ЧАСТ Ⅰ: Острото бъбречно увреждане при тежък COVID-19 има прилики с бъбречно увреждане, свързано със сепсис

за повече информация:ali.ma@wecistanche.com

ЧАСТ Ⅰ:Острата бъбречна травма при тежък COVID-19 има прилики с бъбречна травма, свързана със сепсис: Мултиомично проучване

Мариам П. Александър, MD; Киран К. Мангалапарти, д-р и др.

ВЪВЕДЕНИЕ

Инфекцията с тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2) причинява коронавирусна болест 2019 (COVID. 19).и е свързано состра бъбречна травма(AKI) при повече от една трета от хоспитализираните пациенти. АКИ (остра бъбречна травма) често е умерено до тежко и е независим рисков фактор за вътреболнична смъртност. Острата тубулна травма се счита за патологичен отличителен белег наCOVID-19бъбречно заболяване, както е показано при нативни и аутопсионни бъбречни изследвания. Микротромби, описани в сърцето и белите дробове, рядко се съобщават в бъбреците. По същия начин, макар и тежкиCOVID-19се свързва със системен възпалителен отговор и възпаление в белите дробове и сърцето, малко се знае за имунния отговор в бъбреците.

Директна вирусна токсичност, хемодинамична нестабилност, цитокинова буря. и имуномедиираното увреждане са предложени като вероятни причини за бъбречно увреждане приCOVID-19.5,13,14 Последните проучвания показват прилики между свързаната със сепсис ОПП (остра бъбречна травма) (S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)) иCOVID-19-свързано бъбречно увреждане.e Към днешна дата има доклади за оценка на бъбречната патология приCOVID-19до голяма степен са се фокусирали върху светлинна микроскопия и ултраструктурни изследвания; молекулярните изследвания са ограничени.

Тук представяме серия отCOVID-19пациенти, подложени на следсмъртно изследване с акцент върху констатациите на бъбречна патология. Нашето проучване се опита да опише патологичния спектър наCOVID-19-свързано бъбречно увреждане и за характеризиране на молекулярния профил наCOVID-19-свързан AKI (остра бъбречна травма)в сравнение със S-AKI ((Бъбречно увреждане, свързано със сепсис))и несвързана със сепсис AKI (остра бъбречна травма)(NS. AKI (остра бъбречна травма)за изясняване на приликите и разликите в основната патофизиология.

Щракнете, за да получите ползи от екстракта от Cistanche при бъбречно заболяване

ПАЦИЕНТИ И МЕТОДИ

Клинични данни

Всички случаи наCOVID-19(както е потвърдено от предсмъртна назофарингеална или орофарингеална полимеразна верижна реакция на SARS.CoV-2), подложени на следсмъртен преглед със съгласието на изследването в Mayo Clinic (Рочестър, Минесота) между 2 април и 9 септември 2020 г., бяха включени в проучването. Важната информация за всички случаи беше извлечена от извършена след микродисекция с лазерно улавяне на тубулоинтерстициалния компартмент, излъчващ всякакви гломерули и/или области на интерстициална фиброза или тубулна атрофия. Апоптозата във всяка група беше оценена чрез терминална дезоксинуклеотидил трансфераза на dUTP анализ за маркиране в крайния край.

Статистически анализ

Анализът на генната експресия след нормализиране беше извършен с помощта на R версия 3.6.3 (R Foundation for Statistical Computing, Виена, Австрия). Генните набори с функционална анотация бяха получени с помощта на осигурени от NanoString анотации, базирани на литература.78 Експресията на генния набор с функционална анотация беше определена с помощта z-резултатите на средните нормални zedброи на съставните гени. Резултатите на Gesetz бяха сравнени между групите проби с помощта на t-теста на Student. Горните относително регулирани нагоре и надолу индивидуални гени във всяка група проби (спрямо всички други групи проби) бяха определени с помощта на промяна на пъти и t-тест на Student. В случай на количествени данни за протеомика, интензитетите на тандемни канали за масов етикет на идентифицирани протеини бяха използвани за статистически анализ с помощта на Python 3.6.5. Интензитетите на канала бяха логаритъм, трансформирани и медианата нормализирана преди прилагането на независим t-тест на Student. P стойностите бяха коригирани за тестване на множество хипотези, използвайки метода на Benjamini-Hochberg. Диференциално експресирани протеини (стр<.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="">

РЕЗУЛТАТИ

Клинични характеристики

Демографията на 17-теCOVD-19случаите на аутопсия са представени в таблица 1. Кохортата е имала средна възраст от 78 години (диапазон от 29 до 94 години), а 14 (82,4 процента) са били на възраст над 70 години. Бяха 15 мъже. и ll се самоопределят като бели (64,7 процента). Трима (17,6 процента) допълнителни пациенти се самоопределиха като азиатци, нито един като черен. Времето, прекарано в болницата, варира в широки граници, като 12 (70,6 процента) са били хоспитализирани за 5 или повече дни преди смъртта. Честите и забележими съпътстващи заболявания включват хипертония при 9 (52,9 процента), захарен диабет при 4 (23,5 процента), сърдечно-съдови заболявания (като коронарна артериална болест) или мозъчно-съдов инцидент при 12 (70,6 процента) и хронично бъбречно заболяване при 1 (5,9 процента) ). Само 1 от 17 пациенти (5,9 процента) не са имали анамнеза за хипертония, захарен диабет, коронарна артериална болест, хронично бъбречно заболяване или затлъстяване. Седем (41,1 процента) са били на механична вентилация по време на смъртта.

Всички 17 пациенти, починали сCOVID-19разработен AKI (остра бъбречна травма). Сред пациентите с AKI (остра бъбречна травма)които са имали терминално ниво на серумен креатинин в рамките на 24 часа след смъртта, осем са имали AKI (остра бъбречна травма) етап 1 (47,1 процента), двама са имали AKI (остра бъбречна травма)стадий 2 (11,8 процента), а трима имаха AKI (остра бъбречна травма)етап 3 (17,6 процента). Един пациент с AKI (остра бъбречна травма)етап 3 са получавали продължителна бъбречна заместителна терапия. Оценката на протеинурията с помощта на урината не е налична при четирима пациенти, но при останалите всички 13 пациенти (76,5%) са имали 100 mg/dL или по-малко. Шест от 17 пациенти са получили лечение заCOVID-19включително само дексаметазон (n=1), ремдесивир (n=1), комбинация от дексаметазон и ремдезивир (n=2) и комбинация от ремдезивир и реконвалесцентна плазма (n{{ 3}}).

Всичките 17 пациенти са имали положителна SARS-CoV-2 полимеразна верижна реакция, диагностицирана на среден интервал от l2 дни преди аутопсията. По време на аутопсията трима (17,6 процента) са били отрицателни за SARS-CoV-2. Средният интервал след смъртта е 18 часа и автолизата е лека само при 11 пациенти (64,7 процента). Шестнадесет (94,1 процента) са починали от усложнения наCOVID-19(всички 16 са имали тежко белодробно заболяване, включително остра бронхопневмония, насложена върху дифузно алвеоларно увреждане при осем [50.0 процента), остра и организираща пневмония при четири [25,0 процента), организираща пневмония при три [ 18,8 процента ] и дифузно алвеоларно увреждане само при едно [6,3 процента ]).

ТАБЛИЦА 1. Демография на кохортата и съответните клинични характеристики

Характеристики на патологията

Резултатите от аутопсията на бъбреците са характеризирани в Таблица 2. Бъбречната патология се характеризира с умерено до тежко остро тубулно увреждане при всички (Фигура 1A). Повечето показват подчертано опростяване на покривния епител и луминална ектазия. Миоглобинови отливки са наблюдавани в два случая и осмотична тубулопатия в един. Тубулоинтерстициалното възпаление е леко с доминиране на макрофаги и CD3-положителни Т-клетки. Перитубният капилярит със смесен Т-клетъчен и макрофагов имунофенотип е наблюдаван при 13 (76,5 процента) (Фигура 1B-F). По подобен начин, гломерул със смесен Т-клетъчен и макрофагов имунофенотип се наблюдава при същите 13 (76,5 процента). Четиримата пациенти, които не показват микроваскуларно възпаление, са били лекувани с комбинация от ремдезивир и дексаметазон (n=2) или реконвалесцентна плазма (n=2). Пациентите, лекувани само с дексаметазон или само с ремдезивир, са имали микроваскуларно възпаление. Неутрофилното микроваскуларно възпаление и интерстициалната инфилтрация не са забележими характеристики в нито един от случаите. Неимунната гломерулна патология индуцира нодуларна диабетна гломерулосклероза при 1 (5,9 процента); като има предвид, че колабираща фокална сегментна гломерулосклероза или остра тромботична микроангиопатия не са идентифицирани. Във всички случаи е отбелязана изразена перитубуларна капилярна конгестия (фигури lB и C). Умерена до тежка артериосклероза и артериоларна хиалиноза са отбелязани съответно при l4 (82,4 процента) и ll (64,7 процента). Само лека гломерулосклероза (<25%)and tubulointerstitial=""><25%)were noted="" in="" all="" 17="">

Констатациите за микроваскуларно възпаление предполагат имуномедиирано увреждане при тежкоCOVID-19- свързано бъбречно заболяване. Освен това се опитахме да характеризираме молекулярния и ултраструктурния профил наCOVID-19бъбреци. Бяха оценени ултраструктурни, транскриптомични и протеомни профили на бъбреците на седем пациенти, които са имали само лека автолиза и за които е налична фиксирана с глутаралдехид тъкан за ултраструктурно изследване. Констатациите бяха сравнени с две несъвпадащи по възрастCOVID-19контролни кохорти с AKI (остра бъбречна травма): S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)(всички с бронхо-пневмония) и НСАКИ. Клиничните характеристики на трите групи са показани в таблица 3. Средната възраст на групите е съответно 78,71 и 74 години (P=.6). В S-AKI имаше повече жени (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)група, отколкото в която и да е от другите две групи. Средното терминално ниво на серумен креатинин е съответно 3.0 mg/dL, 1,6 mg/dL и 1,3 mgdL (P=.32). И трите групи имат подобен брой съпътстващи заболявания и са сравними по отношение на хроничните микроструктурни промени в бъбречния паренхим.

Морфологични характеристики на трите AKI (остра бъбречна травма)Кохорти

Микроваскуларното възпаление (гломерулит и перитубуларен капилярит) е по-изразено при пациенти сCOVID-19(5 от 7 пациенти) и S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)(7 от 7 пациенти), в сравнение с NS-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)контроли (0 от 7 пациенти). Мононуклеарните възпалителни клетки са преобладаващият тип възпалителни клетки и при двата, докато неутрофилите се отбелязват рядко и само при S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис). Паренхимното тубулоинтерстициално възпаление е на петна, леко (3 от 7 пациенти) или умерено (4 от 7 пациенти) и до голяма степен мононуклеарно приCOVID-19и С-АКИ (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис), в сравнение с минимално възпаление в NS-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)контроли (7 от 7 пациенти).

Относно ултраструктурната оценка наCOVID-19АКИ (остра бъбречна травма). имаше данни за тубулно увреждане с цитоплазмена вакуолизация, загуба на границата на четката и митохондриално увреждане. Последният се характеризира с подуване, вакуолизация и изкривяване на кристите. Бяха идентифицирани кондензирани митохондрии и изкривени кръгли митохондрии. Флокулентни плътности и големи везикули с изобилие от покрити с клатрин везикули, наподобяващи вирусни частици, също бяха идентифицирани (Фигура 2A-C) Тубуларетикуларни включвания не бяха наблюдавани в ендотелната цитоплазма наCOVID-19случаи. Беше отбелязано увреждане на перитубуларния капилярен ендотел. Многослойността на гломерулните и перитубулните капилярни базални мембрани, характеристики на по-хронично ендотелно увреждане, не беше оценено. Апоптозата на тубулните епителни клетки е по-честа приCOVID-19(3.1/hpf) и S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)(4,1/hpf) в сравнение с NS-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)контроли (0.7/hpf (стр<.001)(figure>

SARS-CoV-2 HC и проучванията за хибридизация in situ върху бъбречни срезове са отрицателни във всичките седемCOVID-19случаи. Окончателни вирусни включвания не са идентифицирани при ултраструктурни изследвания на подоцити, ендотелиум или тубули.

ТАБЛИЦА 2. Резюме на основните находки от аутопсията с акцент върху бъбречната патология

Молекулярни характеристики на трите AKI (остра бъбречна травма)Кохорти

Да се ​​определи фенотипа на клетъчните инфилтрати и пространствената архитектура на AKI (остра бъбречна травма)вCOVID-19бъбреци, високопараметрична образна масова цитометрия за откриване на 23 маркера на клетъчната повърхност беше извършена на система за изображения Hyperion, свързана с Helios time-of-flight масов цитометър (допълнителна таблица Sl, достъпна онлайн на http://www.mayoclinic procedureings.org ). Доказателство за адаптивен имунен отговор беше предложено чрез групирането на CD3 CD45RO плюс клетки в тубулоинтерстициалния във всеки случай. Преобладаващият вроден имунен отговор беше подчертан от обогатена популация от макрофаги (CD68 плюс) както в интерстициума, така и в гломерулните капилярни бримки (Фигура 3А). Изчислителният мултиплексен анализ на съседството разкри, че като цяло CD3 плюс CD4t клетките са обогатени в непосредствена близост до антиген-представящи клетки (HLA-DR), в сравнение с CD3CD4 Т клетки и не-Т-клетки (Фигура 3В).

Бъбречни проби отCOVID-19случаите и контролите бяха анализирани от платформата NanoString с помощта на панела за трансплантация на човешки органи nCounter, който профилира експресията на 770 гена, свързани с различни пътища, свързани с имунния отговор, тъканно увреждане и механизми на действие на имуносупресивни лекарства.7

Анализът на генната експресия разкри товаCOVID-19бъбреците са имали значително обогатяване на набори от транскрипти на множество функционални анотации, включително апоптоза, аутофагия, експресия на главен комплекс за хистосъвместимост клас I и I и диференциация на хелперна клетка тип 1 и регулаторна Т клетка (Treg). Моделите на генна експресия наCOVID-19случаите наподобяват тези на S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)(Фигура 4).

В светлината на наблюдаваното възпаление приCOVID-19бъбреците, както морфологично, така и на молекулярно ниво, искахме да идентифицираме промени в протеома, които биха могли да предложат уникални механизми заCOVID-19АКИ (остра бъбречна травма). Следователно, ние извършихме количествен протеомичен анализ от фиксирани във формалин и вградени в парафин бъбречни срезове наCOVID-19и двата комплекта контролни проби. Бяха идентифицирани общо 3594 протеина, от които 164 бяха различно експресирани между групите (P<.05):87 between="" covid-19="" and=""> (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)(16 с промяна на гънките > 1,2), 81 между S-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис)и НС-АКИ (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис) (8 with a fold-change >1.2) и 64 между тяхCOVID-19и С-АКИ (остра бъбречна травма)(6 with a fold-change >1.2). Проведено е йерархично групиране за всички протеини, намерени в трите групи, и е генерирана топлинна карта (Фигура 5А). Анализът на пътя на изобретателността показа товаCOVID-19АКИ (остра бъбречна травма)бъбреците са обогатени с протеини, участващи в сигналните пътища на сиртуин и некроптоза, и двата участващи в регулаторния отговор на възпаление (допълнителна таблица S2, достъпна онлайн на http://www.mayodinicproceedings.org). Повишаването на регулацията на сигналния път на Ceramide е уникално вCOVID-19бъбреци в сравнение с NS-AKI (Бъбречно увреждане, свързано със сепсис), докато окислителното фосфорилиране се регулира надолу вCOVID-19АКИ (остра бъбречна травма)(Фигура B).

ФИГУРА 1. Остро тубулно увреждане и имунна клетъчна инфилтрация при коронавирусна болест 2019 бъбреци.(A) Бъбречната кора при светлинна микроскопия показва остро тубулно увреждане с лумина ектазия (оцветяване с хематоксилин и еозин [HE], оригинално увеличение*20). (B) Забелязват се лека мононуклеарна интерстициална инфилтрация и перитубуларна капилярна конгестия (HE петно, оригинално увеличение*40). (C и D) Перитубуларен капилярит (стрелка) е забележителна характеристика в конгестираните капиляри (C) Микроваскуларното при възпаление се състои от CD3-позитивни Т клетки (E) и CD68-позитивни макрофаги (F ) (оригинално увеличение*40 за E и F).