Molekulární hranice hemodialýzy: odhalování role membrán v genové ex-presi, epigenetice a zánětlivých drahách

Osud dialyzovaného pacienta a délka i kvalita jeho života jsou dány adekvátní mimotělní eliminací a komplexní péčí v průběhu pravidelného dialyzačního léčení. Jsou ovlivněny i preexistujícími a de novo klinickými komplikacemi, jejich závažností, progresí a případně reverzibilitou, ale i specifickými rizikovými faktory souvisejícími s dialýzou. K nim řadíme nejen uremické toxiny, ale i nefyziologičnost procedury a biokompatibilitu dialyzačních systémů s chronickým zánětem. Pochopitelně všem těmto rizikům, spojeným s dialýzou přímo či nepřímo, pokud možno předcházíme a minimalizujeme je.

Dialyzační technologie, včetně biokompatibility membrán a eliminačních charakteristik, se setrvale zlepšují.¹ K další minimalizaci zbytkové biokompatibility i zánětlivého nastavení organismu jsou však důležité další poznatky, včetně poznatků z molekulárněgenetické oblasti. A právě tímto směrem se autoři zaměřují. Studují vztah mezi zánětem, epigenetickými změnami a genovými modifikacemi v kontextu dialyzační membrány i dialyzační procedury. Jejich práce shrnuje, jak se pokroky v dialyzační technologii promítly do epigenetických modifikací, genových expresí a do chronického zánětu dialyzovaných pacientů.

Článek je koncipován jako přehledová práce. Je rozsáhlý (31 tištěných stran a 369 literárních citací) a jeho čtení není jednoduché. Dosavadní poznatky o epigenetických mechanismech v oblasti dialýzy jsou neucelené a autoři sami na to v textu opakovaně upozorňují. Přesto je článek jako celek důležitý, protože důsledky pro dialyzovaného pacienta jsou nepochybné a takto pojatá analýza nebyla dosud publikována.

Z článku jsou pro prezentaci a komentář v Postgraduální nefrologii vybrány jen některé okruhy. Výběr je limitován i tím, že z epigenetických mechanismů jsou vybrány jen poznatky, které se týkají metylace DNA; změny histonů a role nekódujících miRNA zde zmíněny nejsou, lze je však v článku najít.

Metylace DNA znamená připojení metylové skupiny (–CH₃) na pátou uhlíkovou pozici cytosinu, za kterou následuje guanin. Typicky pak vzniká CpG (cytosin‑fosfát‑guanin). Tato změna vede k inaktivaci (nikoliv ke změně struktury) daného genu. Brání vazbě příslušného transkripčního faktoru pro gen „postižený“ metylací DNA. Gen je ztišen a genová transkripce neprobíhá. Metylace DNA vede též ke kondenzaci chromatinové struktury, což opět snižuje úroveň transkripce metylovaného genu. Proces metylace DNA patří mezi epigenetické mechanismy, které zodpovídají za skutečnost, že i při podobné genetické výbavě je prezentace genové informace (neboli fenotyp) rozdílná.

Cílem tohoto textu není zprostředkovat jednotlivé detaily sofistikovaných vědeckých poznatků, ale spíše na tuto celou oblast upozornit. V běžné praxi totiž na dialyzační eliminaci nahlížíme automaticky jako na cestu, jak odstranit katabolity a vodu. Tento statický přístup však není postačující.

V mnoha patologických stavech, včetně nemocí ledvin, jejich selhání, uremie, dialyzační a transplantační léčby, se metylace DNA může měnit. Poznatky jsou však bohužel jen částečné.

Dialyzační procedura není biologicky inertní. Vlivem uremických toxinů, ale i samotným kontaktem krve s membránou se různou intenzitou aktivují různé prozánětlivé geny, a to i přes zlepšení biokompatibility membrán. Charakteristiky moderních dialyzačních membrán se mezi sebou liší. Hydrofilní membrány jsou obecně více biokompatibilní. Hydrofobní membrány zvyšují adsorpci proteinů s následným snížením propustnosti a zvýšením predispozice k zánětu. Dalším aspektem je náboj membrány, kdy negativní náboj adsorpci bílkovin snižuje. Důležitá je i porozita a na významu nabývají i bioaktivní povrchy.² Zbytková inkompatibilita dialyzačních membrán však zůstává stále induktorem molekulárněgenetických negativních změn.³

Hemodialýza vyvolává nejen změny epigenetiky, jejíž nejvíce zkoumanou oblastí je právě metylace DNA, ale může vést i ke změně strukturální stability DNA. Narušení struktury DNA může způsobit mechanický stres, fluktuace pH, ale i oxidační stres. Chování fragmentů DNA v krvi během dialýzy není jasné. Konkrétní studie zaměřené přímo na vliv membrány na interakci DNA totiž nejsou k dispozici. Existují studie mapující změny během dialýzy, ale nikoliv při dialýze s konkrétní membránou.

Ovlivnění metylace DNA je rozdílné i podle dialyzační modality, tedy alespoň v ojedinělé studii, která čeká na rozšíření a potvrzení. Pacienti léčení vysokopropustnou hemodialýzou vykazovali globální (celogenomovou) metylaci DNA významně vyšší než zdravé kontroly a také než pacienti léčení on‑line hemodiafiltrací. Navíc metylace DNA byla nejvyšší u těch pacientů léčených hemodialýzou, kteří měli současně zánět. Pokud je koncentrace C‑reaktivního proteinu (z jakýchkoliv příčin) zvýšena, metylace DNA stoupá neboli exprese zúčastněných genů je nižší. Hemodiafiltrace jako taková je tedy spojena s příznivějším (aditivně nesníženým) metylačním profilem DNA.⁴

Globální metylaci DNA zkoumaly i další práce, avšak s neshodnými výsledky.^5–7 Poznatky o globální metylaci DNA však poskytují jen základní nespecifickou informaci, navíc jen pilotní. Pokud by výzkum měl směřovat k personalizované medicíně, tedy k cíli formulovanému samotnými autory, je třeba data nejen ověřit, ale rozšířit pro konkrétní geny, konkrétní membrány a konkrétně definovanou eliminační strategii. Je také důležité, zda je zkoumána celogenomová metylace (podle některých autorů je u dialyzovaných pacientů zvýšená, podle posledních prací je odlišná v závislosti na tkáni), či je metylace již genově cílená, a také to, v jakém biologickém materiálu je zkoumána (kvalitativní, avšak semikvantitativní výsledky přináší zkoumání tzv. cell‑free DNA). Přesto i tato metoda ověřila, že během dialýzy dochází ke změně metylačního statusu promotorů genů zapojených do imunitní reakce (konkrétně geny interleukinu 7 a další),⁸ kdy je popsáno, že cell‑free DNA je během hemodialýzy zvýšená, a to nejspíše v důsledku apoptózy leukocytů na dialyzační membráně i jinde (sekvestrace neutrofilů v plicích).

Chronický zánět dialyzovaných pacientů nelze vnímat jen z pohledu infekce (byť ta se na něm často podílí, i když i v mitigované podobě), ale musíme vědět, že infekce ho dále zesiluje. Akcentaci působí i méně nápadné zdroje (periodontitida, dysfunkční graft in situ, infekt u umělohmotného cévního graftu a další). Každé zvýšení koncentrace C‑reaktivního proteinu je u dialyzovaných pacientů významné a hodnocení s poznámkou, že elevace je jen mírná, neobstojí. Autoři v textu opakovaně dokládají nepříznivý klinický dopad perzistujícího zánětu non‑in­fek­ční­ho původu například na malnutrici, svalové chátrání a zejména na kardiovaskulární komplikace, a další nepříznivé klinické okolnosti pak představují další zhoršení.

Byl zmíněn rozdíl v metylaci DNA mezi modalitami mimotělní eliminační léčby. Zmíníme dále i změny metylace DNA vyvolané během procedury, tj. rozdílnou metylaci na konci procedury.⁸ Zde se za pevně prokázaný považuje vzestup exprese proinflamatorních genů (tj. došlo ke snížení jejich metylace).

Dialýza jako procedura sama o sobě zvyšuje zánětlivou reakci, a navíc mění i jiné epigenetikou ovlivněné charakteristiky. Příkladem u hemodialyzovaných pacientů je alterovaná exprese genů ve vztahu k fibróze (a důsledkem může být i cévní ztuhlost, pochopitelně v kontextu dalších mnoha faktorů). Bylo dokonce navrženo, že opakovaná expozice dialyzační proceduře neboli pravidelné dialyzační léčení jako takové může přispívat k progresivní tkáňové remodelaci neboli fibrotizaci.

Klíčové epigenetické změny ve vztahu k zánětu indukovanému dialýzou zahrnují nejen metylaci DNA, ale i modifikaci histonů a dysregulaci nekódujících miRNA neboli celá problematika je mnohem komplexnější. Navíc molekulárněbiologická realizace genetické informace je ovlivněna i environmentálními faktory, ke kterým zde patří uremické toxiny, oxidační stres a metabolické šířeji pojaté faktory, například hyperglykemie, porucha metabolismu homocysteinu a mnohé další. V celkovém kontextu pak epigenetické a doprovodné děje přispívají nejen k zánětlivému stavu a funkčním a orgánovým změnám, ale i k závažným kardiovaskulárním komplikacím, byť zde tvoří jen určitou část z mnohem silnějších vlivů.