Improving diagnosis and characterization of Primary Aldosteronism through different -omics approaches

Primary aldosteronism (PA) is the most common form of secondary hypertension and it is characterized by a Renin Angiotensin System (RAAS) independent overproduction of aldosterone by the adrenal glands. The clinical features of primary aldosteronism resemble the ones of an essential hypertensive patient (EH) but PA patients have a higher risk of cardiovascular events and a worse prognosis. Correctly diagnosed PA patients can benefit from specific treatments like the surgical removal of the aldosterone hyperproducing adrenal lesion or the administration of mineralocorticoid receptor antagonists (MRAs), depending on the features of the disease. Diagnosis and subtyping are highly challenging tasks and a complex diagnostic work-up was developed to be used in clinical practice. The identification of molecular markers of PA could provide new instruments that can help in the screening, diagnosis and characterization of this disease. In our study, we carried out different experimental strategies to improve the identification and characterization of PA by identifying specific molecular signatures, also taking advantages of urinary extracellular vesicles (UEV) analysis to identify prospect biomarkers in a non-invasive way. We propose a protocol for the investigation of mRNA content in UEV that provided information on the pathophysiological regulation of the sodium-chloride cotransporter transcript (NCC) in our proof-of-principle study. We analyzed the protein content of UEV through an untargeted MS-based approach that identified several biomarker candidates separating EH and PA patients, and we also detected significant differences in key proteins involved in water reabsorption pathway. Lastly, we carried out semi-targeted metabolomics analysis of serum samples from EH and PA patients, including a follow up of the metabolic changes in 7 aldosterone-producing adenoma (APA) patients after surgical therapy in a 2-year time window. Through this approach, we discovered differences in purine, lipid and energy related metabolites in PA and EH patients, as well as in PA subtypes APA and bilateral hyperaldosteronism (BAH). In our follow-up study we detected marked variations in the level of metabolites related to endothelium homeostasis and lipid mediators of inflammation. Through these strategies, we have identified several molecular markers that can improve the PA diagnostic work-up and we gained insight into the pathophysiological features of this disease, highlighting the usefulness of the -omics approaches in the investigation of complex diseases.

L’iperaldosteronismo primario (PA) è la più comune forma di ipertensione secondaria ed è caratterizzata da una produzione e secrezione di aldosterone nella corteccia surrenalica, in completa o parziale indipendenza dal sistema renina-angiotensina. Le caratteristiche cliniche dell’iperaldosteronismo sono simili a quelle riscontrabili nei pazienti con ipertensione essenziale (EH) ma è noto che, rispetto ad essi, i pazienti con PA siano soggetti a un rischio maggiore di sviluppare eventi cardiovascolari. Una diagnosi corretta di PA permette a questi pazienti di poter ricevere un trattamento specifico, rappresentato dalla rimozione chirurgica della lesione surrenalica che causa la produzione incontrollata di aldosterone quando la malattia è monolaterale, o dalla somministrazione di inibitori del recettore dei mineralocorticoidi quando la malattia è bilaterale. La diagnosi e la sottotipizzazione di PA sono processi difficoltosi che hanno richiesto lo sviluppo di un complesso e articolato algoritmo diagnostico utilizzato in clinica. L’identificazione di marcatori molecolari di PA potrebbe fornire nuovi strumenti per migliorare lo screening, la diagnosi e la caratterizzazione di questa malattia. Nel nostro studio abbiamo adottato differenti strategie sperimentali con l’obiettivo di migliorare il riconoscimento e la caratterizzazione del PA tramite l’identificazione di molecole peculiari, sfruttando anche le caratteristiche delle vescicole extracellulari urinarie (UEV) come fonte di potenziali biomarker. In questo studio abbiamo proposto un protocollo per l’analisi del contenuto in mRNA delle UEV che abbiamo impiegato in un esperimento pilota per la quantificazione del trascritto del cotrasportatore sodio-cloro (NCC), una proteina chiave nel riassorbimento del sodio nel tubulo convoluto distale. Grazie a questo protocollo, abbiamo ottenuto informazioni sulla regolazione di NCC in condizioni patofisiologiche in pazienti PA ed EH. Abbiamo anche analizzato il contenuto di proteine nelle UEV tramite un approccio di tipo untargeted basato sulla spettrometria di massa, identificando diversi potenziali biomarker proteici capaci di separare i pazienti EH dai PA ed evidenziando alcune differenze in proteine chiave nei meccanismi di riassorbimento dell’acqua a livello renale. Infine, abbiamo condotto uno studio di metabolomica sui campioni di siero di PA ed EH, includendo anche un follow-up di pazienti con aldosterone-producing-adenoma (APA), i cui campioni sono stati prelevati nell’arco di due anni. Con questo approccio abbiamo osservato che fra i gruppi PA ed EH esistono differenze metaboliche che coinvolgono il metabolismo di purine, lipidi e carboidrati, mentre nello studio follow-up siamo riusciti a evidenziare delle notevoli variazioni in livelli di metaboliti coinvolti nell’omeostasi endoteliale e in lipidi mediatori dell’infiammazione. Grazie a queste strategie, abbiamo illustrato alcuni meccanismi di regolazione di trascritti, proteine e metaboliti nel PA e abbiamo identificato diversi potenziali marcatori molecolari che potrebbero contribuire a migliorare l’iter diagnostico. Il nostro studio evidenzia anche l’utilità degli strumenti di -omica per l’indagine di malattie complesse e l’identificazione di biomarker.