Jak cukrovka způsobuje náchylnost k COVID-19 v ledvinách: Nové stopy poskytované organoidy

Ebrzy během pandemie byl diabetes rozpoznán jako rizikový faktor špatné prognózy u pacientů s koronavirovým onemocněním 2019 (COVID-19). Ačkoli se nezdá, že by diabetes zvýšil riziko infekce těžkým akutním respiračním syndromem koronavirem 2 (SARS-CoV-2), jedinci s diabetem jsou náchylnější k těžkému COVID-19.1 Retrospektivní kohortové studie hospitalizovaných pacientů s COVID-19 poskytly samostatnou řadu důkazůakutní poškození ledvinse vyskytuje často a je spojena se zvýšenou úmrtností v nemocnici u pacientů s COVID-19.2 Přes uznávaný význam diabetu akomorbidita související s ledvinamiu COVID-19 bylo objasnění potenciálních mechanismů, včetně schopnosti SARS CoV-2 infikovat ledviny, ztíženo omezenou dostupností ledvinové tkáně od pacientů sCOVID-19. Přestože předchozí studie prokázaly, že lidské pluripotentní kmenové buňky (hPSC)–odvozené ledvinové organoidy a vaskulární organoidy mohou být přímo infikovány SARS-CoV-2,3 teprve nedávno Jansena kol.poskytnout přesvědčivé důkazy, že SARS-CoV-2 je přítomen vledviny pacientůs COVID-19.4

KLIKNĚTE ZDE A ZÍSKEJTE BYLINNÝ PŘÍPRAVEK CISTANCHE PROTKÁŇ LEDVIN

Organoidy lidských ledvin se již dříve ukázaly jako vhodný model pro zkoumání přímé interakce mezi SARS-CoV-2 a tkání lidských ledvin3,4; zavedené modely ledvinových organoidů však nerekapitulovaly kritickou patofyziologii ledvin, která je často pozorována u pacientů s diabetem. K řešení tohoto problému a prozkoumání role přímé infekce ledvin SARS-CoV-2 ve zvýšené závažnosti onemocnění u pacientů s diabetem Garreta et al. vyvinuli novou organoidní kulturu lidských ledvin, která napodobuje tkáň lidské ledviny vystavené diabetickým podmínkám.5 Pomocí tohotoorganoidní model diabetických ledvinautoři zkoumali potenciální mechanismy, které jsou základem zvýšené závažnosti onemocnění u pacientů s COVID{0}} a diabetem.

Co studie ukázala?

Autoři použili léčbu glukózou s vysokou oscilací ke stimulaci časných diabetických fenotypů u organoidů ledvin odvozených od hPSC (obrázek 1). Kontrolní a diabetické ledvinové organoidy obsahovaly srovnatelné struktury podobné nefronům a exprimovaly podobné hladiny mRNA genů specifických pro segment nefron, endoteliálních a stromálních markerů.5 Přestože diabetický stav nezměnil složení a integritu bazálních membrán, ukládání proteinů extracelulární matrix byla zvýšena v tubulointersticiální oblasti u organoidů diabetických ledvin, což připomíná fibrózu ledvin u diabetického onemocnění ledvin (DKD).5 Je pozoruhodné, že diabetické prostředí změnilo buněčný metabolismus prostřednictvím upregulace glykolytických genů, včetně laktátdehydrogenázy A (LDHA), a zároveň potlačilo gen pro biogenezi mitochondrií PPARG koaktivátor 1a (PGC1a).5 Tato „metabolická paměť“ byla zachována v epiteliálních buňkách proximálních tubulárních (PT) izolovaných z organoidů diabetické ledviny i po dlouhodobé kultivaci. V souladu s nálezy v ledvinových organoidech prokázaly lidské proximální tubulární buňky (HPTC) získané od pacientů s diabetem také zvýšení hladin LDHA mRNA a snížení hladin PGC1a mRNA spolu se zvýšenou oxidativní fosforylací, bazální respirací a syntézou ATP ve srovnání s HPTC odvozené od kontrolních pacientů.5

U kontrolních i diabetických ledvinových organoidů byla exprese angiotenzin-konvertujícího enzymu 2 (ACE2) primárně detekována v PT epiteliálních buňkách. Oscilační léčba glukózou významně zvýšila expresi ACE2 v organoidech diabetických ledvin zvýšením stability mRNA ACE2.5 Zvýšení exprese ACE2 v organoidech diabetických ledvin bylo spojeno se zvýšenou infekcí SARS CoV-2 ve srovnání s kontrolními organoidy. Analýza sekvenování jednobuněčné RNA kontrolních organoidů a organoidů diabetických ledvin s infekcí SARS-CoV- 2 dále potvrdila, že organoidy diabetických ledvin obsahovaly více buněk exprimujících virovou RNA ve srovnání s kontrolními organoidy.5 Podobně se exprimovaly HPTC odvozené od pacientů s diabetem vyšší hladiny ACE2 než kontrolní HPTC, což propůjčuje zvýšenou náchylnost k infekci SARS-CoV-2.5 Zánětlivé procesy byly upregulovány infekcí SARS-CoV{18}} jak u kontrolních, tak u diabetických ledvinových organoidů, což potvrzuje nedávná pozorování v ledviny pacientů s COVID-19.4 Ve srovnání s kontrolními organoidy vykazovaly organoidy diabetických ledvin významnější downregulaci glykolytických drah a výraznější upregulaci zánětu a drah souvisejících s diabetem při infekci SARS CoV-2.5

Ke zkoumání požadavku na ACE2 a další domnělé receptory pro SARS-CoV-2 infekci epiteliálních buněk ledvin autoři použili nástroje pro úpravu genu CRISPR-Cas9 ke generování knockoutu ACE2, basiginu (BSG) a neuropilinu 1 (NRP1). hPSC. Nedostatek ACE2 zcela zrušil infekci SARS-CoV-2 v ACE2 knockoutovaných ledvinových organoidech za podmínek kontroly i diabetu, aniž by ovlivnil vývoj ledvinových struktur.5 Reexprese ACE2 obnovila náchylnost k infekci SARS-CoV-2 . BSG ani NRP1 nebyly vyžadovány pro infekci SARS-CoV-2 v ledvinových organoidech, ačkoli delece BSG snížila hladiny mRNA SARS-CoV{20}} v BSG knockout ledvinových organoidech.5

Proč je tato studie důležitá?

Tato studie vyvinula první organoidní model diabetické ledviny, který poskytuje další potenciální platformu pro zkoumání patofyziologie DKD. Organoidy diabetických ledvin skutečně vykazovaly některé klíčové patologické rysy připomínající ledviny za diabetických stavů, jako je tubulointersticiální fibróza a upregulace exprese ACE2, což zase propůjčilo zvýšenou náchylnost k infekci SARS-CoV-2.5 Nicméně omezení ze současných dětských organoidů je náročné rekapitulovat mnoho charakteristických znaků DKD, včetně vaskulárních defektů, mezangiální expanze a ztluštění bazální membrány glomerulů.6 Funkční vaskularizace ledvinových organoidů, zejména glomerulární vaskularizace, podstatně zvýší patofyziologický význam diabetické ledviny organoidní model. Tohoto výkonu lze dosáhnout pomocí organoidního multiplexování s vaskulárními organoidy3 s usnadněním mikrofluidního zařízení.

Diabetické ledvinové organoidy prokázaly metabolické změny na transkriptomické úrovni. Ještě důležitější je, že PT epiteliální buňky izolované z diabetických ledvinových organoidů si po vysazení oscilační léčby glukózou zachovaly metabolickou paměť, podobně jako PT epiteliální buňky odvozené od pacientů s diabetem. Tato studie přinesla zajímavé pozorování, že oscilační léčba glukózou downregulovala expresi PGC1a, zatímco upregulovala mitochondriální dýchání a produkci ATP v ledvinových organoidech.7 Ačkoli je PGC1a upregulována v několika modelech diabetu, kde je zvýšená glukoneogeneze, nedávné studie prokázaly renoprotektivní roli PGC1a prostřednictvím zlepšení oxidace mastných kyselin.8 Vzorky biopsie ledvin od pacientů s DKD prokázaly silnou redukci transkripčních regulátorů dráhy oxidace mastných kyselin, zatímco většina myších modelů DKD nevykazuje změny v hladinách PGC1a ani se u nich nevyvine progresivní fibróza ledvin.9 Organoidy lidských ledvin mohou pomáhají řešit nesrovnalosti způsobené mezidruhovými rozdíly a zároveň zohledňují dopad léků na diabetes předepisovaných lidským pacientům. Budoucí studie by například mohly prozkoumat, zda inhibitory sodíku/glukózového kotransportéru 2 (SGLT2) mohou zmírnit některé patologické fenotypy u organoidů diabetických ledvin.

Zbývá objasnit, jak často SARS-CoV-2 přímo infikuje ledviny pacientů s COVID-19 a zda diabetes zhoršuje COVID-19 konkrétně prostřednictvím infekce zprostředkované ACE2-. Jansen et al.4 detekovali SARS-CoV-2 ve všech vzorcích ledvin od 62 pacientů s COVID-19; jiná studie se vzorky ledvin od 284 pacientů s COVID{11}} však detekovala nukleokapsidový protein SARS CoV{12}} pouze imunohistochemicky ve 3,7 % případů.2 Analýza sekvenování jednojaderné RNA tkáně při pitvě ledvin z jednoho pacient ukázal, že téměř všech 14 identifikovaných buněčných shluků exprimovalo SARS-CoV-2.4 Je zajímavé, že ne všechny typy buněk vledvinové organoidyprojevili SARS-CoV-2 na infekci. Ačkoli Jansen et al.4 detekovali SARS-CoV-2 v PT buňkách, podocytech, kličce Henleových buněk a některých stromálních buňkách, Garreta et al. prokázaly převládající PT expresi SARS-CoV-2.5 Na jedné straně lze pozorované rozdíly mezi různými modely organoidů ledvin vysvětlit různými diferenciačními protokoly a schématy virové infekce použitými v každé ze studií. Na druhou stranu, rozdíly mezi studiemi na vzorcích pacientů a na organoidech naznačují, že současné modely ledvinových organoidů nemusí přesně napodobovat vzájemnou interakci mezi SARS-CoV-2 a lidskou ledvinou in vivo, protože chybí funkční oběh a imunitní systémy.

Bez ohledu na tato omezení nabízejí organoidní modely cennou příležitost k vyhodnocení účinnosti kandidátských sloučenin při potlačování infekce SARS-CoV-2. Jansen et al.4 prokázali, že společná léčba inhibitorem proteázy účinně potlačila hladiny SARS-CoV- 2 RNA v ledvinových organoidech, a Garreta et al.5 prokázali, že předběžná léčba inhibitorem pyruvátdehydrogenázové kinázy DCA snížila SARS-CoV{{7 }} infekce u HPTC odvozených od pacientů s diabetem. Budoucí studie by mohly dále vylepšit organoidní model diabetické ledviny, aby se zvýšila jeho patofyziologická relevance, což z něj udělá všestrannou platformu pro modelování fenotypů onemocnění specifických pro pacienta, hodnocení nových rizikových lokusů diabetu a hodnocení účinnosti léků.

ZVEŘEJNĚNÍ

Všichni autoři deklarovali žádné konkurenční zájmy.PODĚKOVÁNÍYX je podporován Ministerstvem školství Singapuru(MOE2019-T2-1-072, MOE-T2EP30220-0008 aMOE-MOET32020-0004) a Nanyang TechnologyUniverzita.REFERENCE

1. Apicella M, Campopiano MC, Mantuano M a kol. COVID-19u lidí s diabetem: pochopení důvodůpro horší výsledky.Lancet Diabetes Endocrinol. 2020;8: 782–792. 

2. May RM, Cassol C, Hannoudi A, et al. Multicentrumretrospektivní kohortová studie definení spektrumpatologie ledvin u onemocnění koronavirem 2019 (COVID-19). Ledviny Int. 2021;100:1303–1315. 

3. Monteil V, Kwon H, Prado P a kol. Inhibice SARSInfekce CoV-2 v uměle vytvořených lidských tkáních pomocírozpustný lidský ACE2 klinického stupně.Buňka. 2020;181:905– 913.e7. 

4. Jansen J, Reimer KC, Nagai JS a kol. SARS-CoV-2 infikujelidské ledviny a pohonyfibros v ledvináchorganoidy.Buňka Kmen Buňka. 2022;29:217–231.e8. 

5. Garreta E, Prado P, Stanifer ML a kol. Diabetické prostředízvyšuje expresi ACE2 a buněčnou náchylnost kInfekce SARS-CoV-2 v organoidech lidských ledvin abuňky pacientů.Cell Metab. 2022;34:857–873.e9.

6. Thomas MC, Brownlee M, Susztak K a kol. Diabetiknemoc ledvin.Nat Rev Dis Základní nátěry. 2015;1:15018.

Supporting Service Of Wecistanche-Největší vývozce cistanche v Číně:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Prodejna:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

KLIKNĚTE ZDE A ZÍSKEJTE PŘÍRODNÍ BIO EXTRAKT CISTANCHE S 25 % ECHINAKOSIDU A 9 % AKTEOSIDU PRO INFEKCI LEDVIN