腎疾患における尿の細胞外小胞のバイオマーカー

細胞外小胞の分析は
エクソソームのケースではmiRNAなどの
「内容物」の分析が主であります。
実際に本日の内容も、
腎疾患における尿の細胞外小胞の
内容物の変化について述べています。
しかし、
細胞外小胞は膜や表面リガンドなども含まれます。
特に表面リガンドは
細胞種特異的輸送系統(*)による
標的治療において重要です。
(*)Cell-type-specific delivery system
Clotilde Théry, Laurence Zitvogel & Sebastian Amigorena 
(敬称略)からなる医療研究グループは
2002年の総括論文の中で
主に免疫細胞におけるエクソソームの
表面リガンドの情報をリソースとして上梓されています(26)。
(参考文献(26) Table1参照)
細胞外小胞はおおよそ全細胞種から放出されるので
本日の腎臓であれば、
腎臓の各細胞種から放出される細胞外小胞の
表面リガンドの包括的な分析と
病態によってそれがどのように変わるか？
といったことも重要になると考えます。
--
Cristina Grange & Benedetta Bussolati 
(敬称略)からなる医療研究グループは
腎臓病における細胞外小胞の総括の中で
バイオマーカーについて述べられています(1)。
本日は、尿の細胞外小胞における
バイオマーカーの総論と
腎疾患におけるそのバイオマーカーについての
内容の一部、追記、考察について
読者の方と情報共有したいと思います。

//バイオマーカー総括//ーー
尿の細胞外小胞は腎臓の病態の進行を予測、
モニターするための非侵襲のバイオマーカーとして
有望な候補です。
細胞外小胞をバイオマーカーとして
利用すると病理のプロセスや
放出された細胞種の特定などを
潜在的に知ることができるため
多相の診断プラットホームを築くことができます。
また、
細胞外小胞内に含まれる物質は
クレアチニンレベルなど
腎臓の機能の古典的なマーカーが変わる前に
改変されるかもしれません。
従って、早期診断が可能です。
しかしながら
その臨床応用を阻むいくつかの要因があります。
--
〇採取、保存方法の標準化
〇分離の手順
〇混入物質の除去
これらは再現性を得る上で重要です。
また不自然な結果を防ぐこともできます(2,3)。
腎臓においては
クレアチニン濃度は
尿の細胞外小胞の濃度の規格化因子として
提案されています。
それらは相関があり、
水分の接種の影響を受けないからです(4,5)。
また、細胞外小胞で共通的なマーカーである
テトラスパニンレベルも規格化因子として
利用することができる可能性があります。
機能しているネフロンの量(Nephron mass)も
尿の細胞外小胞の放出と関連があります(6)。

//腎障害、腎臓病のバイオマーカー//ーー
急性腎障害では
〇AQP1減少
〇ATF3 mRNA増加
〇Fetuin A増加
これらが尿の細胞外小胞で生じると
動物モデルにより立証されています(7-9)。
これらは尿細管細胞に関わります。
しかし、人のケースでは
十分な数による確認はまだ行われていません。
-
podoplaninを発現する径の大きな
尿の細胞外小胞は
糖尿病性糸球体障害のマーカーとして
マウスのケースで報告されています(10)。
これは有足細胞に関わります。
もう一つの有足細胞関連のマーカーは
〇Wilms tumour protein (WT1)
これです(11)。
この尿の細胞外小胞のWT1は
巣状分節状糸球体硬化症の患者さんで
健常な人に比べて高まっている事が確認されています(11)。
さらに、48人のⅠ型糖尿病の患者さんのコホート研究で
このWT1はタンパク尿と糸球体ろ過量(GFR)と
関連があることが示されています(12)。
一方
突発性ネフローゼ症候群を持つ
40人のお子さんを含む研究では
タンパク尿、腎臓病態、ステロイド反応性。
これらとWT1の顕著な関連は見られなかった
とされています(13)。
--
腎臓病を持つ32人の患者さんでは
尿の細胞外小胞において
有足細胞特異的CD2AP mRNAの減少が
〇腎臓の線維化
〇血清クレアチニンレベル
〇糸球体ろ過量(GFR)
これらと関連がある事が示されています(14)。
--
もう一つの尿の細胞外小胞の利用可能性は
移植片対の状態をモニターすることです。
移植を受けた患者さんで
移植機能が遅れているケースでは
腎臓の損傷マーカーである
〇neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)
これが上昇し、
腎臓前駆細胞マーカーCD133が減少している
ことが尿の細胞外小胞により確認されています(15,16)。
--
細胞外小胞の一つであるエクソソーム。
そのmiRNAは遊離miRNAよりも安定です。
エンベロープ膜により生体液による
RNA分解酵素から守られるからです(17)。
多くのmiRNAが
慢性腎疾患、腎臓線維化、糖尿病性腎疾患
これらのケースで制御を失っていることが
示されています(18)。
--
Ⅰ型糖尿病を持つ患者さんの
尿の細胞外小胞では
〇miR-130a, miR-145亢進
〇miR-155, miR-424減少
これらが確認されています。
微量アルブミン尿が確認されています(19)。
--
慢性腎疾患の32名の患者さんの
尿の細胞外小胞では
〇miR-29c減少
〇miR-200b上昇
これらが健康な人に対して確認されています(20)。
このmiR-29cは糸球体ろ過量と
尿細管間質線維化の重篤度に関わっています。
--
慢性腎疾患の尿の細胞外小胞では
〇miR-181a-5p
〇miR-451 
これらが上昇しています(21,22)。
--
IgA腎症を持つ18名の患者さんの
尿の細胞外小胞では
〇miR-29c, miR-205-5pが抑制
〇miR-215-5p, miR-378iが亢進
これらが健康な人との比較で確認されています(23)。
--
ループス腎炎の患者さんでは
〇miR-29c減少
〇miR-150, miR-21上昇
これらが確認されています。
それは腎臓の線維化と関わります。
これらのmiRNAはコラーゲンの生成に関わる
TGFβ–SMAD3経路に作用することで
線維化を亢進させると考えられています(24)。
--
細胞外小胞をバイオマーカーとして使う課題は
その異種性にあります。
また、現状では人のケースでは
小規模の研究にとどまっていることが
課題として挙げられてます。
また、
細胞外小胞を1小胞レベルの分解能で正確に調べるための
技術的な革新も必要であるとされています。
フローサイトメトリーや
アレイベースの
Extracellular vesicle-capturing chips(25)。
これらが分析分解能を上げる候補として
紹介されています(1)。

//考察//ーー
エクソソームは腎疾患がある場合には
このmiRNAを通じてネフロン内で細胞間を連絡し
miRNAによって遺伝子発現が異常になり、
雪崩的に細胞がダメージを受けると考えられます。
エクソソームのエンベロープ膜によって
miRNAが分解酵素から守られることが
この場合、負に作用すると考えられます。
細胞外小胞を使った治療に関しては
1つの視点としては
量が減っているmiRNAを
細胞外小胞の人為的投与によって
効果的に腎臓に輸送し、
補うことが挙げられます。

(参考文献)
(1)
Cristina Grange & Benedetta Bussolati 
Extracellular vesicles in kidney disease
Nature Reviews Nephrology (2022)
(2)
Droste, M. et al. Single extracellular vesicle analysis 
performed by imaging flow cytometry and nanoparticle 
tracking analysis evaluate the accuracy of urinary 
extracellular vesicle preparation techniques differently. 
Int. J. Mol. Sci. 22, 12436 (2021).
(3)
Soekmadji, C. et al. The future of extracellular vesicles 
as theranostics — an ISEV meeting report. J. Extracell. 
Vesicles 9, 1809766 (2020).
(4)
Blijdorp, C. J. et al. Comparing approaches to 
normalize, quantify, and characterize urinary 
extracellular vesicles. J. Am. Soc. Nephrol. 32,  
1210–1226 (2021).
(5)
Hunter, R. W. & Dear, J. W. Urinary vesicles: are they 
ready for real- world use? J. Am. Soc. Nephrol. 32, 
1013–1015 (2021).
(6)
Blijdorp, C. J. et al. Nephron mass determines the 
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J. Extracell. Vesicles 11, e12181 (2022).
(7)
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proteomics: a novel urinary biomarker for detecting 
acute kidney injury. Kidney Int. 70, 1847–1857 
(2006).
(9)
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a new class of biomarkers for renal disease. Kidney Int. 
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(10)
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(11)
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Clotilde Théry, Laurence Zitvogel & Sebastian Amigorena 
Exosomes: composition, biogenesis and function
Nature Reviews Immunology volume 2, pages569–579 (2002)