CN111118142A - 血清赖氨酸氧化酶作为肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物 - Google Patents

血清赖氨酸氧化酶作为肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及血清赖氨酸氧化酶作为肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物。本发明首次证实血清赖氨酸氧化酶与肾间质纤维化相关且呈正相关,赖氨酸氧化酶可作为肾脏间质纤维化的无创分层诊断性生物标志物,且具备准确度高的优势。

Description

血清赖氨酸氧化酶作为肾间质纤维化的分层诊断性生物标 志物
技术领域
本发明涉及临床疾病诊断技术领域,具体地说,涉及血清赖氨酸氧化酶为肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物。
背景技术
肾间质纤维化是各种慢性肾脏疾病发展为终末期肾病的共同病理特征,表现为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)逐渐增多且发生过度交联。肾间质纤维化的范围和程度与肾功能减退具有高度相关性,但分子机制目前尚未阐明。
赖氨酸氧化酶(lysyl oxidase,LOX)是参与ECM交联的关键酶,最主要的功能是促进胶原和弹性蛋白发生交联,其交联机制如下:胶原和弹性蛋白富含赖氨酸,LOX使其赖氨酸残基ε-氨基发生氧化脱氨,产生AAS,通过Schiff’s碱或2个AAS相互作用形成分子间的醛醇缩合反应,使分子内和分子间交联,进而将胶原和弹性蛋白的可溶性单体转变为不溶性纤维,形成稳定的胶原纤维和纤维组织,使其具有强大的弹性与韧性,并能抵抗非特异性蛋白水解酶引起的弹性蛋白分解和胶原溶解。
目前有研究表明LOX与肝纤维化、心肌纤维化、肺纤维化、肾间质纤维化和肿瘤等多种疾病存在关系。
《中国循环杂志》2017年8月第32卷刊出的论文“赖氨酸氧化酶:一个潜在的急性主动脉夹层诊断指标”,探索了血液中LOX表达与急性期主动脉夹层的关系,证实LOX随着主动脉夹层发病时间延长而逐渐升高,是急性主动脉夹持的一个潜在诊断指标。
《广东医学》2011年9月第32卷第18期刊出的论文“博来霉素致大鼠肺纤维化模型中赖氨酰氧化酶蛋白表达与活性的动态变化”,研究了博来霉素(BLM)致大鼠肺纤维化模型中赖氨酰氧化酶(LOX)蛋白表达的变化,以及该变化与其活性的关系和对胶原沉积的影响。具体使用Western blot技术检测大鼠肺纤维化模型肺组织中的LOX蛋白表达变化,图谱中46、50、32kD 3个条带分别代表LOX的前蛋白(prepro-LOX)、糖基化蛋白(glycosylatedproLOX)和成熟蛋白(LOX)。与对照组比较,preproLOX在BLM处理后9、14d明显上调;糖基化蛋白在第9天开始上调,并在第14天达到高峰;两个前体蛋白在28d后恢复到基线水平;BLM对32kD LOX表达量影响较轻。
兰州大学2014年博士论文“X线诱导心肌成纤维细胞促纤维化损伤及黄芪注射液对其干预的实验研究”,观察了“X线对心肌成纤维细胞的促纤维化损伤效应”并构建纤维化损伤的细胞模型,在上述细胞模型上检测分析了X线对84个纤维化相关分子表达的影响,筛选出差异表达的基因,从分子水平初步探索放射促纤维化损伤的可能分子机制。结果表明PCR Array检测84个纤维化相关分子显示模型组(1Gy)和对照组(0Gy)相比有44个基因差异表达,30个基因表达上调,14个基因表达下调;细胞外基质两个基因Col-1A2和Col-3A1表达均上调;重构酶基因中MMP14、MMP3、MMP8、Plau(uPA)、Serpinala(al-antitrypsin)表达上调,Lox、Plat、Serpinel、TIMP1表达下调。
综上,可见LOX与疾病的关系非常复杂。目前未见血清赖氨酸氧化酶作为肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物的报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足,提供一种肾间质纤维化的分层诊断性生物标志物。
第一方面,本发明提供了血清赖氨酸氧化酶作为生物标志物在制备肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒中的应用。
作为一种优选实施方式,所述肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒其检测样品为血清。
第二方面,本发明提供了检测血清中赖氨酸氧化酶蛋白或基因含量的试剂在制备肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒中的应用。
作为一种优选实施方式,所述肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒其检测样品为血清。
第三方面,本发明提供了一种肾间质纤维化的分层诊断试剂盒,所述试剂盒包含检测血清中赖氨酸氧化酶蛋白或基因含量的试剂,以及操作说明书,所述操作说明书记载:检测样品为血清,预测肾脏纤维化时血清LOX的cutoff值为253.34pg/ml,分层诊断肾脏纤维化轻度和中-重度时血清LOX的cutoff值为306.56pg/ml。
作为一种优选实施方式,所述试剂盒还包含至少一种血清赖氨酸氧化酶以外的肾间质纤维化标志物的诊断试剂。
如本文所用,所述“肾间质纤维化”与“肾脏纤维化”含义相同。
所述赖氨酸氧化酶蛋白可参见GenBank:AAB23549.1。
所述“肾间质纤维化的分层诊断”是指肾间质纤维化程度的分级,通常地,如采用肾穿刺组织学病理检查的方法,则按照以下标准分级:
分级 标准(皮质区IFTA面积)
0 <10%
1 10-25%
2 26-50%
3 >50%
本发明优点在于:
本研究首次证实血清赖氨酸氧化酶与肾间质纤维化相关且呈正相关,赖氨酸氧化酶可作为肾脏间质纤维化的无创分层诊断性生物标志物,具有较高的准确度。
附图说明
附图1:不同程度肾纤维化患者血清LOX的比较。A-B.非肾纤维化、肾纤维化患者血清赖氨酸氧化酶(LOX)浓度与轻度肾纤维化(A)、中重度肾纤维化患者血清LOX浓度的比较(B)。C.采用Spearman相关分析检验肾脏纤维化与血清LOX的相关性。D.肾纤维化患者低(25%)和高(25%)血清LOX水平的肾纤维化程度的比较。E.肾纤维化组血清LOX低表达(25%)和高表达(25%)与肾纤维化程度相关性比较。
附图2:根据血清LOX水平预测肾脏纤维化的ROC曲线。A.队列组。Cutoff值=253.34pg/ml。AUC=0.80,95%CI=0.74-0.86。敏感性(95%CI)=0.73(0.67-0.78)。特异性(95%CI)=0.71(0.65-0.77)。B.肾纤维化组。Cutoff值=306.56pg/ml。AUC=0.88,95%CI=0.82-0.95。敏感性(95%CI)=0.82(0.76-0.89)。特异性(95%CI)=0.85(0.79-0.92)。
附图3:LOX在肾脏中的表达与肾脏纤维化相关。A.肾纤维化和无纤维化肾组织标本LOX、Col3和Masson染色的免疫组化分析。B.肾纤维化患者肾组织LOX与Col3表达的相关性。采用Spearman秩系数相关性检验评估统计学意义。C.肾纤维化患者肾组织LOX与纤维化面积的相关性。采用Spearman秩系数相关性检验评估统计学意义。缩略词:MHA:轻度组织学异常;MN:膜性肾病;DN:糖尿病肾病;ANS:肾小动脉硬化;IgAN:IgA肾病。
附图4:LOX在肾纤维化的体内和体外肾脏纤维化模型中均上调。A-B.Westernblot分析经AngII处理的NRK-49F细胞中Col3和LOX的表达。C-D.Western blot分析UUO模型中Col3和LOX的肾脏表达。E.免疫组化显示UUO模型术后14天肾脏LOX蛋白表达及定位;肾脏切片用针对LOX、Col3的特异性抗体染色;肾切片用马松染色。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1
1实验材料和方法
1.1人肾脏组织采集及基线资料的收集
为了检测人肾脏和血清中赖氨酸氧化酶(LOX)的表达,我们收集了2016年1月1日至2019年10月30日在同济医院经肾穿刺的符合要求的258例肾脏疾病病人的血液和肾穿刺的蜡块组织及30例健康对照病人的电子病例资料(包括性别,年龄,肌酐,尿素氮,24h尿蛋白,肾小球滤过率等)(有3例病人基线资料缺失已排除)。202例患者中包括8例轻微的肾脏病理改变、20例微小病变、5例局灶性节段性肾小球硬化、41例Ig A肾病、24例糖尿病肾病、41例膜性肾病、21例肾小动脉硬化、8例狼疮性肾病、12例血管相关性肾病及22例其它肾脏疾病引起的纤维化患者。
使用了马松三色染色和免疫组化(LOX和Collagen III)对肾穿刺组织切片进行染色。两名独立的病理学家对肾脏纤维化标本进行病理评分(标准同发明内容部分所述),并通过Image J软件进行系统评分。
1.2血样收集和LOX检测
采集血样,离心,-80℃保存,直至检测。根据制造商的说明,将冷冻的血清样品迅速解冻并置于室温下,使用商用酶联免疫吸附试剂盒检测血清LOX浓度。同济医院人类受试者委员会批准了本研究中使用患者样品的方案。所有参与者均已获得知情同意。
1.3UUO模型
Sprague-Dawley(SD)大鼠200-250g和8周龄C57Bl/6J小鼠,购自上海斯莱克实验动物有限公司。实验过程严格遵守美国国立卫生研究院《实验动物的护理和使用指南》,并得到同济大学医学院伦理委员会的批准。2.5%异氟烷进行麻醉,待大鼠和小鼠按捏尾巴无反应后,进行后续的手术。UUO模型:对大鼠进行单侧输尿管结扎(unilateral ureteralobstruction,UUO)手术。平行于腹部中线的纵向切口暴露左肾和输尿管。4-0丝结扎左输尿管,UUO手术后第14天处死大鼠,收集左肾。马松染色结果显示,UUO肾脏有明显胶原沉积,肾脏纤维化造模成功。
1.4细胞培养
将大鼠肾脏成纤维细胞系(NRK-49F)培养于含有10%的胎牛血清(FBS)(Gibco,#10100147)的DMEM(Gibco,#10569044)培养液中,将细胞置于37℃、5%CO2的细胞培养箱中培养并传代。定期传代并进行药物处理。
1.5蛋白质印迹检测
RIPA裂解肾脏组织或细胞后提取蛋白。利用BCA蛋白检测法对样品进行定量。蛋白在10%SDS-PAGE凝胶上电泳,并转移到PVDF膜上。5%脱脂奶粉封闭1小时。然后加入一抗孵育过夜,再加入辣根过氧化物酶标记的二抗孵育1小时。使用Odyssey红外成像系统对目的蛋白进行成像并使用Quantity One软件进行光密度测定。
1.6免疫组织化学
将石蜡包埋后的肾脏组织,制成3μm厚的石蜡肾切片,将切片抗原修复后,一抗4℃下孵育过夜,然后与生物素标记的第二抗体和辣根过氧化物酶(HRP)标记的第三抗体(DAKO)一起孵育。使用3,3'-二氨基联苯胺(DAB)试剂盒(Vector,#SK4100)进行显影,苏木精复染后显微镜下观察。一抗包括Col3a(Abcam,#ab-6310),LOX(Abcam,#ab-31238)。
1.7数据处理与统计学分析
采用SPSS 21.0版(SSPS Inc.)进行统计分析。健康对照组经性别-年龄-病例对照配对证实。连续性变量正态分布用平均值±标准差、非正态分布用中位数及四分位数表示。分类变量以频率和百分比表示。连续变量比较采用学生t检验或Mann-Whitney U检验,分类变量比较采用卡方检验。用Spearman相关系数或Pearson chisquare检验两个变量之间的相关性。测定血清LOX和肌酐对间质纤维化的诊断效能,采用ROC曲线、敏感性、特异性、AUC、95%置信区间,计算最佳Cutoff值。以血清LOX水平为竞争事件的多变量线性回归分析将白蛋白和血清肌酐作为连续变量,糖尿病和高血压作为二元变量。p<0.05为差异有统计学意义。采用逐步多元线性回归分析方法建立预测模型。p<0.05为差异有统计学意义。
2结果
2.1病人基线资料
202例接受肾活检的肾脏疾病患者和30例健康对照患者被纳入研究。根据Image J评分系统将肾病患者分为两组:无纤维化组(NF),评分=0;纤维化组(F),评分>0。研究人群的人口学和临床特征如表1所示。间质纤维化患者的收缩压、舒张压高于无纤维化患者,白蛋白、胆固醇水平低于间质纤维化患者(p<0.05)。各亚群在性别、年龄、前白蛋白、白蛋白、丙氨酸氨基转移酶、天冬酰胺酸、谷氨酰胺转肽酶、乳酸脱氢酶A、甘油三酯等方面无明显差异。
表1:肾脏纤维化患者与肾脏未发生纤维化患者的基线资料.
Figure BDA0002371980450000061
缩写词:NF:无纤维化组;F:纤维化组;DM:糖尿病;SBP:收缩压;DBP:舒张压;PA:前白蛋白;ALB:白蛋白;ALT:谷氨酸氨基转移酶;AST:天冬酰胺酸;GGT:谷氨酰胺转肽酶;LDHA:乳酸脱氢酶A;TCH:胆固醇;TG:甘油三酯。
来自队列的患者血清LOX和肾功能指标参数见表2。纤维化组血清LOX明显高于无纤维化组(356.12(238.74,479.40)vs 212.89(177.67,270.09),p<0.0001),健康对照组(356.12(238.74,479.40)vs 217.41±54.33,p<0.0001,)。两组间血清胱抑素、尿素氮、肌酐、eGFR差异有统计学意义(p<0.05)。
表2:肾脏纤维化患者与肾脏未发生纤维化患者的血清LOX水平及肾功能比较.
Figure BDA0002371980450000071
缩写词:NF:无纤维化组;F:纤维化组;Cys:胱抑素C;UA:尿酸;UPRO:24h尿蛋白;BUN:血尿素氮;sCr:肌酐。
为进一步分析血清LOX对肾纤维化的鉴别作用,将肾纤维化患者分为轻度纤维化组(MF),评分<25%;中度(评分26-50%)和重度(评分>50%)纤维化组(MSF),图像J评分系统评分26-100%。MSF组血清LOX明显高于MF组,而血清胱抑素、尿素氮、肌酐、eGFR等临床特征与MSF组无明显差异(表3)。
表3:轻度肾脏纤维化患者与中重度纤维化患者血清LOX及肾功能比较
Figure BDA0002371980450000072
缩写词:MF:轻度纤维化组;MSF:中-重度纤维化组;UPRO:24h尿蛋白;Cys:胱抑素C;UA:尿酸;BUN:血尿素氮;sCr:肌酐。
2.2血清LOX水平与间质纤维化的关系
与无肾纤维化患者相比,间质性纤维化(F)患者血清LOX水平较高(p<0.001,图1A)。MSF组血清LOX水平明显高于MF组(p<0.001,图1B)。血清LOX水平与肾间质纤维化面积呈正相关(r=0.640,p<0.001,图1C)。
表4显示了间质纤维化面积的多变量预测因子。调整白蛋白、eGFR,糖尿病和高血压后,LOX仍与肾间质纤维化相关(β=0.596,p<0.001)。
表4:肾纤维化患者血清LOX与其他变量的相关性的多元线性回归分析.
Figure BDA0002371980450000081
缩写词:ALB:白蛋白;DM:糖尿病;Hypertenstion:高血压。
间质性纤维化患者(n=127)按血清LOX水平的四分位数分为四组。血清LOX水平最高者(前25%)肾间质纤维化面积显著高于血清LOX水平最低者(低25%)(图1D)。肾间质纤维化面积与血清LOX水平显著相关(r=0.748,p<0.001)(图1E)。
为了进一步探讨血清LOX对间质纤维化的诊断价值,我们使用ROC分析LOX对肾脏纤维化的诊断水平。血清LOX预测肾脏纤维化的能力AUC-ROC为0.80(95%CI,0.74~0.86),血清LOX的cutoff值为253.34pg/ml,分层诊断肾脏纤维化轻度和中-重度的能力AUC-ROC为0.88(95%CI,0.82~0.95)(图2A)。血清LOX的cutoff值为306.56pg/ml(图2B)。
2.3肾穿刺组织LOX的表达
采用免疫组化方法进行肾脏组织LOX染色,并根据Image J评分系统测量肾间质纤维化评分面积,评价LOX与肾脏切片间质纤维化程度的相关性。无纤维化肾组织(包括轻度组织学异常和微小改变疾病)LOX和Col3蛋白染色阳性较少,间质纤维化组织标本LOX蛋白表达水平较高(图3B)。LOX表达与Col3表达(r=0.889,p=0.002)及肾组织间质纤维化面积(r=0.899,p<0.001)呈显著正相关,见图3C。
2.4肾间质纤维化诱导LOX的表达
我们通过体内外实验进一步证明肾间质纤维化与LOX水平的关系。AngII处理NRK-49F细胞12h、24h、36h、48h后,LOX蛋白表达增加2.3倍(图4A-B)。采用UUO大鼠模型检测肾脏LOX蛋白水平。进食14天后,Western blot(图4C-D)分析显示,14天后,UUO大鼠肾脏的LOX增加了6倍。免疫组化染色结果也在肾组织石蜡包埋切片中得到证实(图4E)。我们的结果显示肾纤维化与LOX表达增加呈正相关。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.血清赖氨酸氧化酶作为生物标志物在制备肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒其检测样品为血清。
3.检测血清中赖氨酸氧化酶蛋白或基因含量的试剂在制备肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述肾间质纤维化的分层诊断试剂或试剂盒其检测样品为血清。
5.一种肾间质纤维化的分层诊断试剂盒,其特征在于,所述试剂盒包含检测血清中赖氨酸氧化酶蛋白或基因含量的试剂,以及操作说明书,所述操作说明书记载:检测样品为血清;预测肾脏纤维化时血清LOX的cutoff值为253.34pg/ml,分层诊断肾脏纤维化轻度和中-重度时血清LOX的cutoff值为306.56pg/ml。
6.根据权利要求5所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒还包含至少一种血清赖氨酸氧化酶以外的肾间质纤维化标志物的诊断试剂。
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