Characterization of Novel Non-Invasive Biomarkers for the Evaluation of Extracellular Matrix Remodeling in Renal Fibrosis

Bidragets oversatte titel: Karakterisering af Nye Non-Invasive Biomarkører til Evaluering af Extracellulær Matrix Remodellering i Nyre Fibrose

Daniel Guldager Kring Rasmussen

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstract

Baggrund Kronisk nyresygdom er en heterogen sygdom med en høj forekomst i den voksne befolkningsgruppe. Kronisk nyresygdom er kendetegnet ved nedsat nyrefunktion, nyreskade eller begge dele i over 3 måneder. To af de hyppigste årsager til kronisk nyresygdom er diabetes og forhøjet blodtryk, som begge har en stigende forekomst i de industrialiserede lande. Patienter med kronisk nyresygdom har en forhøjet risiko for negative hændelser såsom kardiovaskulær sygdom og mortalitet. Raten hvorved sygdommen forværres varierer meget mellem patienter og de forhåndenværende kliniske karakteristika er ikke tilstrækkelige for fyldestgørende risiko stratificering. Der er et akut behov for biomarkører, som kan måle sygdomsbyrden og forudsige negative hændelser i patienter med kronisk nyresygdom. Egenskaben til at identificere undergrupper af patienter med kronisk nyresygdom med forskellige hastigheder for forværring af sygdommen eller mortalitet, kunne potentielt forbedre behandlingen af de individuelle patienter. Ydermere ville sådanne biomarkører kunne hjælpe med at designe kliniske forsøg ved at udvælge patienter som er mere tilbøjelige til at respondere på sygdomsmodificerende behandling eller kunne bruges som surrogat endepunkt for effekt af behandlingen. Uanset den underliggende årsag udvikles kronisk nyresygdom grundet vedvarende sårheling. Dette fører til en ubalanceret omsætning af komponenter fra den extracellulære matrix (ECM) hvilket i sidste ende fører til fibrose i nyrerne og destruktion af den normale opbygning af nyrevævet. Man mener, at fibrose i nyrerne og specielt fibrose i den tubulointerstitielle matrix driver forværringen af nyresygdommen. Da kollagener udgør en essentiel del af kernen i det fibrotiske væv, ville biomarkører af kollagener være potentielt nyttige redskaber til at bestemme sygdomsbyrden og sygdomsaktiviteten i patienter med kronisk nyresygdom. Ubalanceret omsætning af kollagener fører til frigivelsen af specifikke neo-epitop fragmenter, som afspejler både opbygning og protease-medieret nedbrydning. Da de forskellige områder i nyrerne består af forskellige kollagener, kunne biomarkører potentielt hjælpe med at øge forståelsen af de processer, som er involveret i forværringen af nyresygdommen og de negative hændelser. Hypotese og formål Hypotesen bag denne PhD afhandling var, at remodelering af ECM og i særdeleshed kollagen omsætningen er associeret med sygdomsbyrde og sygdomsaktivitet i patienter med kronisk nyresygdom. Omsætningen af kollagener under kronisk nyresygdom i kombination med en ændret protease profil vil føre til frigivelsen af pro-peptider og andre fragmenter. Disse fragmenter kan blive målt i enten serum, plasma eller urin, hvilket potentielt vil afspejle forskellige processer involveret i fibrogenese. Målet med studiet var, at: i) Udvikle et kompetitivt ELISA som måler kollagen III (COL III) nedbrydning (C3C), ii) Fastslå om opbygning og nedbrydning af kollagener reflekterer sygdomsbyrden i patienter med kronisk nyresygdom, iii) Fastslå om udvalgte biomarkører er associeret med forværring af nyresygdom, kardiovaskulære hændelser og mortalitet, og iv) Fastslå om udvalgte biomarkører kan blive brugt til at forudsige hændelser i nyretransplantationspatienter. Metoder Tolv ELISAs blev brugt til at undersøge neo-epitoper i serum, plasma eller urin. Biomarkørerne som blev evalueret inkluderede nedbrydning af COL I (C1M), III (C3A, C3C, C3M, sauC3M), IV (C4M, C4Ma3), VI (C6M), og opbygning af COL I (PINP), III (Pro-C3), IV (P4NP 7S), og VI (Pro-C6). Biologisk relevans af en eller flere af biomarkørerne blev testet i en kohorte af patienter med kronisk obstruktiv lungelidelse, tre kohorter med kronisk nyresygdom og en kohorte af nyretransplantationspatienter: i) et observationelt studie af patienter med kronisk obstruktiv lungelidelse (n=68) og raske kontroller (n=20); ii) en tværsnitsundersøgelseskohorte af patienter med kronisk nyresygdom i forskellige stadier (n=81); iii) en prospektiv, observationel kohorte designet til at identificere årsager til negative hændelser i patienter med kronisk nyresygdom; iv) en prospektiv, observationel kohorte af type 2 diabetiske patienter med microalbuminuria og ingen forudgående sygdomshistorie eller symptomer af koronararteriesygdom (n=198); og v) en prospektiv, observationel kohorte af nyretransplantationspatienter (n=146). Resultater Det udviklede COL III neo-epitop ELISA var sensitivt, specifikt og teknisk robust. Neo-epitopen af C3C assayet blev genereret af cathepsin B, L, S, og K. Serum C3C niveauer var signifikant højere i patienter med kronisk obstruktiv lungelidelse i forhold til raske kontroller (p=0.0006). De mest iøjenfaldende resultater var, at patienter i højere stadier af nyresygdom havde forhøjede niveauer af Pro-C6 i både plasma og urin (begge p<0.001) og lavere niveauer af C3M og sauC3M i urin (begge p<0.001). Niveauer af C6M og C3M i plasma var ikke associerede med stadiet af nyresygdom. Pro-C6 var signifikant højere i plasma og urin i patienter med macroalbuminuria i forhold til patienter med normoalbuminuria (hhv. p<0.001 og p=0.002). C3M og sauC3M i urin var begge signifikant lavere i patienter med macroalbuminuria i forhold til patienter med normoalbuminuria (hhv. p=0.005 og p=0.002). Pro-C6 blev fundet i områder med markant COL VI farvning i fibrotiske nyrer, men var fraværende i nyrer uden fibrose. Den tredje og fjerde kvartil af urin Pro-C6:creatinine ratio havde en uafhængig association med sygdomsforværring efter et år (odds ratio (95%), hhv. 3.68 (1.06-12.83), p=0.04 and 8.65 (2.46-30.49), p=0.001). Kvartiler af urin Pro-C6:creatinine ratio øgede den prediktive værdi af en model, som indeholdt konventionelle risikofaktorer, hvilket kunne ses ved en signifikant forøgelse i både cfNRI (cfNRI (95% CI), 0.45 (0.16-0.74), p=0.002) og IDI (IDI (95% CI), 0.04 (0.02 - 0.06), p<0.001). Urin Pro-C6:creatinine ratio var også associeret med udvikling af endestadiet af nyresygdom. Højere niveauer af serum Pro-C6 havde en uafhængig association med kardiovaskulære hændelser, mortalitet og forværring af nyresygdom i type 2 diabetiske patienter med microalbuminuria og uden koronararteriesygdom (alle p≤0.02). Niveauer af serum Pro-C6 øgede den prediktive værdi for alle negative hændelser, når den blev føjet til en model med konventionelle risiko faktorer, hvilket kunne ses ved en signifikant forøgelse i relativ IDI (rIDI, alle p≤0.04). Urin Pro-C6 forbedrede ikke modellen for nogle af de negative hændelser. I nyretransplantationspatienter er niveauer af Pro-C6 i plasma i stand til at forudsige, om den nye nyre langsomt genvinder nyrefunktion (p<0.001), har forsinket nyrefunktion (p<0.001) og nyrefunktion ét år efter transplantation (p≤0.03). Tilføjelse af Pro-C6 til modeller med konventionelle risikofaktorer øgede den prediktive værdi for langsom genvindelse af nyrefunktion, forsinket nyrefunktion og nyrefunktion ét år efter transplantation (alle p≤0.01). Konklusioner Resultaterne, som er præsenteret i denne afhandling, viser, at biomarkører af kollagen omsætning afspejler sygdomsbyrden i patienter med kronisk nyresygdom. Pro-C6 blev fundet i fibrotiske nyrer i områder med markant COL VI farvning og var ikke tilstede i nyrer uden fibrose. Biomarkøren Pro-C6 var associeret med forværring af nyrefunktion i to uafhængige kohorter, men i forskellige typer af prøve, og forudså kardiovaskulære hændelser og mortalitet i type 2 diabetisk patienter. Pro-C6 var også i stand til at forudse langsom genvindelse af nyrefunktion, forsinket nyrefunktion og nyrefunktion ét år efter nyretransplantation i nyretransplantationspatienter. Sammenfattet antyder disse resultater, at COL VI biomarkøren Pro-C6 er i stand til at måle sygdomsbyrden og er prognostisk for kliniske hændelser. Ydermere øgede Pro-C6 den prediktive værdi af modeller med konventionelle risiko faktorer. Pro-C6, men også andre af kollagen biomarkørerne, kunne potentielt give ophav til nye redskaber til at øge forståelsen bag de patologiske processer som fører til fibrose i nyrerne. Pro-C6 kunne potentielt bruges til at stratificere patienter med høj risiko for sygdomsforværring, hvilket kunne forbedre patientbehandling og til at udvælge patienter, som er mere tilbøjelige til at respondere på sygdomsmodificerende behandling.
Bidragets oversatte titelKarakterisering af Nye Non-Invasive Biomarkører til Evaluering af Extracellulær Matrix Remodellering i Nyre Fibrose
OriginalsprogEngelsk
Vejledere/rådgivere
  • Tepel, Martin, Vejleder
Udgiver
StatusUdgivet - 2018

Note vedr. afhandling

Grad tildelt d. 19-01 2018

Citationsformater