Secvențierea ARN-ului unicelular a celulelor urinare relevă o diversitate celulară distinctă în AKI Ⅱ asociată cu COVID-19

Rezultate

Am efectuat scRNAseq pe sedimentul de urină de la opt pacienți internați cuCOVID-19, cinci cuAKIși trei fără AKI. Patru probe suplimentare de urină de lapacienți spitalizați fără COVID-19și cu AKI au fost, de asemenea, colectate pentru a compara diferențele potențiale în AKI în contextul COVID{{0}}. SCr medie la pacienții cu AKI asociată COVID-19 a fost de 2,4 mg/dl, comparativ cu 0,83 mg/dl la pacienții de control la momentul recoltării. În special, doi dintre pacienții cuCOVID 19-asociateAKIavut anteriordiagnostice de CKD, care s-a arătat căînrăutăți rezultatele din cauza COVID-19(39,40). Comorbiditățile și alte variabile au fost ușor diferite între populațiile de control AKI și fără AKI (Tabelul 1).

În conformitate cu rapoartele anterioare (29), numărul de celule a fost foarte eterogen între pacienți (Figura suplimentară 1, A și B). În total, 65.234 de celule au fost secvențiate și 30.076 de celule au fost reținute prin controlul calității. Aproximarea uniformă integrată și proiecțiile tuturor celor 12 probe de pacienți au relevat o gamă diversă de celule renale, uroteliale și imune (Figura 1, A, E și F). Am putut detecta majoritatea celulelor renale, inclusiv podocitele și celulele renale VCAM11, demonstrând capacitatea de a studia rinichiul în mod neinvaziv prin analiza urinei. Există o eterogenitate clară în populația de celule uroteliale, care nu intră în domeniul de aplicare al acestui studiu, dar justifică investigații suplimentare. Tipurile de celule capturate au variat întreGrupuri AKI și non-AKI(Figura 1, B - D), precum și între fiecare pacient (Figura suplimentară 1C). După cum era de așteptat, au fost detectate un număr mai mare de celule imune în probele AKI asociate cu COVID -19.

Ierburi tradiționale chinezești ca dietă renală

GSEA a dezvăluit upregulation ofgene apoptotice, elemente de răspuns IFN și diverse alte căi de semnalizare atât în ​​probele de control AKI asociate cu COVID-19, cât și non-COVID-19 AKI și non-AKI (Figura 2C, Figura 2 suplimentară). Datorită cerințelor mari de energie și conținutului mitocondrial, tubul proximal este una dintre structurile cele mai sensibile la insulte în timpul AKI (41), iar severitatea leziunii este legată de rezultatele generale (42). Analiza căilor celulelor tubulare proximale de la pacienții cu AKI a evidențiat îmbogățirea căilor legate de apoptoză, repararea ADN-ului și răspunsurile celulare la speciile reactive de oxigen și stres, spre deosebire de pacienții fără AKI (Figura 2, A și B). O reglare similară a căii a fost detectată în alte celule tubulare renale. Căile legate de deteriorare au fost reglate în sens pozitiv în cazul AKI, dar îmbogățirea speciilor reactive de oxigen, deteriorarea ADN-ului și căile apoptotice în tubii proximali, o buclă de Henle și canalul colector a fost mai evidentă în cazul COVID-19-asociat AKI în comparație cu mostrele AKI non-COVID-19. Bănuim că există multe căi suprapuse în AKI din cauza combinației de mecanisme de leziune, inclusiv ischemia, inflamația sau toxicitatea medicamentului. Îmbogățirea suplimentară a căilor legate de leziuni în AKI asociată cu COVID-19 se poate datora altor procese inflamatorii care apar în procesul bolii COVID-19. Acest lucru poate explica diferențele metabolice observate în urina pacienților cu AKI asociată cu COVID-19 (43)

Receptorul de intrare virală, ACE2, este prezent din abundență într-o varietate de țesuturi, inclusiv rinichi. Transcrierile ACE2 și TMPRSS2 au fost detectate pe diferite celule epiteliale din rinichi și au fost deosebit de abundente în celulele uroteliale (Figura 3A). Deoarece SARS-CoV-2 este un virus ARN cu o coadă poli-A (44), am creat un genom personalizat pentru aliniere în care genomul SARS-CoV-2 a fost adăugat ca exon la hg38 uman genomului. Interesant, deși nu am detectat nicio transcriere virală SARS-CoV-2 în celulele renale la pacienții cu AKI, am detectat urme de transcriere în celulele uroteliale ale pacientului 7 (care avea COVID{-19 fără AKI). ), sugerând infectarea directă a acestor celule ale vezicii urinare (Figura 3A). Analiza individuală a pacientului 7 a evidențiat puține celule derivate din rinichi. Majoritatea celulelor izolate au fost celule imune și uroteliale. ARN-ul viral a fost găsit exclusiv în celulele uroteliale cu expresie ACE2 ridicată (Figura 3B, Figura 3 suplimentară). Analiza de urină a acestui pacient a evidențiat leucociturie fără dovezi de infecție bacteriană (esterază leucocitară negativă și nitriți) (Figura 3C). Analiza căilor celulelor uroteliale a evidențiat îmbogățirea căilor implicate în semnalizarea IFN de tip 1, un răspuns inflamator acut și răspunsurile leucocitelor (Figura 3D, Figura suplimentară 2B), care este în concordanță cu o infecție virală a acestor celule.

Figura 2.|Îmbogățirea căilor legate de deteriorare în celulele de la pacienții cu AKI. Analiza de îmbogățire a seturilor de gene a fiecărui grup de celule din UMAP integrat pentru căi, inclusiv (A) căi distinctive ale speciilor reactive de oxigen, (B) căi distinctive de apoptoză și (C) căi distinctive de reparare a ADN-ului la pacienții cu COVID-19 AKI (panourile din stânga), comenzile COVID-19 fără AKI (panourile centrale) și pacienții cu AKI non-COVID-19 (panourile din dreapta). Identificările clusterelor sunt următoarele: 1, urotelial; 2, urotelial; 3, urotelial; 4, macrofage; 5, MHC clasa 2 – neutrofil pozitiv; 6, bucla lui Henle; 7, neutrofil; 8, canal colector; 9, urotelial; 10, umbrela; 11, neutrofil; 12, canal colector; 13, macrofag rezident în rinichi; 14, neutrofil; 15, urotelial; 16, ciclism; 17, tubul proximal; 18, tubul proximal; 19, celula musculara neteda; 20, celulă intercalată; 21, urotelial; 22, celulă T; 23, podocit; 24, globule roșii; 25, macrofage; 26, celulă B; 27, macrofage; 28, globule roșii.lipsesc dovezile infecției directe. Mechanismul de intrare ar fi din partea bazală a urotelialuluicelule dacă din sânge sau din partea luminală dacă din urină.

Un studiu anterior a sugerat că ACE2 este exprimat atât pe suprafața bazală, cât și pe cea luminală a vezicii urinare (23). Detectarea cistitei virale folosind scRNAseq este în concordanță cu caracteristicile clinice ale pacientului 7 (Figura 3C). Deși virusul a fost detectat doar într-un număr mic de celule, bănuim că majoritatea celulelor infectate viral ar fi putut fi filtrate în timpul etapelor de control al calității procesării urinei și analizei datelor în care am îndepărtat celulele moarte și moarte.