Epidermaler Wachstumsfaktor im Urin: Ein vielversprechender Biomarker der „nächsten Generation“ bei Nierenerkrankungen

SchlüsselwörterBiomarker · Epidermaler Wachstumsfaktor ·Nierenerkrankung· Urin

Abstrakter Hintergrund:

Derepidermaler Wachstumsfaktor (EGF)ist ein kugelförmiges Protein, das in der Niere, insbesondere in der Henle-Schleife und dem distalen gewundenen Tubulus, gebildet wird. Während EGF im Plasma nicht vorhanden oder kaum nachweisbar ist, ist es im Urin normaler Menschen vorhanden. Bisher wurden Risikostratifizierung undchronische Nierenerkrankung (CKD)Die Diagnose stützte sich auf Schätzungend glomeruläre Filtrationsrate (eGFR) und das Urin-Albumin/Kreatinin-Verhältnis (ACR), die beide die glomeruläre Funktion oder Beeinträchtigung widerspiegeln. Andererseits kann eine tubuläre Dysfunktion auch mit einem Nierenversagen einhergehen.

NEUE KRÄUTERFORMULIERUNG FÜRCHRONISCHE NIERENKRANKHEIT

Zusammenfassung: Da ein verringerter Urin-EGF (uEGF) auf tubuläre Atrophie und interstitielle Fibrose hinweist, kann dieser Biomarker zusammen mit eGFR und uACR in der Allgemeinbevölkerung zur Risikobewertung und Diagnose von CKD eingesetzt werden. Es wurde gezeigt, dass die uEGF-Spiegel mit der intrarenalen EGF-mRNA-Expression korrelieren und bei einer Vielzahl von glomerulären und nicht-glomerulären Nierenerkrankungen abnehmen.

Kernbotschaft: uEGF, uEGF/Kreatinin oder uEGF/Monozyten-chemotaktisches Peptid-1 sind mögliche Biomarker der „neuen Generation“ im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Nierenerkrankungen, die als einzelner Biomarker oder als Teil eines Multi-Biomarkers weitere Untersuchungen verdienen Panel.

Einführung

Derepidermaler Wachstumsfaktor(EGF) wurde erstmals in den frühen 1950er Jahren von Stanley Cohen entdeckt [1]. Ein Komplex mit hohem Molekulargewicht (MW) (MW: ca. 74,000 Da) wurde fast vollständig in einem rohen Homogenat der Unterkieferdrüse der männlichen Maus identifiziert, reversibel dissoziierbar in EGF (MW: 6.045 Da) und ein EGF- Bindungsprotein (MW: 29,000 Da) mit Arginylesterase-Aktivität [2]. Darüber hinaus wurde EGF in vielen menschlichen Geweben und Körperflüssigkeiten gefunden, einschließlich der Nieren (insbesondere der Henle-Schleife und den distalen gewundenen Tubuli) sowie Urin [3], Speichel [4], Ohrspeicheldrüsen [5], Milch, Tränen und mehr in einer minimalen Konzentration im Plasma [4]. Blutplättchen sind die Hauptquelle für Blut-EGF beim Menschen, und die Konzentration steigt während der Gerinnung nach der Probenentnahme stetig an [6].

Abb. 1. Ein EGF ist ein einkettiges 53-Aminosäure-Polypeptid mit einem relativen MW von etwa 6,{4}} Da. b Chromosom 4 (q25–q27) enthält das EGF-Gen, das etwa 120 kb groß ist. c Die Struktur des EGFR, einem Mitglied der ErbB-Rezeptorfamilie: Die extrazelluläre Domäne mit vier Subdomänen, die lipophile Transmembranregion und eine intrazelluläre Domäne bilden den EGFR. d Signalwege, die der EGFR-Aktivierung nachgeschaltet sind, umfassen den JAK-STAT-Weg, den PI3K/Akt/NF-B-Weg, den PI3K/Akt/PTEN/mTOR-Weg und das RAS-RAF-MEKERK MAPK-Netzwerk. EGFR, epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor; PI3K, Phosphoinositid-3-kinase; JAK-STAT, Janus-Kinase-Signalwandler und Transkriptionsaktivator; ERK, extrazelluläre signalregulierte Kinase.

EGF ist ein nicht dialysierbares, kompaktes, hitzestabiles menschliches Polypeptid [7] aus 53 Aminosäuren mit drei intramolekularen Disulfidbindungen (Abb. 1a) [8]. Alle Aminosäuren außer Phenylalanin, Alanin und Lysin sind vorhanden und es hat einen C-terminalen Argininrest [2]. Das EGF-Gen hat 24 Exons und 23 Introns und befindet sich auf Chromosom 4q25–q27 (Abb. 1b) [9].

EGF fördert die Zellproliferation, -differenzierung und das Überleben, indem es 1:1 an die lösliche extrazelluläre Domäne des EGF-Rezeptors bindet, was zu einem Komplex aus 2EGF:2 löslicher extrazellulärer Domäne des EGF-Rezeptors führt (Abb. 1c) [10, 11]. Diese ligandeninduzierte Dimerisierung aktiviert die intrinsische Protein-Tyrosinkinase-Aktivität des Rezeptors (Abb. 1d), löst eine Signalkaskade innerhalb der Zelle aus und führt zu einer Vielzahl biochemischer Veränderungen. Dies führt schließlich zur DNA-Synthese und Zellproliferation [12]. In der Niere übt EGF mehrere biologische Funktionen aus, beispielsweise die Regulierung des Zellstoffwechsels und der glomerulären Hämodynamik, die Modulation des Zellwachstums und die Nierenreparatur nach einer Verletzung [13]. Ein experimentelles Modell des akuten Nierenversagens zeigte, dass EGF die Genesung des tubulären Geschwürs unterstützte, indem es Regenerationswege aktivierte, was zu einer Reepithelisierung der verletzten Tubuli führte [14]. Durch Übersprechen mit Phosphoinositid-3--Kinase, Janus-Kinase-Signalwandler und Aktivator der Transkription sowie extrazellulären signalregulierten Kinase-Pfaden [15, 16] wird angenommen, dass höhere EGF-Spiegel (uEGF) im Urin auf funktionelle tubuläre Masse zurückzuführen sind Regenerationspotenzial [17]. Im Gegensatz dazu sind niedrigere uEGF-Konzentrationen mit interstitieller Fibrose und tubulärer Atrophie (IFTA) verbunden [18]. Darüber hinaus könnte es sich bei dem im Urin von Patienten mit Nierenerkrankungen nachgewiesenen und in mehreren Studien berichteten EGF-Protein um proEGF handeln [19].

In dieser Übersicht geben wir einen Überblick über die analytischen Aspekte und den potenziellen Wert von uEGF zur Beurteilung der Nierenfunktion in der Allgemeinbevölkerung sowie bei erwachsenen Patienten mit chronischer Nierenerkrankung (CKD; diabetische Nierenerkrankung [DKD], primärer Glomerulonephritis, Nierentransplantation, polyzystische Nierenerkrankung). Darüber hinaus beleuchten wir den potenziellen ungedeckten Bedarf in diesem Forschungsbereich.

Analytische Aspekte

Für die Messung der EGF-Konzentration in menschlichen Körperflüssigkeiten wurden mehrere Methoden entwickelt, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren, wie etwa Radioimmunoassays [20–22], Radiorezeptorassays [23], Enzymimmunoassays [24–26] und Enzyme-Linked Immunosorbent Assays (ELISAs). ) [27–30] und Ultramikro-ELISA-Assay [31]. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Merkmale der verschiedenen Techniken

Because of serum protein matrix effects, the sensitivity of radioimmunoassays and radioreceptor assays for EGF analysis in the blood is insufficient without sample pretreatment (gel filtration or immunoaffinity chromatography) [33, 34]. Although no sample preparation is required for enzyme immunoassays, routine usage of these tests is problematic due to the fluorogenic substrates for the enzyme reaction [24–26]. ELISA is the gold standard for measuring EGF because of its great sensitivity and specificity. The effect of various storage conditions on uEGF stability, as well as other preanalytical techniques, has been investigated. VEGF concentrations were steady at 4°C for 48 h, as did variability as the standard deviation of mean uEGF values. Long-term storage at −80°C for 1 and 2 months did not affect the observed uEGF concentrations. However, after 6 months, there was an increase in VEGF levels in both participants and quality control samples. The mean VEGF levels were unaffected by repeated freeze-thaw cycles [35]. There is no diurnal variation in uEGF excretion, and its rate of excretion is similar when sampled on consecutive days, supporting its measurement in spot urine samples [32]. With age, the concentration of VEGF declines [36]. So, age should always be taken into account when investigating uEGF concentration [37]. EGF concentration is less likely than serum creatinine and albuminuria to be confounded by extrarenal factors, which may contribute to its evaluation and sensitivity as a biomarker for kidney failure [38]. In patients with very low or very high muscle mass, serum creatinine and estimated glomerular filtration rate (eGFR) do not correctly reflect renal function. EGF/Cr may provide a more realistic picture of the amount of chronic kidney impairment in such circumstances. When monitoring the uEGF/Cr ratio in the same individual over time, changes are considered significant when there is a difference of >30 % im Vergleich zu früheren Werten [19].

Allgemeine Bevölkerung

Tubular atrophy, interstitial fibrosis, and nephron loss define age-related glomerular filtration rate (GFR) reduction in seemingly healthy persons [39]. The amounts of mRNA EGF expressed by distal tubular epithelial cells are an indication of functional tubular mass and regeneration capability and are connected to GFR [17]. Aside from the traditional kidney damage indicators (eGFR and albuminutia), additional urine biomarkers of acute tubular injury have been identified [40]. However, only a few indicators reveal the persistent tubular injury. In population-level settings, uEGF could be a clinically applicable biomarker because it is stable over extended periods and can be reliably detected with just a few microliters of urine. In a prospective longitudinal study (follow-up of >5 years), the association between uEGF and rapid eGFR loss in subjects without diabetes mellitus (DM) or established CKD was investigated [38]. Because well-defined endpoints for CKD progression such as the incidence of end-stage kidney disease (ESKD), a doubling of serum creatinine, or a 30–40% decrease in eGFR are unlikely to occur in healthy subjects within a limited follow-up period [41], a fast eGFR decline was defined as a loss >3.0 ml/min/1,73 m2 pro Jahr. Ein niedrigerer uEGF war unabhängig voneinander mit einem raschen Rückgang der Nierenfunktion und dem Auftreten von CKD in zwei europäischen Bevölkerungskohorten verbunden (der Renal Iohexol Clearance Survey [RENIS], an der 1.249 Patienten teilnahmen, und der Prevention of Renal and Vascular End-stage Disease [PREVEND], an der 1.249 Patienten teilnahmen). 4.534 Patienten). VEGF-Konzentrationen waren unabhängig von anderen Risikofaktoren stark mit dem Auftreten einer chronischen Nierenerkrankung assoziiert (Tabelle 2). Der Zusammenhang blieb (grenzwertig) signifikant, nachdem Alter, Geschlecht, Kohorte, Ausgangs-eGFR und Urin-Albumin/Kreatinin-Verhältnis (ACR) kontrolliert wurden. In angepassten Modellen hatte die uEGFR-Konzentration nur einen marginalen Zusammenhang mit der mittleren eGFR-Reduktion im RENIS. In der PREVENT-Untersuchung verzeichnete die jüngste Altersgruppe einen sehr geringfügigen Rückgang der eGFR-Änderungsrate. Die Ergebnisse könnten durch eine geringere Präzision der eGFR im Normalbereich und in bestimmten Fällen durch eine abnormale Erhöhung der eGFR in Subpopulationen aufgrund der Vorfiltration beeinflusst worden sein. VEGF kann in Kombination mit anderen genetischen oder umweltbedingten Variablen ein wesentlicher Risikofaktor für CKD sein [38]. Es wurde festgestellt, dass ein SNP (rs11569017) im EGF-Gen in einer koreanischen Population mit ESKD assoziiert ist [9]. Da an den RENIS- und PREVENT-Studien hauptsächlich weiße europäische Teilnehmer beteiligt waren, glauben wir, dass zukünftige Forschungen die Wirksamkeit von uEGF in multiethnischen Bevölkerungskohorten bewerten sollten [38].

Tabelle 2. Zusammenhang zwischen uEGF und Nierenfunktion in der Allgemeinbevölkerung