/MS и MALDI/MS и их применения в липидомике [74,75].

MS обычно сочетается с LC для липидомики, и исследования на основе LC-MS в липидомике были рассмотрены [76]. Как правило, преимуществами метода ЖХ-МС являются хорошая воспроизводимость, точность и высокая чувствительность для идентификации известных или новых липидов. За последнее десятилетие ВЭЖХ-МС широко использовалась как для целевых, так и для нецелевых анализов в метаболомике и липидомике с использованием одиночных квадрупольных, гибридных инструментов и инструментов с высоким разрешением. Для глобального профилирования популярным выбором являются комбинации ультраэффективной жидкостной хроматографии (UPLC) в сочетании с QTOF/MS или TOF/MS с тандемной ионной подвижностью [77–80]. Они обеспечивают быстрый анализ с высоким разрешением MS. В ВЭЖХ используются частицы размером менее -2 мкм, и она работает при повышенном давлении (6000–15 000 фунтов на кв. дюйм), что обеспечивает высокое хроматографическое разрешение по сравнению с обычной ВЭЖХ с частицами размером 5 мкм [81]. Повышенное разрешение является результатом улучшенного соотношения сигнал/шум и узкой ширины пика по сравнению с обычной ВЭЖХ. Этот подход выгоден для метаболического профиля, потому что огромное количество метаболитов может быть обнаружено в физиологических концентрациях. Хотя липиды из различных биологических источников могут быть разделены с помощью UPLC-MS [82], эффекты матрицы оказывают важное влияние на глобальные профили [83]. К сожалению, чувствительность обычно не так высока, как у таргетной липидомики. Кроме того, экспериментальные условия каждого выделенного соединения не могут быть оптимизированы. Обычно тройной квадрупольный МС используется для целенаправленного анализа с помощью УЭЖХ-МС с селективным мониторингом ионов. Целевые липидные методы могут включать стеролы и эйкозаноиды, такие как желчные кислоты и стероиды [84,85]. Методы на основе ГХ подходят для летучих компонентов и не могут использоваться для большинства липидов. Интересно, что ГХ-МС является наиболее широко используемым методом анализа свободных жирных кислот, этерифицированных жирных кислот и стероидов. Свободные жирные кислоты и стероиды требуют дериватизации или силилирования, тогда как этерифицированные жирные кислоты часто анализируют как метиловые эфиры [86]. Сверхкритическая флюидная хроматография — еще один метод с высоким разрешением, который можно использовать для разделения различных липидов. Сверхкритическую флюидную хроматографию MS можно использовать для всестороннего липидного профиля большого количества образцов [87].

МС ионной подвижности (IM-MS) и многомерные методологии считаются новыми методологиями и используются в липидомике [88,89]. Изомеры, конформеры и энантиомеры могут быть быстро разделены с помощью IM-MS и доказали свою полезность при анализе сложных биологических образцов [78]. Развитие визуализирующего МС также сыграло важную роль в развитии визуализирующей спектрометрии ионной подвижности с МС для анализа липидов. Спектрометрию ионной подвижности с МС в сочетании с вычислительным моделированием молекулярной динамики можно использовать для будущей характеристики структуры и стабильности комплексов с включением липидов. Кроме того, всесторонняя многомерная ЖХ-МС является привлекательным новым подходом для всесторонней липидомной характеристики сложных биологических образцов [90].

3.4.Анализ данных липидомики

Липидомика дает огромные данные, и их анализ играет ключевую роль, особенно в нецелевых исследованиях. Таким образом, надежная биоинформатика имеет решающее значение. Перед статистическим анализом требуется предварительная обработка данных, включая обработку сигналов, нормализацию данных и преобразование, чтобы необработанные данные были преобразованы в формат, совместимый со статистическим анализом данных [91,92]. Учитывая большую степень изменчивости липидов, первым шагом неконтролируемого и контролируемого статистического анализа является обработка данных. Это может быть выполнено рядом методов, включая ортогональный частичный дискриминационный анализ наименьших квадратов, анализ основных компонентов (PCA) и частичный дискриминантный анализ наименьших квадратов (PLS-DA). В зависимости от цели конкретного анализа могут использоваться как неконтролируемые, так и контролируемые методы. При неконтролируемом анализе данных неизвестная информация о различных группах используется PCA и иерархическим кластерным анализом. В контролируемом подходе каждый образец или метаболит связан с известными соединениями, и эта предварительная информация затем используется для анализа с помощью регрессии основных компонентов и нейронных сетей [91,92]. Другие методы регрессии, в том числе Elastic Net и оператор наименьшей абсолютной усадки и выбора, также доступны для анализа наборов липидомных данных для установления взаимосвязи между переменными [93].

цистанхе тестостерон: улучшение функции почек

4. ПРИМЕНЕНИЕ ЛИПИДОМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ПОЧЕК

Фосфолипиды представляют собой класс важных клеточных компонентов, которые участвуют в многочисленных биологических процессах и путях, отражающих метаболический статус в норме и при патологии. Липидомика является подходящим инструментом для обнаружения биомаркеров заболеваний в системной биологии [94,95]. Всестороннее понимание его приложений критически важно для липидомики. Многие исследования показали, что метаболические нарушения или аномалии различных липидов приводят к заболеванию почек [96–99]. Используя хроническую почечную недостаточность (ХПН), почечно-клеточный рак (ПКР), хронический гломерулонефрит, IgA-нефропатию и ДН, мы обсуждаем липидомику при заболеваниях почек у людей, животных и клеточных моделей.

4.1. Липидомика при клиническом заболевании почек

4.1.1 Влияние хронической болезни почек и гломерулонефрита

Нарушения липидов часто встречаются при заболеваниях почек [100,101] и способствуют высокой частоте сердечно-сосудистых заболеваний в этой популяции. Профили липидов плазмы и эритроцитов исследовали у пациентов с ХПН, находящихся на гемодиализе в течение 30 мес [102]. Повышение уровня триглицеридов наблюдалось в плазме и мембранах эритроцитов. Повышение содержания пальмитиновых кислот и мононенасыщенных жирных кислот в плазме и снижение содержания полиненасыщенных жирных кислот в плазме также наблюдалось при ХПН. Нарушения липидов стали очевидными через 18 месяцев и стали более выраженными через 30 месяцев. Липидный состав плазмы и мембран эритроцитов не изменился в течение диализного периода. У пациентов с ХПН, находящихся на регулярном гемодиализе, наблюдалось постепенное ухудшение профилей триглицеридов и жирных кислот. В другом исследовании ВЭЖХ-МС использовали для определения профиля фосфолипидов в плазме у пациентов с хроническим гломерулонефритом и ХПН без заместительной почечной терапии [103]. Результаты показали, что первичный хронический гломерулонефрит и ХПН имели аномальные метаболические профили фосфолипидов. Ряд фосфолипидов (n=19) был идентифицирован как потенциальные биомаркеры. Возможный механизм, приводящий к этой аномалии, включал гидролиз фосфатидилинозитола (PI) посредством активации PI-специфичной фосфолипазы C, что приводило к продукции двух вторичных мессенджеров, инозит (1,4,5)-трифосфата (IP3) и диацилглицерола [104]. , которые участвуют в передаче сигнала независимо. IP3 увеличивает цитоплазматический Ca2 plus, стимулируя высвобождение Ca2 plus из саркоплазматического ретикулума [105]. Протеинкиназа С (ПКС) активируется фосфатидилсерином, Са2+ и диацилглицерином. Активация внутриклеточной системы передачи сигнала PKC, в ​​свою очередь, запускает ряд физиологических и физико-химических реакций.

На основании морфологических и генетических особенностей ПКР подразделяют на различные подтипы. Прогноз ПКР варьируется, а метастатический или рецидивирующий ПКР связан с плохим прогнозом и редкой долгосрочной выживаемостью. Десорбционный ESI/MS использовали в режиме визуализации для изучения липидного профиля тонких срезов папиллярного ПКР человека по сравнению с соседними нормальными тканями (11 пар образцов) и светлоклеточного ПКР по сравнению с соседними нормальными тканями (9 пар образцов) [106]. В области опухоли наблюдали повышенное содержание GP и свободных жирных кислот. PLS-DA отличает опухоль от папиллярного и светлоклеточного ПКР и папиллярного от светлоклеточного ПКР. Изменение состава ткани ГП происходит при раке [107] и, по-видимому, неразрывно связано со злокачественной трансформацией [108]. Микро-LC-QTOF/MS использовали для исследования липидов мочи у пациентов с ПКР по сравнению со здоровыми субъектами. Предварительно было идентифицировано 35 видов липидов, включая липидомные изменения в экзосомах мочи [109]. ГП тканей и их ферментативные побочные продукты, по-видимому, связаны со злокачественной трансформацией [110, 111], и в трансформированных клетках наблюдается значительное увеличение PI [112].

4.1.2 Влияние DN

ДН представляет собой серьезную проблему во всем мире. Фосфолипиды и их метаболиты тесно связаны с патогенезом и прогрессированием ДН. У пациентов с ДН была проведена нецелевая липидомика фосфолипидов сыворотки с использованием нормально-фазовой ЖХ-ВП/МС и МС/МС с ионной ловушкой [113]. Сравнение со здоровыми людьми выявило восемь липидов в семи классах фосфолипидов в качестве потенциальных биомаркеров ДН. Два новых биомаркера, включая PI (18:0/22:6) и SM (d18:0/20:2), эффективно различали пациентов с ДН. Как и ожидалось, один и тот же класс фосфолипидов имеет аналогичную тенденцию изменения при прогрессировании ДН. Были отмечены повышенная регуляция LPC, PE, PG, SM, один PC и один PI и пониженная регуляция PE, PS и два PC. Ряд исследований показал накопление липидов в почках экспериментальных животных и людей с диабетом и влияние липидов на патогенез ДН [114,115]. Сообщалось, что липидфосфатаза способствовала апоптозу подоцитов, что приводило к ДН, а липидфосфатаза повышалась до гистологических изменений [116]. Дополнительные данные показали, что аномальный метаболизм липидов и накопление липидов в почках играют важную роль в патогенезе ДН [117–119], а окисленные виды ПК связаны с почечной дисфункцией [120]. Возможные механизмы включают отложение липидов из-за повышения концентрации в сыворотке, а также клубочковую фильтрацию связанных с белками липидов, связанную с протеинурией. Накопленные липиды увеличивали экспрессию факторов роста эндотелия сосудов и трансформировали фактор роста, а также способствовали развитию протеинурии и диабетического гломерулосклероза [121]. С другой стороны, присутствие аномальных фосфолипидов может способствовать активации сорбитолового пути, окислительному стрессу и активации ПКС [122–124]. При ДН снижение ИП было связано с активацией сорбитного пути, что приводило к деградации внутриклеточного инозитола, снижению миоинозитола и уменьшению синтеза ИП.

4.1.3 Эффекты заместительной почечной терапии

Клинические осложнения, связанные с перитонеальным диализом, становятся все более очевидными. Он-лайн двумерный LC-QTOF/MS был разработан для профилирования липидов плазмы у пациентов на перитонеальном диализе [125]. Это комплексное исследование включало 10 классов липидов и 190 видов липидов. Было идентифицировано 30 биомаркеров, включая ПЭ и ПК, как индикаторы недоедания, воспаления и атеросклеротического синдрома. В этом исследовании также изучались различия в профилях липидов в плазме у людей с плохим контролем жидкости и у людей с хорошим объемом. Значительно повышенные КП и ПЭ (и плазмалогеновые подклассы КП и ПЭ) наблюдались у пациентов с плохим объемом. Интересно, что другое подобное исследование показало, что частота недоедания была связана с фосфолипидами плазмалогена [126]. Эти результаты подтверждают связь между объемом и состоянием питания при перитонеальном диализе [127]. ГХ-МС использовали для количественного определения F2-изопростана у гемодиализных пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности [128]. F2-изопростаны были увеличены в ~100-раз после окислительного стресса, вызванного железом/аскорбатом, и в 2- до 4-раза после судорог, вызванных пентилентетразолом, у пациентов, находящихся на гемодиализе. Как человеческие, так и экспериментальные исследования подтверждают связь между F2-изопростанами и воспалением.

цистанхе дозировка

4.2. Липидомика на животных моделях или клеточных моделях

4.2.1 Влияние IgA-нефропатии

IgA-нефропатия является наиболее распространенной формой гломерулонефрита и может прогрессировать до терминальной стадии почечной недостаточности. Для выявления маркеров прогрессирования использовали ВЭЖХ-МС с АКП и ПЛС-ДА для оценки профилей метаболизма фосфолипидов в плазме на экспериментальной модели мышей Balb/c [129]. Были идентифицированы классы липидов PC, LPC, PI, PS, PE и SM, включая 9 0 видов липидов. PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5) и PI(18:{{20}}/ 20:4) были идентифицированы как потенциальные биомаркеры. Также была исследована взаимосвязь экспрессии фосфолипидов и межклеточной молекулы адгезии -1 (ICAM-1). Последний сильно коррелирует с протеинурией. Другое исследование определило экспрессию ICAM-1 как показатель прогрессирования заболевания и предложило PS(18:0/18:0), PS(18:0/22:5) и PI(18:0). /20:4) в качестве возможных биомаркеров IgA-нефропатии [130].

Визуализация липидомики MS полезна для визуализации локализации различных липидов в почках и других тканях [131,132]. Недавно было проанализировано молекулярное распределение липидов у мышей с гипер-IgA.почкис использованием MALDI-квадрупольной ионной ловушки на основе МС визуализации на основе TOF [133]. Два PC, PC(18:2/22:6) и PC(16:0/22:6), были в основном обнаружены в коре головного мозга и два триацилглицерина, TAG(18:1/18:2/18: 1) и TAG(16:0/18:2/18:1) были обнаружены в воротах. Однако в почках с гипер-IgA наблюдали несколько других липидов, особенно в тубулярной области. Два гипер-IgA-специфических липида представляли собой O-PC, включая PC(O-18:1/22:6) и PC(O-16:0/22:6). Сообщалось, что ФХ(О-18:1/22:6) и ФХ(О{{40}}:0/22:6) являются аналогами плазмалогена и фактора активации тромбоцитов, соответственно [134,135]. Это исследование также показало, что все гипер-IgA-специфические липиды были получены из мочи и что застой из-за односторонней обструкции мочеточника вызывал гипер-IgA-специфическое распределение липидов в почечных канальцах.

Возможный механизм включал активацию пути PKC, приводящую к расширению внеклеточного матрикса и утолщению базальной мембраны клубочков [136]. Фактически было показано, что активация ПКС увеличивает проницаемость эндотелиального монослоя для альбумина [137]. Эпителиальные клетки и базальная мембрана капиллярного барьера клубочков. Было показано, что активация ПКС повреждает капиллярный барьер клубочков, что приводит к протеинурии [138, 139].

4.2.2 Влияние DN

Было показано, что рапамицин предотвращает развитие ДН у крыс с диабетом, индуцированным стрептозотоцином. MALDI-TOF/MS коркового вещества почек выявил три класса сфинголипидов, включая церамиды, СМ и церамидмоногексозы [140]. Один метаболит церамида был значительно увеличен, тогда как три исчезли. Состав сфинголипидов сильно изменился при лечении рапамицином. Повышенный церамид (d18: 0/16: 0), моногексозид церамида (d18: 1/15: 0), SM (d16: 1/18: 0 ) и SM(d18:1/18:0) были обращены рапамицином. Предыдущее исследование показало, что церамид увеличивается в диабетической почке и снижается после лечения рапамицином, а давно установленная взаимосвязь церамида и апоптоза поддерживает церамид в качестве приемлемого кандидата в биомаркеры [141]. Стрептозотоцин значительно увеличивал синтез многих сфинголипидов, ингибируемый рапамицином. Другие исследования показали, что ингибирование церамидов путем блокирования церамидсинтазы или серинпальмитоилтрансферазы эффективно снижает гибель клеток, вызванную гипоксией-реоксигенацией, химической гипоксией и радиоконтрастными средами в эпителиальных клетках почечных канальцев [142-144].

4.2.3 Влияние острой почечной недостаточности

Воспаление играет ключевую роль в патогенезе острой почечной недостаточности [145,146]. ЖХ-МС липидомика использовалась для исследования влияния краткосрочных диетических ω-3 или ω-6 полиненасыщенных жирных кислот на ишемическое повреждение почек и липидные аутакоидные цепи почек [147]. Ишемия почек (30 минут) приводила к значительному снижению функции почек и значительному повышению уровня креатинина в сыворотке у мышей, получавших диету с добавками ω-6, но оставалась нормальной у мышей, получавших диету с добавками ω-3. Более того, продолжительная почечная ишемия (45 минут) вызывала 100-процентную смертность у мышей, получавших ω-6, но не в группе, получавшей ω-3. Защитный эффект ω-3 полиненасыщенных жирных кислот против ишемического повреждения почек был связан со снижением рекрутирования полиморфноядерных лейкоцитов, продукции хемокинов и цитокинов, прекращением образования эйкозаноидов, полученных из липоксигеназы и циклооксигеназы, и повышением экспрессии протектина D1 [148]. . Системное лечение протектином D1 снижало приток полиморфноядерных лейкоцитов в почки и повышало экспрессию белка гемоксигеназы-1 и мРНК у травмированных и неповрежденныхпочки. Протектин D1 оказался эффективным в профилактике острыхпочкаповреждения, а также влияние диетических ω-3 и ω-6 полиненасыщенных жирных кислот на образование аутакоидов в почках и исход ишемического повреждения почек [149].

4.2.4 Клеточные исследования

Липидомику ESI/MS использовали для выявления изменений фосфолипидов в эмбриональной почке человека (HEK293) ипочкакарциномы (Caki{{0}}) гибель клеток [150]. В обработанных цисплатином HEK293 и Cake{{ 12}} ячеек. Лечение бромфеноллактоном до воздействия цисплатина дополнительно снижало содержание плазменилхолина (14:0/16:0), плазменилхолина (16:0/16:1) и плазменилхолина (16:{{ 41}}/18:1) в HEK293 и ингибировал индуцированное цисплатином повышение уровня плазменилхолина (16:1/22:6) в Caki-1. Лечение бромфеноллактоном до воздействия цисплатина также увеличивало содержание некоторых арахидоновых фосфолипидов, включая ФХ(16:0/20:4), ФХ(18:1/20:4) и ФХ(18). :0/20:4) по сравнению с лечением только цисплатином. Эти результаты продемонстрировали, что ингибирование фосфолипазы А2 защищает от гибели клеток, вызванной химиотерапией, в нескольких линиях клеток почек человека, а также идентифицировали фосфолипиды, которые были специфически изменены во время гибели клеток. Результаты также показали, что изменения в этих фосфолипидах коррелируют с защитой от гибели клеток в присутствии ингибиторов фосфолипазы А2. Масуд и его коллеги использовали ЖХ-МС/МС с нормальной и обращенной фазой для количественного определения нескольких классов сфинголипидов в клетках HEK293 [151]. Эти результаты показали, что более 75% церамидов, моногексозилцерамидов и СМ существуют в виде d18:1Δ4 c16:0, d18:1Δ4 c24:1 и d18:1-4 c24:0.

5. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Новая липидомика — это новая методология, которая обещает систематическое и всестороннее изучение липидов и их производных в норме и при заболеваниях. Различныйпочказаболевания связаны со значительными изменениями метаболизма и концентрации липидов и липопротеинов в плазме, а также связанных с липидами метаболитов и метаболических путей. Эти изменения играют важную роль в патогенезе местного и системного воспаления, нарушении энергетического обмена, прогрессированиипочкаболезнь. Сочетание липидного профиля и многофакторной статистики полезно для обнаружения потенциальных биомаркеров и новых терапевтических методов, а также для мониторинга ответа на терапевтическое вмешательство.

Недавние достижения в технологиях на основе МС и быстрое улучшение хроматографии, особенно ВЭЖХ-МС в сочетании с биоинформатикой, улучшили наше понимание роли липидных метаболитов в патогенезе и прогрессированиипочкаболезнь. Хотя доступные в настоящее время инструменты позволяют идентифицировать структуру метаболита, полученного из липидов, с высоким разрешением, необходимы дальнейшие достижения в аналитических методах и обработке данных для более эффективной предварительной обработки данных, интеллектуального анализа данных, статистического анализа, идентификации биомаркеров и интерпретации биохимических путей.

Экстракт цистанхе: улучшение функции почек

БЛАГОДАРНОСТИ

Это исследование было поддержано Программой для выдающихся талантов нового века в университете (NCET-13-0954) и группой ученых и инновационных исследователей Чанцзяна в университете (IRT1174) Министерства образования Китая, Национального фонда естественных наук Китая (J1210063). , 81202909, 81274025, 81001622), проект «В качестве основного нового лекарства для создания крупного национального научно-технического проекта» (2014ZX09304307- 002), Китайский фонд постдокторских наук (2012M521831, 2014T70984), Национальная программа обучения инновациям (201310697004), Ключевая программа проектов международного научно-технического сотрудничества провинции Шэньси (2013KW31-01), Фонд естественных наук Департамента образования провинции Шэньси (2013JK0811) и Управление традиционной китайской медицины провинции Шэньси ({{17} }ZY006).

*Ключевая лаборатория ресурсной биологии и биотехнологии в Западном Китае, Министерство образования, Колледж наук о жизни, Северо-Западный университет, Сиань, Шэньси, КНР

† Отделение нефрологии и гипертонии, Медицинский факультет Калифорнийского университета, Ирвин, Калифорния, США

{Школа китайской Материи медики, Пекинский университет китайской медицины, Пекин, КНР

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] А. Левин, Н.Р. Пау, Дж. Россет и др., Хроническая болезнь почек как глобальная проблема общественного здравоохранения: подходы и инициативы — заявление о позиции организации Kidney Disease Improving Global Outcomes, Kidney Int. 72 (2007) 247–259.

[2]К. Макрис, Н. Кафкас, Липокалин, связанный с нейтрофильной желатиназой, при остром повреждении почек, Adv. клин. хим. 58 (2012) 141–191.

[3] XB Ling, ED Mellins, KG Sylvester, HJ Cohen, Пептидомика мочи для открытия клинических биомаркеров, Adv. клин. хим. 51 (2010) 181–213.

[4] Т.К. Сигдел, Р.Б. Классен, М.М. Сарвал, Интерпретация протеома и пептидома при трансплантации, Adv. клин. хим. 47 (2009) 139–169.

[5] Н.Д. Вазири, Дислипидемия хронической почечной недостаточности: природа, механизмы и возможные последствия, Ам. Дж. Физиол. Почечная физиол. 290 (2006) 262–272.

[6] Н. Д. Вазири, Дж. Юань, З. Ни, С. Б. Николас, К. С. Норрис, Дефицит липопротеинлипазы при хроническом заболевании почек сопровождается подавлением эндотелиальной экспрессии GPIHBP1, Clin. Эксп. Нефрол. 16 (2012) 238–243.

[7] Н. Д. Вазири, Молекулярные механизмы липидных нарушений при нефротическом синдроме, Kidney Int. 63 (2003) 1964–1976.

[8] ND Vaziri, Липотоксичность и нарушение ЛПВП-опосредованного обратного транспорта холестерина/липидов при хроническом заболевании почек, J. Ren. Нутр. 20 (2010) С35–С43.

[9] Н. Д. Вазири, К. Норрис, Липидные нарушения и их связь с исходами при хроническом заболевании почек, Blood Purif. 31 (2011) 189–196.

[10] Н. Д. Вазири, Роль дислипидемии в нарушении энергетического обмена, окислительном стрессе, воспалении и сердечно-сосудистых заболеваниях при хронической болезни почек, Клин. Эксп. Нефрол. 18 (2014) 265–268.

[11] С. Waldner, G. Heise, K. Schroer, P. Heering, Ингибирование ЦОГ-2 и рецепторы простагландинов при экспериментальном нефрите, Eur. Дж. Клин. Инвестировать. 33 (2003) 969–975.

[12]А. Hartner, A. Pahl, K. Brune, M. Goppelt-Strube, Активация циклооксигеназы -1 и рецептора PGE2 EP2 при мезангиальном пролиферативном гломерулонефрите у крыс и человека, Inflamm. Рез. 49 (2000) 345–354.

[13] С. Томасони, М. Норис, С. Заппелла и др., Активация почечной и системной циклооксигеназы -2 у пациентов с активным волчаночным нефритом, J. Am. соц. Нефрол. 9 (1998) 1202–1212.

[14] С. Zoja, A. Benigni, M. Noris, et al., Мофетил микофенолята в сочетании с ингибитором циклооксигеназы -2 облегчает волчаночный нефрит мышей, Kidney Int. 60 (2001) 653–663.

[15] Т. Takano, AV Cybulsky, WA Cupples и др., Ингибирование циклооксигеназ снижает индуцированное комплементом повреждение гломерулярных эпителиальных клеток и протеинурию при пассивном нефрите Хеймана, J. ​​Pharmacol. Эксп. тер. 305 (2003) 240–249.

[16] Г. Heise, B. Grabensee, K. Schro€r, P. Heering, Различное действие селективного ингибитора циклооксигеназы 2 флосулида у крыс с пассивным нефритом Геймана, Nephron 80 (1998) 220–226.

[17] ZG Xu, SL Li, L. Lanting, et al., Связь между 12/15-липоксигеназой и ЦОГ-2 в мезангиальных клетках: потенциальная роль в диабетической нефропатии, Kidney Int. 69 (2006) 512–519.

[18]А. Dey, RS Williams, DM Pollock и др., Измененные уровни CYP2C и циклооксигеназы -2 в почках связаны с альбуминурией, связанной с ожирением, Obes. Рез. 12 (2004) 1278–1289.

[19]Х. Zhao, JE Quigley, J. Yuan, et al., Фенофибрат, активатор PPAR-альфа, увеличивает почечный синтез эйкозаноидов, происходящий из CYP, и улучшает функцию эндотелиального расширителя у крыс Zucker с ожирением, Am. Дж. Физиол. 290 (2006) Н2187–Н2195.

[20]Ю. Чжоу, С. Лин, Х. Х. Чанг и др., Гендерные различия синтеза эйкозаноидов, происходящих из почек CYP, у крыс, получавших диету с высоким содержанием жиров, Am. Дж. Гипертензии. 18 (2005) 530–537.