Metabolomics Biomarkers in Renal Toxicity
Nephrotoxicity (toxicidade renal) ocorre quando a desintoxicação e excreção específica dos rins não funcionam correctamente devido a danos ou destruição da função renal por substâncias tóxicas. A nefrotoxicidade pode ser o resultado de alterações hemodinâmicas, lesão directa de células e tecidos, lesão inflamatória de tecidos, e obstrução da excreção renal. A nefrotoxicidade é induzida por uma grande variedade de drogas terapêuticas (incluindo antibióticos, imunossupressores, agentes antineoplásicos, anti-inflamatórios não esteróides, drogas de abuso, e medicamentos naturais) e poluentes ambientais (incluindo metais pesados, solventes orgânicos, insecticidas, e glicóis).
p>Existem vários biomarcadores clínicos convencionais de nefrotoxicidade, incluindo a depuração de creatinina, creatinina sérica (SCr), e nitrogénio ureico no sangue (BUN). Estes biomarcadores convencionais de nefrotoxicidade sofrem de falta de especificidade e sensibilidade. Estes marcadores só estão presentes a níveis significativos após a ocorrência de danos renais extensos. Devido a estas limitações, tem havido um interesse significativo na identificação de biomarcadores novos, mais sensíveis e específicos de nefrotoxicidade. Há uma série de biomarcadores de proteínas emergentes para nefrotoxicidade e há também um interesse significativo na descoberta de potenciais biomarcadores de pequenas moléculas de nefrotoxicidade utilizando metabolómica (Zhao e Lin, 2014).
Foram realizados vários estudos na tentativa de identificar biomarcadores de nefrotoxicidade de antibióticos utilizando abordagens metabólicas. Por exemplo, um estudo mediu as alterações metabólicas na urina de ratos recém-nascidos após a dosagem com o aminoglicosídeo gentamicina antibiótica utilizando GC-MS e LC-MS. Foram identificados vários biomarcadores putativos, incluindo triptofano, ácido cinurénico, ácido xanturénico, e ácido hippúrico. Os níveis de triptofano foram aumentados após a dosagem com gentamicina, enquanto que os níveis de ácido cinurénico, ácido xanturénico, e ácido hippúrico foram diminuídos. Alterações estatisticamente significativas nestes biomarcadores estiveram presentes 3 dias após a dosagem de gentamicina, enquanto aumentos significativos em BUN e SCr só foram notados 7 dias após a dosagem de gentamicina (Hanna et al., 2013).
Os medicamentos imunossupressores são também causas bem conhecidas de nefrotoxicidade. Os medicamentos inibidores da calcineurina ciclosporina e tacrolimus são a base da maioria dos protocolos para a prevenção da rejeição de órgãos após o transplante. Um resumo de estudos metabólicos para identificar biomarcadores da nefrotoxicidade dos imunossupressores apareceu recentemente (Bonneau et al., 2016). Numerosos estudos em rato e urina humana utilizando NMR identificaram moléculas biomarcadoras candidatas, incluindo glucose, TMAO, citrato, lactato, 15-F2-isoprostano, hipoprotato, inositol, creatinina, succinato, α-ketoglutarate, creatina, trimetilamina (TMA), e taurina. Um estudo metabólico utilizando plasma de rato e NMR identificou biomarcadores candidatos, incluindo creatinina, TMAO, e glutatião. Um estudo utilizando soro humano de receptores de transplante e RMN identificou biomarcadores putativos, incluindo lípidos, glucose, hipoxantina, lactato, succinato, e taurina.
Cisplatina é um agente antineoplástico utilizado para tratar uma variedade de tumores sólidos. Um dos principais efeitos secundários da terapia da cisplatina é a nefrotoxicidade. A nefrotoxicidade da cisplatina está relacionada com o desencadeamento de espécies reactivas de oxigénio, entre vários outros mecanismos. Os biomarcadores convencionais de nefrotoxicidade SCr e BUN são utilizados como marcadores de toxicidade da cisplatina, mas estes só aumentam acentuadamente após uma lesão renal significativa. Vários biomarcadores candidatos descobertos usando abordagens genómicas e proteómicas provaram ser mais sensíveis do que os biomarcadores convencionais. Contudo, continua a haver um interesse significativo na identificação de biomarcadores metabólicos de toxicidade cisplatina. Num estudo de exemplo, GC-MS e LC-MS foram utilizados para encontrar biomarcadores de nefrotoxicidade cisplatina no plasma de ratos (Ezaki et al., 2017). Os biomarcadores derivados de GC-MS incluem cisteína e cistina e 3-hidroxibutirato. Os biomarcadores derivados de LC-MS incluem três acilcarnitinas (AC 14:0, AC 18:1, e AC 18:2) e uma fosfatidilletanolamina (C18:2-C18:2). Os níveis plasmáticos de todos os biomarcadores metabolómicos identificados mostraram alterações significativas no plasma mais rapidamente após a administração de cisplatina do que os biomarcadores clínicos convencionais SCr e BUN.
Toxicantes contidos em medicamentos naturais, incluindo medicamentos chineses tradicionais, são também fontes potenciais de nefrotoxicidade. Os ácidos aristolóquicos são uma família de potentes ácidos nefrotóxicos encontrados principalmente nos géneros vegetais Aristolochia e Asarum. Estas ervas têm sido utilizadas para aliviar sintomas como tosse, dores artríticas e problemas gastrointestinais. Num estudo recente, os investigadores utilizaram LC-MS para identificar biomarcadores de nefrotoxicidade de ácidos aristolóquicos na urina de ratos. Foram identificados vários metabolitos com níveis significativamente alterados, incluindo citrato, aconato, fumarato, glucose, creatinina, sulfato de p-cresil, sulfato de indoxil, ácido hippúrico, fenilacetylglicina, ácido cinurénico, ácido indole-3-carboxílico, espermina, ácido úrico, alantoína, ácido cólico, e taurina. Os autores realizaram o mapeamento das vias KEGG (enciclopédia de genes e genomas de Quioto) para concluir que a nefrotoxicidade dos ácidos aristolóquicos perturbou as vias bioquímicas, incluindo o ciclo TCA, o metabolismo da microflora intestinal, o metabolismo dos aminoácidos, o metabolismo da purina, e a biossíntese do ácido biliar (Zhao et al., 2015).
Melamina é uma molécula pequena, rica em azoto, com uma série de usos industriais. Por vezes, também é adicionada à alimentação animal e alimentar como adulterante para aumentar o nível aparente de proteína na alimentação animal ou alimentar quando são realizados testes de proteínas à base de nitrogénio. A melamina é também severamente nefrotóxica quando é coadministrada com ácido cianúrico, um composto relacionado, e pode causar insuficiência renal aguda. Uma recolha de alimentos para animais de estimação em 2007 e um escândalo com leite e fórmula infantil em 2008 na China foram ambos relacionados com surtos de nefrotoxicidade causados pela contaminação com melamina e ácido cianúrico. Desde estes incidentes, vários estudos têm utilizado abordagens metabólicas para identificar possíveis biomarcadores da nefrotoxicidade da melamina e do ácido cianúrico. Um estudo publicado em 2012 utilizou a RMN para medir alterações de metabolitos endógenos em tecido renal de ratos doseados com melamina e ácido cianúrico. Foram observados mais de 30 metabolitos com níveis drasticamente alterados em comparação com o tecido renal normal de ratos (Kim et al., 2012).