Significance of urinary Aminopeptidase N and Dipeptidyl peptidase IV in early diagnosis of kidney damage in children with type 1 diabetes mellitus in North-Eastern region of Ukraine

Abstract

Вступ. У дітей та підлітків діабет має більш агресивний клінічний перебіг порівняно з дорослими. Це характеризується зниженою відповіддю на сучасні методи лікування, швидшим зниженням функції β-клітин, швидким прогресуванням інсулінорезистентності та прискореним розвитком як мікроваскулярних, так і макроваскулярних ускладнень. Діабетична нефропатія є одним з найважливіших та найпоширеніших ускладнень діабету і є основною причиною термінальної стадії ниркової недостатності. Що робить цукровий діабет 1 типу особливо актуальною проблемою для дитячих нефрологів. Клінічні прояви діабетичної нефропатії, такі як альбумінурія та зниження швидкості клубочкової фільтрації, зазвичай розвиваються протягом тривалого періоду (10–25 років). Водночас специфічні структурні зміни в нирках, такі як потовщення базальної мембрани клубочків і мезангіальне розширення, можуть виникати значно раніше — через 1,5–5 років після початку діабету. Важливо зазначити, що при діабетичній нефропатії вражаються не лише клубочки, а також канальці. Тубулоінтерстиціальні ураження виникають раніше, ніж ушкодження клубочків, що вказує на те, що тубулярні біомаркери можуть бути більш чутливими для раннього виявлення. Маркери із пептидазною активністю було визнано ефективними для діагностики ранніх пошкоджень канальців. Амінопептидаза N, яка є ектопептидазою, широко експресується в нирках і є визнаним уринарним маркером пошкодження проксимальних канальців. Аналогічно, Дипептидилпептидаза IV експресується у вісцеральних епітеліальних клітинах клубочків, ендотеліальних клітинах та щітковій облямівці проксимальних канальців. Підвищені рівні Дипептидилпептидази IV у сечі відмічалися у діабетичних пацієнтів із нормоальбумінурією, що свідчить про її потенціал як раннього біомаркера початку діабетичної нефропатії. Мета. Визначити рівень Амінопептидази N та Дипептидилпептидази IV у сечі дітей з північно-східного регіону України залежно від тривалості діабету. Матеріали та методи. Обстежено 55 осіб, з них 47 дітей з цукровим діабетом 1-го типу та 8 практично здорових дітей без діабету та патології нирок. Пацієнтів було поділено на 3 групи залежно від тривалості захворювання: з вперше виявленим діабетом до одного року – 11 осіб, з перебігом захворювання від 1 до 5 років – 24 дитини, із тривалістю хвороби понад 5 років – 12 осіб. Для визначення інтенсивності хемілюмінесценції Амінопептидази N та Дипептидилпептидази IV використовували Proteome Profiler Human Kidney Biomarker Antibody Array (R&D Systems, Minneapolis, USA) та систему візуалізації сигналу Bio-Rad ChemiDoc Touch. Для статистичного аналізу отриманих даних використовували дескриптивну статистику та непараметричні методи, зокрема таблиці спряженості та коефіцієнт рангової кореляції Спірмена (r). Результати з p< 0.05 вважалися статистично значущими. Результати. Рівні Амінопептидази N та Дипептидилпептидази IV у сечі були статистично підвищені у дітей з тривалістю цукрового діабету 1 типу менше одного року. Амінопептидаза N показала помірну кореляцію зі швидкістю клубочкової фільтрації (r=0.589, p=0.044). Натомість Дипептидилпептидаза IV мала сильну позитивну кореляцію зі швидкістю клубочкової фільтрації (r=0.869, p=0.0001) та помірну кореляцію з Амінопептидазою N (r=0.467, p=0.126). Висновки. Рівень сироваткового креатиніну значно підвищується лише через 1–5 років після початку цукрового діабету 1 типу, що робить його не придатним для раннього виявлення пошкодження нирок у дітей. На відміну від нього, Амінопептидаза N та Дипептидилпептидаза IV є надійними предикторами ураження нирок у дітей з цукровим діабетом 1 типу у північно-східному регіоні України. Серед них Дипептидилпептидаза IV виділяється як кращий неінвазивний маркер завдяки специфічній локалізації в проксимальних канальцях та епітелії клубочків, а також вираженій позитивній кореляції зі швидкістю клубочкової фільтрації.

Introduction. Compared to adults, diabetes in children and adolescents follows a more aggressive clinical course. This is characterized by a reduced response to current treatments, a faster decline in β-cell function, the rapid progression of insulin resistance, and an accelerated development of both microvascular and macrovascular complications. Diabetic nephropathy stands out as one of the most critical and common complications of diabetes and is the leading cause of end-stage renal disease. This makes type 1 diabetes mellitus particularly significant for pediatric nephrologists. While clinical signs of diabetic nephropathy, such as albuminuria and a decline in glomerular filtration rate, typically manifest over a longer period (10–25 years), specific structural changes in the kidneys, such as glomerular basement membrane thickening and mesangial expansion can occur much earlier, within 1.5 to 5 years of diabetes onset. Notably, diabetic nephropathy affects not only the glomeruli but also involves tubular damage. Tubulointerstitial lesions often precede glomerular injury, suggesting that tubular biomarkers might be more sensitive for early detection. Markers with peptidase activity have proven effective in identifying early tubular injury. Aminopeptidase N, an ectopeptidase widely expressed in the kidneys, is a recognized urinary marker for proximal tubule damage. Similarly, Dipeptidyl peptidase IV is expressed in glomerular visceral epithelial cells, endothelial cells, and the brush border of proximal tubules. Elevated urinary Dipeptidyl peptidase IV levels have been detected in diabetic patients with normoalbuminuria, indicating its potential as an early biomarker for the onset of diabetic nephropathy. Objective. To determine urinary Aminopeptidase N and Dipeptidyl peptidase IV levels in children from north-eastern region of Ukraine depending on the diabetes duration. Materials and methods. A total of 55 participants were included in the study, comprising 47 children with type 1 diabetes mellitus and 8 children with no history of diabetes and kidney disease. The patients with type 1 diabetes mellitus were divided into three groups based on disease duration: less than 1 year (11 participants), 1–5 years (24 participants), and more than 5 years (12 participants). The chemiluminescence signals of Aminopeptidase N and Dipeptidyl peptidase IV in urine were analyzed using the Proteome Profiler Human Kidney Biomarker Antibody Array (R&D Systems, Minneapolis, USA) and the Bio-Rad ChemiDoc Touch imaging system. Statistical analysis was conducted using descriptive statistics and nonparametric methods, including contingency tables and Spearman’s rank correlation coefficient (r). Results with p< 0.05 were considered statistically significant. Results. Urinary Aminopeptidase N and Dipeptidyl peptidase IV levels statistically increased in children with the duration of type 1 diabetes mellitus less than one year. Aminopeptidase N showed a moderate correlation with glomerular filtration rate (r=0.589, p=0.044). While Dipeptidyl peptidase IV was strongly positive correlated with glomerular filtration rate (r=0.869, p=0.0001) and weaker correlation with Aminopeptidase N (r=0.467, p=0.126). Conclusions. Serum creatinine levels rise significantly only 1–5 years after the onset of type 1 diabetes mellitus, making it unsuitable as an early predictor of kidney damage in children with type 1 diabetes mellitus. Both Aminopeptidase N and Dipeptidyl peptidase IV are reliable markers for the early detection of renal injury in children with type 1 diabetes mellitus in the north-eastern region of Ukraine. Among these, Dipeptidyl peptidase IV is a preferable non-invasive marker for early kidney damage due to its specific localization in the proximal tubules and glomerular epithelium, as well as its strong positive correlation with glomerular filtration rate.