Rozdíl mezi COVID-19 akutním poškozením ledvin (AKl) a sepsí-AKI (S-AK)

ali.ma@wecistanche.com

ČÁST Ⅱ: Akutní poranění ledvin u těžkého COVID-19 má podobnosti s poraněním ledvin souvisejícím se sepsí: Studie zaměřená na multiomiks

Mariam P. Alexander, MD; Kiran K. Mangalaparthi, PhD a kol.

ABSTRAKTNÍ

Cíl: Porovnat koronavirové onemocnění 2019(COVID-19) akutní poškození ledvin (AKl)nasepse-AKI(S-AKI). Byla analyzována morfologie a transkriptomické a proteomické charakteristiky pitevních ledvin. Pacienti a metody: Byli zahrnuti jedinci ve věku 18 let a starší, kteří zemřeli na COVID-19 a v období od dubna 2020 do října 2020 jim byla provedena pitva na Mayo Clinic. Bylo provedeno morfologické hodnocení ledvin 17 jedinců s COVID-19. V podskupině sedmi případů COVID{7}} s posmrtnými intervaly kratšími nebo rovnými 20 hodinám. byly hodnoceny ultrastrukturní a molekulární charakteristiky (cílená transkriptomická a proteomická analýza tubulointersticia). Molekulární charakteristiky byly porovnány s archivovanými případy S-AKI(sepse-AKI)a nesepsové příčiny AKI (akutní poškození ledvin). Výsledky: Spektrum renální patologie COVID{0}} zahrnovalo mikrovaskulární zánět s dominancí makrofágů (glomerulitida a peritubulární kapillaritida), vaskulární dysfunkce (peritubulární kapilární kongesce a endoteliální poškození) a tubulární poškození s ultrastrukturálními známkami mitochondriálního poškození. Zkoumání prostorové architektury pomocí nové zobrazovací hmotnostní cytometrie odhalilo obohacení CD3fCD4 T buněk v těsné blízkosti buněk prezentujících antigen a makrofágy obohacené glomerulární a intersticiální infiltráty, což naznačuje vrozenou a adaptivní imunitní tkáňovou odpověď. Koronavirová nemoc 2019 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)a S-AKI(sepse-AKI)ve srovnání s neseptickou AKI měl obohacení o transkripční dráhy zapojené do zánětu (apoptóza, autofagie, hlavní histokompatibilní komplex třídy I a II a diferenciace pomocných buněk typu IT). Analýza proteomické dráhy ukázala, že COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)a v menší míře S-AKI(sepse-AKI)byly obohaceny o nekroptózu a signální dráhy sirtuinu, obě se podílejí na regulační reakci na zánět. Upregulace ceramidové signální dráhy a downregulace oxidativní fosforylace u COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)byly zaznamenány.

Závěr: Tato data zdůrazňují podobnosti mezi S-AKI (sepse-AKI) a COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)a naznačuje, že mitochondriální dysfunkce může hrát klíčovou roli v COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)Tato data mohou umožnit vývoj nových diagnostických a terapeutických cílů.

Klikněte pro onemocnění ledvin Cistanche UK

PRO ČÁST KLIKNĚTE ZDE Ⅰ

DISKUSE

Naše studie zkoumala morfologické a molekulární charakteristiky ledvin získané při pitvách pacientů, kteří zemřeli na COVID-19. Morfologický a molekulární profil těžkého poškození ledvin COVID-19 připomíná S-AKI(sepse-AKI). To zahrnuje mikrovaskulární dysfunkci se zánětem, tj. buněčný fenotyp s dominantním makrofágem a výraznou T buněčnou odpověď v tubulointersticiu v těsné blízkosti buněk prezentujících antigen zaznamenaných při analýze prostorové architektury. Snížená oxidativní fosforylace a upregulace ceramidových signálních drah s ultrastrukturálním důkazem mitochondriálního poškození zaznamenaná u COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)označuje metabolické přeprogramování tubulárních epiteliálních buněk, které byly popsány v S-AKI(sepse-AKI).

OBRÁZEK ​​3. Zobrazovací hmotová cytometrie Hyperion ukazující současnou imunofenotypizaci zánětlivých buněk a renálních strukturních komponent se zkoumáním jejich prostorového vztahu.(A) Přítomnost T buněk (vlevo, nahoře) a makrofágů (vpravo) v tubulointersticiálním kompartmentu s nápadnou nepřítomností B buněk (vlevo, dole). Glomerulitida je oceněna na pravém panelu s okrajem makrofágů (šipky). Všechny buňky zájmu byly označeny červeně. (B) Výpočtová analýza sousedství obrazu byla provedena po označení tubulů (Pank a E-cadherin), intertubulárního stromatu (kolagen a alfa-aktin hladkého svalstva) a glomerulů (vimentin) (vlevo). Poté, co byly buňky klasifikovány pomocí kontrolovaného přístupu (CD4+ T buňky, CD4-T buňky a non-T buňky), byla vytvořena mapa vzdálenosti měřící nejbližší vzdálenost od HLA-DR+ buněk ke každé z ostatních buněk. (uprostřed, HLA-DR žlutě, vzdálenost od HLA-DR zobrazena rostoucí intenzitou modré barvy). Zobrazí se procento buněk v každé definované přihrádce vzdálenosti (vpravo).

COVID-19-Související zánětlivá reakce

Celkově měly ledviny COVID{0}} výrazně větší zánět ve srovnání s NS-AKI(sepse-AKI)řízení. Molekulární signály zánětu a imunitní aktivace pozorované v ledvinách COVID{0}} naznačují globální antivirovou odpověď charakterizovanou zánětem bohatým na makrofágy a T-buňky a produkcí interferonu typu II, jak široce naznačují krevní testy.20.21 CD4 plus -dominantní odpověď T-buněk, jak jsme pozorovali u ledvin COVID-19, byla spojena s horšími klinickými výsledky.22Těžký akutní respirační syndrom, specifické pro koronavirové 2-buňky CD4 plus T namířené proti hrotu povrchový glykoprotein byl detekován u pacientů s těžkým COVID-19 a může být odpovědný za CD4 plus T buňky nalezené v tubulointersticiálním kompartmentu ledvin. Molekulární dráhy, zkoumané na genomické i proteomické úrovni, potvrdily, že zánět je hlavní příčinou poškození ledvin pozorovaného u COVID-19, podobně jako u S-AKI(sepse-AKI)V obou skupinách jsme zjistili zvýšenou expresi genových sad spojených s kontraregulačními mechanismy normálně pozorovanými při imunitní aktivaci, včetně diferenciace Treg a signalizace sirtuinu. U závažných případů COVID-19 je zvýšení frekvence cirkulujících Treg spojeno s horšími výsledky, pravděpodobně sekundárními k potlačení antivirových odpovědí T-buněk.

COVID-19-Přidružené signální dráhy v ledvinách COVID-19 a také u S-AKI(sepse-AKI)našli jsme důkazy o zvýšené apoptóze. Ačkoli je apoptóza potenciálně virově zprostředkována vnějšími cestami, upregulovaná ceramidová dráha zaznamenaná v našem COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)kohorta spojená se sníženými signály oxidativní fosforylace naznačují, že apoptóza indukovaná ceramidem prostřednictvím mitochondriálního rozrušení by mohla hrát roli při smrti tubulárních buněk. Mitochondrie proximálních tubulárních epiteliálních buněk COVID-19 ledvin vykazovaly výraznou vakuolizaci a distorzi krist, jak bylo popsáno dříve.2 Upregulovaná ceramidová dráha v COVID-19 AKI podtrhuje roli lipidové dysregulace v závažný COVID-19, jak navrhují ostatní. Nekroptóza, imunogenní dráha buněčné smrti, která může eliminovat buňky infikované virem a mobilizovat vrozené i adaptivní imunitní reakce k omezení replikace viru, byla také hlubší u COVID-19 ledvin ve srovnání s NS-AKI(sepse-AKI). Nekroptóza hraje hlavní roli při poškození plic SARS-COV2 po infekci.26,30,31

OBRÁZEK ​​4. Transkriptomická analýza.Krabicové grafy ukazují relativní expresi vybraných funkčních anotačních genových sad mezi koronavirovým onemocněním 2019 (COVID-19), akutním poškozením ledvin (AKI), AKI souvisejícím se sepsí (S-AKI) a AKI souvisejícím se sepsí (NS-AKI) . ENDAT, transkripty spojené s endoteliálními buňkami; MHC, hlavní histokompatibilní komplex; Th1, pomocná T buňka typu 1; Treg, regulační T buňka.

COVID-19 AKI Podobá se AKI související se sepsí

Kellum et al6 a další navrhli, že COVID-19 AKI je velmi podobný S-AKI(sepse-AKI). Naše pozorování mikrovaskulární dysfunkce, zánětu a metabolického přeprogramování (snížená oxidativní fosforylace a zvýšená signalizace ceramidů) u COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)jsou podobné základním patofyziologickým mechanismům popsaným v S-AKI(sepse-AKI).1933,3 Shrneme klíčová zjištění naší studie a provedeme srovnání s publikovanou literaturou v COVID-AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)a S-AKI(sepse-AKI)v tabulce 4.19,26,29,31,3-38 Tyto patologie ukazují potenciální terapeutické cíle pro COVID-19.

Omezení studia

Hlavním omezením současné studie je, že ačkoli jsme měli možnost porovnat molekulární charakteristiky patologie související s COVID-19-s S-AKI(sepse-AKI)pitvy jsme nebyli schopni porovnat s pitvami pacientů, kteří zemřeli na jinou virově zprostředkovanou AKI. To vyžaduje plánování a prospektivní studie k dosažení optimálního uchování pitevní tkáně pro omické studie. Artefakty uchování zaznamenané v ultrastrukturálních studiích archivované pitevní tkáně bez COVID-19 fixované formalínem od předchozích pacientů neumožňovaly srovnání. Navíc se statistická analýza neupravovala pro vícenásobné testování a větší velikost vzorku mohla poskytnout robustnější analýzu genové exprese. Síla naší studie spočívá v tom, že jsme byli schopni provést podrobnou morfologickou analýzu a multiomický přístup ke studiu závažného poškození ledvin COVID{5}} a nastínit paralely se sepsí.

OBRÁZEK ​​5. Proteomická analýza.(A) Tepelná mapa poskytuje celkový přehled rozdílné exprese hladin proteinů pro každý jednotlivý gen ve třech kohortách s akutním poškozením ledvin (AKI). Proteiny, které byly významně nadměrně (červeně) nebo nedostatečně exprimovány (modré) na P<.05 are="" shown.="" (b)="" the="" ingenuity="" pathway="" analysis="" of="" differential="" protein="" expression="" in="" coronavirus="" disease="" 2019="" (covid-19)="" aki,="" sepsis-associated="" aki,="" and="" other="" aki="" controls="" is="" shown.="" eif2,="" eukaryotic="" initiation="" factor="" 2;="" mtor,="" mammalian="" target="" of="" rapamycin;="" nrf2,="" nuclear="" factor="" erythroid="" 2erelated="" factor="">

ZÁVĚR

Tato série je věnována renálním histopatologickým, ultrastrukturálním a molekulárním nálezům u pacientů, kteří měli infekci SARS-CoV-2, což poskytuje důkazy pro vrozenou a výraznou imunitní odpověď T buněk. Morfologické a molekulární charakteristiky COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin)podobají se těm S-AKI(sepse-AKI). Mitochondriální dysfunkce může hrát ústřední roli v COVID-19 AKI(COVID-19 akutní poškození ledvin).

TABULKA 4. Morfologické a molekulární srovnání COVID-19 AKI a Sepse AKI

REFERENCE

1. Hirsch JS, Ng JH, Ross DW a kol.Akutní poškození ledvinu pacientů hospitalizovaných s COVID-19.Kidney Int 2020;98(I):209-218.

2. Pei G.Zhang Z, Peng et al Postižení ledvin a časná prognóza u pacientů s COVID-19 pneumonií. JAm Soc Nephrol. 2020;3I(6):1I57-1I65.

3. Cheng Y, Luo R, WangK et al Onemocnění ledvin je spojeno se smrtí pacientů s COVID v nemocnici-19. Kidney Int 2020;97(5):829-838.

4. Kudos S.Batal lSantoiello D, et al Biopsie ledvin, která našla hospitalizované pacienty s COVD-19.JAm Soc Nephral.202031(9):1959-1968.

5. Su H Yang M, Wan C, et al Renální histopatologická analýza 26 posmrtných nálezů pacientů s COMD.19 v Číně. Kidney Int. 2020;98(I):219-227.

6. Santoriello D, Khairallah P, BombadkAS a kol. Posmrtné nálezy ledvinové patologie u pacientů s COVID.19.Jsem Soc Nephrol.20203I9)2158-2167.