Команда под руководством исследователей из Национального института здоровья преодолела серьезное биологическое препятствие, пытаясь найти более эффективные методы лечения пациентов с редким заболеванием, называемым метилмалоновой ацидемией (ММА). Используя генно-инженерных мышей, созданных для их исследований, команда определила набор биомаркеров повреждения почек – признак заболевания – и продемонстрировала, что антиоксидантная терапия защищает функцию почек у мышей.
Исследователи из Национального института исследования генома человека (NHGRI), входящего в состав NIH, подтвердили те же биомаркеры у 46 пациентов с ММА, наблюдаемых в Клиническом центре NIH. Биомаркеры предлагают новые инструменты для мониторинга прогрессирования заболевания и эффектов терапии, оба из которых будут полезны при разработке исследователями клинических испытаний этого заболевания.
Это открытие, о котором было сообщено в онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 29 июля 2013 г., открывает путь к использованию антиоксидантной терапии в клинических испытаниях для пациентов с ММА. Он также иллюстрирует механизмы, с помощью которых дисфункция митохондрий – генераторов энергии клетки – влияет на заболевание почек. Дисфункция митохондрий является фактором не только при редких заболеваниях, таких как ММА, но и при большом количестве распространенных состояний, таких как ожирение, диабет и рак.
ММА поражает одного из 67000 детей, рожденных в Соединенных Штатах. Это может иметь несколько различных причин, все из которых связаны с потерей функции метаболического пути, который снижает уровень органического соединения, называемого метилмалоновой кислотой. Больные дети не могут должным образом усваивать определенные аминокислоты, потребляемые с пищей, что приводит к повреждению ряда органов, в первую очередь почек.
"Нарушения обмена веществ, такие как ММА, чрезвычайно трудно контролировать, потому что они нарушают хрупкий баланс химических веществ, необходимых нашему организму для поддержания здоровья," сказал Дэниел Кастнер, M.D., Ph.D., Научный руководитель NHGRI. "Учитывая, что каждый новорожденный в Соединенных Штатах проходит скрининг на ряд наследственных метаболических нарушений, включая ММА, существует острая необходимость в лучшем понимании механизмов заболевания и методов их лечения."
ММА – наиболее распространенное заболевание, связанное с органическими кислотами, которое неизменно нарушает функцию почек, что может привести к почечной недостаточности. Наиболее распространенной терапией является ограничительная диета, но врачи должны прибегать к диализу или трансплантации почки, когда болезнь прогрессирует. Пациенты ММА также страдают тяжелой метаболической нестабильностью, нарушением нормального развития, умственными и физическими недостатками, панкреатитом, анемией, судорогами, потерей зрения и инсультами.
"Не существует окончательных методов лечения пациентов с ММА," сказал Чарльз Вендитти, M.D., Ph.D., старший автор и исследователь отдела исследований органических кислот отделения генетики и молекулярной биологии NHGRI. "Это исследование является кульминацией сотрудничества с сообществом пациентов. Он использует моделирование на мышах в сочетании с инновациями в геномике и биохимическом анализе, чтобы получить новое представление о причинах повреждения почек при ММА. Наши исследования улучшили наше понимание базовой биологии, лежащей в основе ММА, создали новую модель на животных для тестирования вмешательств и, теперь, привели нас к обещанию новой терапии."
Исследователи провели исследования с использованием мышей, выведенных с генетическими изменениями, которые нарушают выработку того же митохондриального фермента, который является дефектным у пациентов с ММА. Их называют трансгенными мышами. Фермент, называемый метилмалонил-КоА мутаза (MUT), является важным компонентом химического процесса, который метаболизирует органические кислоты, в частности метилмалоновую кислоту.
Измеряя экспрессию генов у трансгенных мышей с помощью микрочипов ДНК, исследователи обнаружили 50 биомаркеров экспрессии генов, каждый из которых указывал на снижение функции почек. Микромассивы ДНК представляют собой кремниевые чипы со множеством точек, с которыми может связываться данная молекула. В этом случае микрочипы ДНК использовались для точного создания с помощью компьютерной программы профиля экспрессии генов в клетке почки.
Исследователи выбрали один из биомаркеров, называемый липокалином-2, чтобы проверить, как он коррелирует с функцией почек у 46 пациентов с ММА. Уровни этого биомаркера в плазме повышались с ухудшением состояния почек у пациентов с ММА и могут служить ценным индикатором прогрессирования болезни почек ММА в клинике.
"Обнаружение биомаркеров с помощью технологии микрочипов чрезвычайно полезно для указания на нисходящие пути, затронутые дефектной активностью MUT," сказала Ирини Маноли, M.D., Ph.D., ведущий автор, ученый-терапевт и штатный врач отделения генетики и молекулярной биологии NHGRI. "Биомаркеры предоставляют новые тесты плазмы или сыворотки для отслеживания прогрессирования заболевания у наших пациентов."
Обнаружив эти важные биомаркеры функции почек, авторы обратились к экспертам по физиологии почек из своей команды, чтобы изучить структурные изменения, которые происходят при болезни ММА. Они проанализировали скорость, с которой почки фильтруют отходы из крови. Соавтор и специалист по физиологии почек Юрген Шнерманн, М.D., и сотрудники его лаборатории в Национальном институте диабета, болезней органов пищеварения и почек (NIDDK), также входящем в NIH, продемонстрировали раннее и значительное снижение этого показателя у мышей ММА.
В ходе дальнейших исследований исследователи выявили повышенное производство свободных радикалов в тканях мышей, а также у пациентов с ММА. Обнаружение свободных радикалов указывает на химическую нестабильность в клетках, которую исследователи пытались исправить с помощью антиоксидантной терапии. После лечения мышей двумя формами диетических антиоксидантов исследователи заметили, что биомаркеры повреждения почек уменьшились, а скорость фильтрации почек снизилась. Полученные данные продемонстрировали, что легкодоступные антиоксиданты могут значительно влиять на скорость снижения функции почек у трансгенных мышей, что повторяет заболевание почек, вызванное ММА.
"Следующим шагом будет перевод этих результатов в клинику," Доктор. Вендитти сказал. "Мы надеемся, что при прогрессирующем заболевании, таком как ММА, мы добились лабораторных успехов, которые принесут пользу нашим пациентам в ближайшем будущем."