Enkeltcellet RNA-sekventering af urinceller afslører distinkt cellulær diversitet i COVID-19-associeret AKI Ⅱ
Jun 17, 2024
Resultater
Vi udførte scRNAseq på urinsediment fra otte indlagte patienter medCOVID-19, fem medAKIog tre uden AKI. Fire yderligere urinprøver fraindlagte patienter uden COVID-19og med AKI blev også indsamlet for at sammenligne potentielle forskelle i AKI i forbindelse med COVID{{0}}. Den gennemsnitlige sCr hos patienter med COVID-19-associeret AKI var 2,4 mg/dl sammenlignet med 0,83 mg/dl hos kontrolpatienter på indsamlingstidspunktet. Især to af patienterne medCOVID-19-forbundetAKIhavde tidligerediagnoser af CKD, hvilket har vist sigforværre resultater fra COVID-19(39,40). Komorbiditeter og andre variable afveg lidt mellem AKI- og ingen AKI-kontrolpopulationer (tabel 1).
I overensstemmelse med tidligere rapporter (29) var celleantallet meget heterogent mellem patienter (supplerende figur 1, A og B). I alt blev 65.234 celler sekventeret, og 30.076 celler blev bibeholdt gennem kvalitetskontrol. Integreret ensartet manifoldtilnærmelse og projektioner af alle 12 patientprøver afslørede en mangfoldig række af nyre-, urotel- og immunceller (figur 1, A, E og F). Vi var i stand til at detektere de fleste nyreceller, inklusive podocytter og VCAM11-nyreceller, hvilket viser evnen til non-invasivt at studere nyren gennem analyse af urin. Der er klar heterogenitet i urothelcellepopulationen, som falder uden for denne undersøgelses omfang, men berettiger yderligere undersøgelse. De opfangede celletyper varierede mellemAKI og ikke-AKI grupper(Figur 1, B–D) samt mellem hver patient (Supplerende Figur 1C). Som forventet blev et større antal immunceller påvist i de COVID-19-associerede AKI-prøver.
TRADITIONELLE KINESISKE URTER SOM NYREDIET
GSEA afslørede opregulering afapoptotiske gener, IFN-responselementer og forskellige andre signalveje i både COVID-19-associerede og ikke-COVID-19 AKI- og ikke-AKI-kontrolprøver (Figur 2C, Supplerende Figur 2). På grund af det høje energibehov og mitokondrieindhold er den proksimale tubuli en af de strukturer, der er mest følsomme over for fornærmelse under AKI (41), og skadens sværhedsgrad er relateret til de overordnede resultater (42). Baneanalyse af proksimale tubuliceller fra patienter med AKI afslørede berigelse af veje relateret til apoptose, DNA-reparation og cellulære responser på reaktive oxygenarter og stress i modsætning til patienter uden AKI (figur 2, A og B). Lignende pathway-opregulering blev påvist i andre tubulære nyreceller. Baner relateret til skade blev opreguleret i forhold til AKI, men berigelse af reaktive oxygenarter, DNA-skader og apoptotiske veje i de proksimale tubuli, en løkke af Henle og opsamlingskanal var mere tydelig i COVID-19-associeret AKI i sammenligning med ikke-COVID-19 AKI-prøver. Vi formoder, at der er mange overlappende veje i AKI på grund af kombinationen af skadesmekanismer, herunder iskæmi, inflammation eller lægemiddeltoksicitet. Den yderligere berigelse af skadesrelaterede veje i COVID-19-associeret AKI kan skyldes de andre inflammatoriske processer, der forekommer i COVID{12}}-sygdomsprocessen. Dette kan forklare de metaboliske forskelle, der ses i urinen hos patienter med COVID-19-associeret AKI (43)
Den virale indgangsreceptor, ACE2, er rigeligt til stede i en række forskellige væv, herunder nyrerne. ACE2- og TMPRSS2-transkripter blev påvist på forskellige epitelceller fra nyren og var særligt rigelige i urotelceller (figur 3A). Fordi SARS-CoV-2 er et RNA-virus med en poly-A-hale (44), skabte vi et tilpasset genom til justering, hvor SARS-CoV-2-genomet blev tilføjet som en exon til hg38-mennesket genom. Interessant nok, selvom vi ikke påviste nogen SARS-CoV-2 virale transkriptioner i nyrecellerne hos patienter med AKI, påviste vi sportransskriptioner i urotelcellerne hos patient 7 (som havde COVID-19 uden AKI ), hvilket tyder på direkte infektion af disse blæreceller (figur 3A). Individuel analyse af patient 7 afslørede få nyre-afledte celler. De fleste af de isolerede celler var immun- og urotelceller. Viralt RNA blev udelukkende fundet i urotelceller med høj ACE2-ekspression (figur 3B, supplerende figur 3). Urinalyse af denne patient viste leukocyturi uden tegn på en bakteriel infektion (negativ leukocytesterase og nitrit) (figur 3C). Baneanalyse af urothelcellerne afslørede berigelse af veje involveret i type 1 IFN-signalering, en akut inflammatorisk respons og leukocytresponser (figur 3D, supplerende figur 2B), hvilket er i overensstemmelse med en viral infektion af disse celler.
Figur 2.|Berigelse af skadesrelaterede veje i celler fra patienter med AKI. Gensætberigelsesanalyse af hver klynge af celler fra den integrerede UMAP for pathways, herunder (A) kendetegnende reaktive oxygenarter-veje, (B) kendetegnende apoptose-veje og (C) kendetegnende DNA-reparationsveje hos patienter med COVID-19 AKI (venstre paneler), COVID-19 ingen AKI-kontroller (midterpaneler) og patienter med ikke-COVID-19 AKI (højre paneler). Klyngeidentifikationer er som følger: 1, urotelial; 2, urotelial; 3, urotelial; 4, makrofag; 5, MHC klasse 2-positiv neutrofil; 6, løkke af Henle; 7, neutrofil; 8, opsamlingskanal; 9, urotelial; 10, paraply; 11, neutrofil; 12, opsamlingskanal; 13, nyreboende makrofager; 14, neutrofil; 15, urotelial; 16, cykling; 17, proximal tubuli; 18, proximal tubuli; 19, glat muskelcelle; 20, interkaleret celle; 21, urotelial; 22, T-celle; 23, podocyt; 24, røde blodlegemer; 25, makrofag; 26, B-celle; 27, makrofag; 28, røde blodlegemer.beviser for direkte infektion har manglet. Mekanennisme af indtræden ville være fra den basale side af urothelialetceller, hvis fra blodet eller den luminale side, hvis fra urinen.
En tidligere undersøgelse antydede, at ACE2 er udtrykt på både de basale og luminale overflader af urinblæren (23). Påvisningen af viral blærebetændelse ved hjælp af scRNAseq er i overensstemmelse med de kliniske karakteristika for patient 7 (figur 3C). Selvom virussen kun blev påvist i et lille antal celler, har vi mistanke om, at størstedelen af viralt inficerede celler kunne være blevet filtreret fra under urinbehandlings- og dataanalysekvalitetskontroltrinene, hvor vi fjernede døde og døende celler.
