DEL Ⅰ: Akut nyreskade i svær COVID-19 har ligheder med sepsis-associeret nyreskade

for flere oplysninger:ali.ma@wecistanche.com

DEL Ⅰ:Akut nyreskade i svær COVID-19 har ligheder med sepsis-associeret nyreskade: En multi-Omics-undersøgelse

Mariam P. Alexander, MD; Kiran K. Mangalaparthi, PhD & et al.

INTRODUKTION

Infektion med alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2(SARS-CoV-2) forårsager coronavirus sygdom 2019 (COVID. 19).og er forbundet medakut nyreskade(AKI) hos mere end en tredjedel af indlagte patienter. AKI (akut nyreskade) er ofte moderat til svær og er en uafhængig risikofaktor for dødelighed på hospitalet. Akut tubulær skade betragtes som det patologiske kendetegn vedCOVID-19nyresygdom som vist i både native og obduktionsnyreundersøgelser. Mikrotrombi, beskrevet i hjerte og lunger," rapporteres sjældent i nyrerne. Tilsvarende, selvom de er alvorligeCOVID-19er forbundet med et systemisk inflammatorisk respons og betændelse i både lunger og hjerte, ved man lidt om immunresponset i nyrerne.

Direkte viral toksicitet, hæmodynamisk ustabilitet, cytokinstorm. og immunmedieret skade er alle blevet foreslået som sandsynlige årsager til nyreskade iCOVID-19.5,13,14 Nylige undersøgelser har trukket ligheder mellem sepsis-associeret AKI (akut nyreskade) (S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)) ogCOVID-19-relateret nyreskade.,e Til dato har rapporter, der evaluerer nyrepatologien iCOVID-19har i høj grad fokuseret på lysmikroskopi og ultrastrukturelle undersøgelser; molekylære undersøgelser har været begrænsede.

Her præsenterer vi en række afCOVID-19patienter, der har gennemgået en obduktion med vægt på nyrepatologiske fund. Vores undersøgelse søgte at beskrive det patologiske spektrum afCOVID-19-associeret nyreskade og at karakterisere den molekylære profil afCOVID-19-associeret AKI (akut nyreskade)sammenlignet med S-AKI ((Sepsis-associeret nyreskade))og ikke-sepsis-relateret AKI (akut nyreskade)(NS. AKI (akut nyreskade)at belyse ligheder og forskelle i den bagvedliggende patofysiologi.

Klik for at Cistanche ekstrahere fordele for nyresygdom

PATIENTER OG METODER

Kliniske data

Alle tilfælde afCOVID-19(som bekræftet af antemortem SARS.CoV-2 nasopharyngeal eller oropharyngeal polymerase-kædereaktion), der undergår en forskningsgodkendt postmortem undersøgelse på Mayo Clinic (Rochester, MN) mellem 2. april og 9. september 2020, blev inkluderet i undersøgelsen. Fremtrædende information for alle tilfælde blev abstraheret fra udført efter laserindfangningsmikrodissektion af det tubulointerstitielle rum, der udstråler glomeruli og/eller områder med interstitiel fibrose eller tubulær atrofi. Apoptose i hver gruppe blev vurderet ved terminal deoxynukleotidyltransferase af dUTP nick-ende-mærkningsassay.

Statistisk analyse

Genekspressionsanalyse efter normalisering blev udført ved brug af R version 3.6.3 (R Foundation for Statistical Computing, Wien, Østrig), funktionelle annoteringsgensæt blev afledt ved hjælp af NanoString-leverede, litteraturbaserede annotationer.78 Funktionel annotationsgensætekspression blev bestemt vha. z-scorerne for de gennemsnitlige normal-zed-tal af de konstituerende gener. Gesetz-scorer blev sammenlignet mellem prøvegrupper ved hjælp af Student t-testen. De øverste relativt opregulerede og nedregulerede individuelle gener inden for hver prøvegruppe (versus alle andre prøvegrupper) blev bestemt ved hjælp af foldændring og Student t-test. I tilfælde af kvantitative proteomiske data blev tandem-massemærke-kanalintensiteter af identificerede proteiner brugt til statistisk analyse under anvendelse af Python 3.6.5. Kanalintensiteter var en log, transformeret og median normaliseret før anvendelse af uafhængig Student t-test. P-værdier blev korrigeret for test af flere hypoteser ved hjælp af Benjamini-Hochberg-metoden. Differentielt udtrykte proteiner (s<.05) were="" analyzed="" using="" qiagen's="" ingenuity="" pathway="" analysis="" software(ipa,="" qiagen="" redwood="" city,="" ca,="" usa)to="" identify="" altered="" signaling="" pathways.="" the="" significance="" values="" (p-value="" of="" overlap)for="" the="" canonical="" pathways="" were="" calculated="" by="" the="" right-tailed="" fisher="" exact="" test.="" we="" used="" a="" nonparametric="" rank-sum="" test="" to="" compare="" the="" groups="" because="" of="" the="" small="" number="" of="" cases="" per="" group.="" all="" statistical="" analyses="" were="" perfomed="" using="" imp="" (sas="" institute.="" cary.="" nc:="" version="" 14.1).="" p="" values="" less="" than="" .05="" were="" considered="" to="" be="" statistically="">

RESULTATER

Kliniske karakteristika

Demografien for de 17COVD-19obduktionstilfælde er angivet i tabel 1. Kohorten havde en medianalder på 78 år (interval, 29 til 94 år), og 14 (82,4 procent) var ældre end 70 år. Der var 15 mand. og vil selv identificeres som hvid (64,7 procent). Tre (17,6 procent) yderligere patienter identificerede sig selv som asiatiske, ingen som sorte. Tiden på hospitalet varierede meget, hvor 12 (70,6 procent) havde været indlagt i 5 eller flere dage før døden. Hyppige og bemærkelsesværdige komorbiditeter inkluderede hypertension hos 9 (52,9 procent), diabetes mellitus hos 4 (23,5 procent), hjerte-kar-sygdomme (såsom koronararteriesygdom) eller cerebrovaskulær ulykke hos 12 (70,6 procent) og kronisk nyresygdom hos 1 (5,9 procent). ). Kun 1 ud af 17 patienter (5,9 procent) havde ingen historie med hypertension, diabetes mellitus, koronararteriesygdom, kronisk nyresygdom eller fedme. Syv (41,1 procent) blev mekanisk ventileret på dødstidspunktet.

Alle 17 patienter, der døde medCOVID-19udviklet AKI (akut nyreskade). Blandt patienterne med AKI (akut nyreskade)som havde et terminalt serumkreatininniveau inden for 24 timer efter døden, otte havde AKI (akut nyreskade) trin 1 (47,1 procent), to havde AKI (akut nyreskade)trin 2 (1l,8 procent), og tre havde AKI (akut nyreskade)trin 3 (17,6 procent). En patient med AKI (akut nyreskade)trin 3 modtog kontinuerlig nyreudskiftningsterapi. Urinstikprøvevurdering af proteinuri var ikke tilgængelig hos fire patienter, men hos de resterende havde alle 13 patienter (76,5 procent) 100 mg/dL eller mindre. Seks af 17 patienter havde fået behandling forCOVID-19inklusive dexamethason alene (n=1), remdesivir (n=1), en kombination af dexamethason og remdesivir (n=2), og en kombination af remdesivir og rekonvalescent plasma(n{{ 3}}).

Alle 17 patienter havde en positiv SARS-CoV-2 polymerasekædereaktion, diagnosticeret med et medianinterval på 12 dage før obduktion. På obduktionstidspunktet var tre (17,6 procent) negative for SARS-CoV-2. Det mediane postmortem-interval var 18 timer, og autolyse var kun mild hos 1 patienter (64,7 procent). Seksten (94,1 procent) døde af komplikationer afCOVID-19(alle l6 havde alvorlig lungesygdom, inklusive akut bronkopneumoni overlejret på diffus alveolær skade hos otte [50.0 procent ), akut og organiserende lungebetændelse hos fire [25,0 procent ), organiserende lungebetændelse hos tre [ 18,8 procent], og diffus alveolær skade alene hos én [6,3 procent]).

TABEL 1. Kohortedemografi og relevante kliniske karakteristika

Patologiske karakteristika

Nyreobduktionsfundene er karakteriseret i tabel 2. Nyrepatologi var karakteriseret ved moderat til alvorlig akut tubulær skade i alle (figur 1A). De fleste viste markant forenkling af slimhindeepitel og luminal ektasi. Myoglobin afstøbninger blev observeret i to tilfælde og osmotisk tubulopati i ét tilfælde. Tubulointerstitiel inflammation var mild med makrofager og CD3-positiv T-celledominans. Peritub capillaritis, med en blandet T-celle- og makrofag-immunofenotype, blev set hos 13 (76,5 procent ) (Figur lB-F). Tilsvarende blev glomerulus, med en blandet T-celle og makrofag immunfænotype set i de samme 13 (76,5 procent). De fire patienter, der ikke viste mikrovaskulær inflammation, var blevet behandlet med en kombination af remdesivir og enten dexamethason (n=2) eller rekonvalescent plasma (n=2). Patienter behandlet med dexamethason alene eller remdesivir alene havde mikrovaskulær inflammation. Neutrofil mikrovaskulær inflammation og interstitiel infiltration var ikke et iøjnefaldende træk i nogen af ​​tilfældene. Ikke-immun glomerulær patologi inducerede nodulær diabetisk glomerulosklerose hos 1 (5,9 procent); hvorimod kollapsende fokal segmentel glomerulosklerose eller akut trombotisk mikroangiopati ikke blev identificeret. Markeret peritubulær kapillær kongestion blev noteret i alle tilfælde (figur IB og C). Moderat til svær arteriosklerose og arteriolær hyalinose blev noteret i henholdsvis l4 (82,4 procent) og ll (64,7 procent). Kun mild glomerulosklerose (<25%)and tubulointerstitial=""><25%)were noted="" in="" all="" 17="">

Resultaterne af mikrovaskulær inflammation tydede på immunmedieret skade i alvorlige tilfældeCOVID-19-associeret nyresygdom. Vi søgte yderligere at karakterisere den molekylære og ultrastrukturelle profil afCOVID-19nyrer. Ultrastrukturelle, transkriptomiske og proteomiske profiler af nyrerne fra syv patienter, som kun havde mild autolyse, og for hvem glutaraldehydfikseret væv var tilgængeligt til ultrastrukturel undersøgelse, blev evalueret. Resultaterne blev sammenlignet med to aldersmatchede ikke-COVID-19kontrolkohorter med AKI (akut nyreskade): S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)(alle med broncho-pneumoni) og NSAKI. De kliniske karakteristika for de tre grupper er vist i tabel 3. Gennemsnitsalderen for grupperne var henholdsvis 78,7 l og 74 år (P=.6). Der var flere kvinder i S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)gruppe end i nogen af ​​de to andre grupper. Det gennemsnitlige terminale serumkreatininniveau var henholdsvis 3,0 mg/dL, 1,6 mg/dL og 1,3 mgdL (P=}.32). Alle tre grupper havde lignende antal komorbiditeter og var sammenlignelige med hensyn til kroniske mikrostrukturelle ændringer i nyreparenkymet.

Morfologiske karakteristika for de tre AKI (akut nyreskade)Kohorter

Mikrovaskulær inflammation (glomerulitis og peritubulær kapillaritis) var mere fremtrædende hos patienter medCOVID-19(5 af 7 patienter) og S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)(7 ud af 7 patienter), sammenlignet med NS-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)kontroller (0 af 7 patienter). Mononukleære inflammatoriske celler var den dominerende inflammatoriske celletype i begge, hvorimod neutrofiler kun blev observeret sjældent og kun i S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade). Parenkymal tubulointerstitiel inflammation var pletvis, mild (3 ud af 7 patienter) eller moderat (4 ud af 7 patienter) og stort set mononukleær iCOVID-19og S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)sammenlignet med minimal inflammation i NS-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)kontroller (7 ud af 7 patienter).

Om den ultrastrukturelle evaluering afCOVID-19AKI (akut nyreskade). der var tegn på tubulær skade med cytoplasmatisk vakuolisering, tab af børstekant og mitokondriel skade. Sidstnævnte var karakteriseret ved hævelse, vakuolisering og forvrængning af cristae. Kondenserede mitokondrier og forvrængede cirkulære mitokondrier blev identificeret. Flokkulente tætheder og store vesikler med rigelige clathrin-coatede vesikler, der ligner viruspartikler, blev også identificeret (figur 2A-C) Tubularetikulære indeslutninger blev ikke set i endotelets cytoplasmaCOVID-19sager. Den peritubulære kapillære endotelskade blev noteret. Flerlag af de glomerulære og peritubulære kapillære basalmembraner, træk ved mere kronisk endotelskade, blev ikke værdsat. Apoptose af tubulære epitelceller var mere almindelig iCOVID-19(3,1/hpf) og S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)(4,1/hpf) sammenlignet med NS-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)kontroller (0.7/hpf (s<.001)(figure>

SARS-CoV-2 HC og in situ hybridiseringsundersøgelser på nyresnit var negative i alle syvCOVID-19sager. Definitive virale inklusioner blev ikke identificeret på ultrastrukturelle undersøgelser af podocytter, endotel eller tubuli.

TABEL 2. Sammenfatning af fremtrædende obduktionsfund med vægt på nyrepatologi

Molekylær karakteristika for de tre AKI (akut nyreskade)Kohorter

At definere fænotypen af ​​cellulære infiltrater og den rumlige arkitektur af AKI (akut nyreskade)iCOVID-19nyrer, høj-parameter billeddannende massecytometri til påvisning af 23 celleoverflademarkører blev udført på et Hyperion billeddannelsessystem koblet til et Helios time-of-flight massecytometer (Supplerende tabel Sl, tilgængelig online på http://www.mayoclinic procedures.org ). Bevis på et adaptivt immunrespons blev foreslået ved klynging af CD3 CD45RO plus celler i tubulointerstitialet i hvert tilfælde. Det dominerende medfødte immunrespons blev understreget af en beriget population af makrofager (CD68 plus) både i interstitium og glomerulære kapillærløkker (figur 3A). Den computational multiplex naboskabsanalyse afslørede, at CD3 plus CD4t-cellerne generelt blev beriget i umiddelbar nærhed af antigen-præsenterende celler (HLA-DR), sammenlignet med CD3CD4 T-celler og ikke-T-celler (figur 3B).

Nyreprøver fraCOVID-19tilfælde og kontroller blev analyseret af NanoString-platformen ved hjælp af nCounter Human Organ Transplant Panel, der profilerer ekspressionen af ​​770 gener forbundet med forskellige veje relateret til immunrespons, vævsskade og virkningsmekanismer for immunsuppressive lægemidler.7

Genekspressionsanalyse afslørede detCOVID-19nyrerne havde signifikant berigelse af flere funktionelle annotations-transkriptsæt, herunder apoptose, autofagi, større histokompatibilitetskompleks klasse I og I-ekspression og type1 T-hjælpercelle og regulatorisk T-celle (Treg) differentiering. Genekspressionsmønstrene forCOVID-19tilfælde lignede S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)(Figur 4).

I lyset af betændelsen observeret iCOVID-19nyrer både morfologisk og på molekylært niveau ønskede vi at identificere ændringer i proteomet, der kunne foreslå unikke mekanismer forCOVID-19AKI (akut nyreskade). Derfor udførte vi kvantitativ proteomikanalyse fra formalinfikserede paraffinindlejrede nyresektioner afCOVID-19og begge sæt kontrolprøver. I alt 3594 proteiner blev identificeret, hvoraf 164 var differentielt udtrykt mellem grupperne (P<.05):87 between="" covid-19="" and=""> (Sepsis-associeret nyreskade)(16 med et fold-skifte > 1,2),81 mellem S-AKI (Sepsis-associeret nyreskade)og NS-AKI (Sepsis-associeret nyreskade) (8 with a fold-change >1.2), og 64 mellemCOVID-19og S-AKI (akut nyreskade)(6 with a fold-change >1.2). Hierarkisk clustering blev udført for alle proteinerne fundet i de tre grupper, og et varmekort blev genereret (figur 5A). Opfindsomhed Pathway Analysis viste detCOVID-19AKI (akut nyreskade)nyrerne blev beriget med proteiner involveret i sirtuin- og nekroptose-signalvejene, begge involveret i regulatorisk respons på inflammation (Supplerende tabel S2, tilgængelig online på http://www.mayodinicproceedings.org). Opregulering af ceramidsignalvejen var unik iCOVID-19nyrer sammenlignet med NS-AKI (Sepsis-associeret nyreskade), hvorimod oxidativ phosphorylering blev nedreguleret iCOVID-19AKI (akut nyreskade)(Figur B).

FIGUR 1. Akut tubulær skade og immuncelleinfiltration i nyrer med coronavirus sygdom 2019.(A) Den renale cortex på lysmikroskopi viser akut tubulær skade med lumina ectasia (hæmatoxylin og eosin[HE]-farvning, original forstørrelse*20). (B) Mild mononukleær interstitiel infiltration og peritubulær kapillær kongestion er noteret (HE-farvning, original forstørrelse*40). (C og D) Peritubulær kapillaritis (pil) er et bemærkelsesværdigt træk i overbelastede kapillærer (C) Det mikrovaskulære ved inflammation består af CD3-positive T-celler (E) og CD68-positive makrofager (F) ) (oprindelig forstørrelse*40 for E og F).