Как диабетът причинява чувствителност към COVID-19 в бъбреците: нови улики, предоставени от органоиди

EВ началото на пандемията диабетът беше признат като рисков фактор за лоша прогноза при пациенти с коронавирусна болест 2019 (COVID-19). Въпреки че изглежда диабетът не увеличава риска от инфекция с тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), хората с диабет са по-податливи на тежка форма на COVID-19.1 Ретроспективни кохортни проучвания на хоспитализирани пациенти с COVID-19 предоставят отделни доказателства, чеостра бъбречна травмасе появява често и е свързано с повишена вътреболнична смъртност при пациенти с COVID-19.2 Въпреки признатата важност на диабета исвързано с бъбреците съпътстващо заболяванепри COVID-19, изясняването на потенциалните механизми, включително способността на SARS CoV-2 да инфектира бъбреците, е възпрепятствано от ограничената наличност на бъбречна тъкан от пациенти сCOVID-19. Въпреки че предишни проучвания показват, че човешки плурипотентни стволови клетки (hPSC)–извлечените от бъбреците органоиди и съдови органоиди могат да бъдат директно заразени от SARS-CoV-2,3 едва наскоро Янсенet al.предоставят убедителни доказателства, че SARS-CoV-2 присъства вбъбреците на пациентитес COVID-19.4

НАТИСНЕТЕ ТУК, ЗА ДА ВЗЕМЕТЕ БИЛКОВА ФОРМУЛА CISTANCHE ЗАБЪБРЕЧНА ТЪКАН

По-рано беше показано, че органоидите на човешкия бъбрек са подходящ модел за изследване на прякото взаимодействие между SARS-CoV-2 и човешка бъбречна тъкан3,4; въпреки това, установените модели на бъбречни органоиди не са рекапитулирали критичната бъбречна патофизиология, която често се наблюдава при пациенти с диабет. За да се отговори на този проблем и да се изследва ролята на директната бъбречна инфекция от SARS-CoV-2 за повишената тежест на заболяването при пациенти с диабет, Garreta et al. разработи нова органоидна култура на човешки бъбрек, която имитира човешка бъбречна тъкан, изложена на диабетни състояния.5 Използвайки товаорганоиден модел на диабетен бъбрек, авторите изследват потенциалните механизми, лежащи в основата на повишената тежест на заболяването при пациенти с COVID-19 и диабет.

Какво показа проучването?

Авторите са използвали лечение с висока осцилаторна глюкоза, за да стимулират ранни диабетни фенотипове в бъбречни органоиди, получени от hPSC (Фигура 1). Органоидите на контролния и диабетния бъбрек съдържат сравними нефроноподобни структури и експресират сходни нива на тРНК на специфични за нефронния сегмент, ендотелни и стромални маркерни гени.5 Въпреки че диабетното състояние не променя състава и целостта на базалните мембрани, отлагането на протеини в извънклетъчния матрикс се увеличава в тубулоинтерстициалната област при диабетни бъбречни органоиди, напомнящи за бъбречна фиброза при диабетно бъбречно заболяване (DKD).5 Трябва да се отбележи, че диабетната среда променя клетъчния метаболизъм чрез регулиране на гликолитични гени, включително лактат дехидрогеназа А (LDHA), като същевременно потиска митохондриален биогенезен ген PPARG коактиватор 1a (PGC1a).5 Тази "метаболитна памет" е запазена в проксималните тубулни (PT) епителни клетки, изолирани от диабетни бъбречни органоиди дори след дългосрочна култура. В съответствие с констатациите в органоидите на бъбреците, човешките проксимални тубулни клетки (HPTCs), получени от пациенти с диабет, също демонстрират повишаване на нивата на LDHA иРНК и намаляване на нивата на PGC1a иРНК, заедно с повишено окислително фосфорилиране, базално дишане и синтез на АТФ, в сравнение с HPTCs, получени от контролни пациенти.5

Както в контролните, така и в органоидите на диабетните бъбреци, експресията на ангиотензин-конвертиращия ензим 2 (ACE2) се открива основно в РТ епителни клетки. Третирането с осцилаторна глюкоза значително повишава експресията на ACE2 в органоидите на диабетните бъбреци чрез повишаване на стабилността на ACE2 mRNA.5 Увеличаването на експресията на ACE2 в органоидите на бъбреците на диабетици се свързва с повишена инфекция от SARS CoV-2 в сравнение с контролните органоиди. Едноклетъчен РНК-секвениращ анализ на контролни и диабетни бъбречни органоиди с SARS-CoV- 2 инфекция допълнително потвърди, че диабетните бъбречни органоиди съдържат повече клетки, експресиращи вирусна РНК, в сравнение с контролните органоиди.5 По същия начин HPTCs, получени от пациенти с диабет, експресират по-високи нива на ACE2 от контролните HPTCs, което води до повишена чувствителност към SARS-CoV-2 инфекция.5 Възпалителните процеси се регулират нагоре от SARS-CoV-2 инфекция както в контролните, така и в диабетните бъбречни органоиди, което потвърждава скорошни наблюдения в бъбреците на пациенти с COVID-19.4 В сравнение с контролните органоиди, диабетните бъбречни органоиди показват по-значително понижено регулиране на гликолитичните пътища и по-изразено регулиране нагоре на възпалението и свързаните с диабета пътища при SARS CoV-2 инфекция.5

За да проучат изискването за ACE2 и други предполагаеми рецептори за SARS-CoV-2 инфекция на бъбречни епителни клетки, авторите са използвали инструменти за редактиране на ген CRISPR-Cas9, за да генерират нокаут на ACE2, базигин (BSG) и невропилин 1 (NRP1). hPSCs. Дефицитът на ACE2 напълно премахва SARS-CoV-2 инфекцията в ACE2 нокаутирани бъбречни органоиди както при контролни, така и при диабетни състояния, без да засяга развитието на бъбречните структури.5 Повторната експресия на ACE2 възстановява чувствителността към SARS-CoV-2 инфекция . Нито BSG, нито NRP1 са били необходими за SARS-CoV-2 инфекция в бъбречни органоиди, въпреки че делецията на BSG намалява нивата на SARS-CoV-2 иРНК в BSG нокаутирани бъбречни органоиди.5

Защо това изследване е важно?

Това проучване разработи първия органоиден модел на диабетен бъбрек, осигуряващ друга потенциална платформа за изследване на патофизиологията на DKD. В действителност органоидите на диабетните бъбреци показват някои ключови патологични характеристики, напомнящи на бъбреците при диабетни състояния, като тубулоинтерстициална фиброза и регулиране на експресията на ACE2, което от своя страна придава повишена чувствителност към инфекция със SARS-CoV-2.5 Въпреки това, ограниченията на настоящите бъбречни органоиди правят предизвикателство да се повторят много отличителни белези на DKD, включително съдови дефекти, мезангиална експанзия и удебеляване на гломерулната базална мембрана.6 Функционалната васкуларизация на бъбречните органоиди, особено гломерулната васкуларизация, значително ще повиши патофизиологичното значение на диабетния бъбрек органоиден модел. Това постижение може да бъде постигнато чрез мултиплексиране на органоиди със съдови органоиди,3 с помощта на микрофлуидно устройство.

Диабетните бъбречни органоиди показват метаболитни промени на транскриптомно ниво. По-важното е, че PT епителните клетки, изолирани от диабетни бъбречни органоиди, запазват метаболитната памет след оттеглянето на лечението с осцилаторна глюкоза, подобно на PT епителните клетки, получени от пациенти с диабет. Това проучване прави интригуващо наблюдение, че осцилаторното лечение с глюкоза понижава експресията на PGC1a, докато регулира нагоре митохондриалното дишане и производството на АТФ в бъбречните органоиди.7 Въпреки че PGC1a се регулира нагоре в няколко модела на диабет, при които глюконеогенезата е повишена, скорошни проучвания демонстрират ренопротективна роля на PGC1a чрез подобряване на окисляването на мастни киселини.8 Пробите от бъбречна биопсия от пациенти с DKD показват силно намаляване на транскрипционните регулатори на пътя на окисляване на мастни киселини, докато повечето миши модели на DKD нито показват промени в нивата на PGC1a, нито развиват прогресивна бъбречна фиброза.9 Човешките бъбречни органоиди могат помагат за справяне с несъответствията, причинени от междувидови различия, като същевременно отчитат въздействието на лекарствата за диабет, предписвани на хора. Например, бъдещи проучвания биха могли да изследват дали инхибиторите на натриев/глюкозен котранспортер 2 (SGLT2) могат да облекчат някои от патологичните фенотипове в органоидите на диабетните бъбреци.

Остава да се изясни колко често SARS-CoV-2 инфектира директно бъбреците на пациенти с COVID-19 и дали диабетът изостря COVID-19 конкретно чрез ACE2-медиирана инфекция. Jansen et al.4 откриха SARS-CoV-2 във всички бъбречни проби от 62 пациенти с COVID-19; обаче, друго проучване с бъбречни проби от 284 пациенти с COVID-19 открива нуклеокапсиден протеин на SARS CoV-2 само чрез имунохистохимия в 3,7% от случаите.2 Едноядрен анализ на РНК секвениране на тъкан от аутопсия на бъбрек от един пациент показа, че почти всички от 14-те идентифицирани клетъчни клъстери експресират SARS-CoV-2.4 Интересното е, че не всички клетъчни типове вбъбречни органоидиизразен SARS-CoV-2 при инфекция. Въпреки че Jansen et al.4 откриха SARS-CoV-2 в PT клетки, подоцити, бримка от клетки на Henle и някои стромални клетки, Garreta et al. демонстрира преобладаваща PT експресия на SARS-CoV-2.5 От една страна, наблюдаваните разлики между различните модели на бъбречни органоиди могат да се обяснят с различните протоколи за диференциация и схеми на вирусна инфекция, използвани във всяко от проучванията. От друга страна, разликите между проучванията в проби от пациенти и тези в органоиди предполагат, че настоящите модели на органоиди на бъбреците може да не имитират точно реципрочното взаимодействие между SARS-CoV-2 и човешки бъбрек in vivo, поради липса на функционална циркулация и имунната система.

Независимо от тези ограничения, органоидните модели предлагат ценна възможност за оценка на ефикасността на кандидат съединенията при потискане на SARS-CoV-2 инфекцията. Jansen et al.4 показаха, че съвместното лечение с протеазен инхибитор ефективно потиска нивата на SARS-CoV- 2 РНК в органоидите на бъбреците, а Garreta et al.5 показаха, че предварителното третиране с инхибитор на пируват дехидрогеназа киназа DCA намалява SARS-CoV{{7 }} инфекция в HPTCs, получени от пациенти с диабет. Бъдещите проучвания биха могли допълнително да прецизират органоидния модел на диабетния бъбрек, за да подобрят неговото патофизиологично значение, което го прави универсална платформа за моделиране на специфични за пациента фенотипове на заболяването, оценка на нови локуси на риск от диабет и оценка на ефикасността на лекарствата

РАЗКРИВАНЕ

Всички автори декларираха липса на конкуриращи се интереси.БЛАГОДАРНОСТИYX се поддържа от Министерството на образованието на Сингапур(MOE2019-T2-1-072, MOE-T2EP30220-0008 иMOE-MOET32020-0004) и Nanyang TechnologicalУниверситет.ПРЕПРАТКИ

1. Apicella M, Campopiano MC, Mantuano M, et al. COVID-19при хора с диабет: разбиране на причинитеза по-лоши резултати.Lancet Diabetes Endocrinol. 2020;8: 782–792. 

2. May RM, Cassol C, Hannoudi A, et al. Мултицентърретроспективно кохортно проучване deфиnes спектъра набъбречна патология при заболяване от коронавирус 2019 (COVID-19). Бъбрек Int. 2021;100:1303–1315. 

3. Monteil V, Kwon H, Prado P, et al. Инхибиране на SARSИзползване на CoV-2 инфекции в инженерни човешки тъканиразтворим човешки АСЕ2 от клинична степен.клетка. 2020;181:905– 913.e7. 

4. Jansen J, Reimer KC, Nagai JS и др. SARS-CoV-2 заразявачовешкия бъбрек и задвижваниятафиброза в бъбрецитеорганоиди.Клетъчна стволова клетка. 2022;29:217–231.e8. 

5. Garreta E, Prado P, Stanifer ML, et al. Диабетна средаповишава експресията на ACE2 и клетъчната чувствителност къмSARS-CoV-2 инфекции в човешки бъбречни органоиди иклетки на пациента.Клетка Метаб. 2022;34:857–873.e9.

6. Thomas MC, Brownlee M, Susztak K, et al. диабетикзаболяване на бъбреците.Nat Rev Dis Primers. 2015;1:15018.

Поддържаща услуга на Wecistanche-най-големият износител на cistanche в Китай:

Имейл:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/телефон:+86 15292862950

Магазин:

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

КЛИКНЕТЕ ТУК, ЗА ДА ВЗЕМЕТЕ НАТУРАЛЕН ОРГАНИЧЕН ЕКСТРАКТ ОТ ЦИСТАНША С 25% ЕХИНАКОЗИД И 9% АКТЕОЗИД ПРИ БЪБРЕЧНИ ИНФЕКЦИИ