جهة الاتصال: jerry.he@wecistanche.com

Wei Lin1 و Jue Fan2 و Long-Fei Hu2 و Yan Zhang2 و Joshua D. Ooi3 و Ting Meng4 و Peng Jin5 و Xiang Ding5 و Long-Kai Peng6 و Lei Song6 و Rong Tang6 و Zhou Xiao4 و Xiang Ao4 و Xiang-Cheng Xiao4 ، Qiao-Ling Zhou4 ، Ping Xiao4 ، Yong Zhong4

1 قسم علم الأمراض ، مستشفى Xiangya ، جامعة الجنوب المركزية ، تشانغشا ، هونان 410008 ، الصين ؛

2 قسم المعلوماتية الحيوية وعلوم البيانات ، Singleron Biotechnologies ، نانجينغ ، جيانغسو 210032 ، الصين ؛

3 مركز للأمراض المعدية ، قسم الطب بجامعة موناش ، مركز موناش الطبي ، كلايتون ، VIC 3168 ، أستراليا ؛

4 قسم أمراض الكلى ، مستشفى شيانغيا ، جامعة الجنوب المركزية ، تشانغشا ، هونان 410008 ، الصين ؛

5 قسم زرع الأعضاء ، مستشفى Xiangya ، جامعة الجنوب المركزية ، تشانغشا ، هونان 410008 ، الصين ؛

6 قسمالكلىزرع الأعضاء ، مستشفى Xiangya الثاني لجامعة الجنوب المركزية ، تشانغشا ، هونان 410011 ، الصين.

يمكن أن يحسن القسطرة وظائف الكلى

الملخص

الخلفية: منذ عام 2019 ، روايةفيروس كورونااسمه 2019 روايةفيروس كورونا(2019- nCoV) ظهر في جميع أنحاء العالم. بعيدا

الحمى ومضاعفات الجهاز التنفسي الحادةالكلىوقد لوحظت إصابة في عدد قليل من المرضىفيروس كورونامرض 2019. علاوة على ذلك ، وفقًا للاستنتاجات الأخيرة ، تم اكتشاف الفيروس في البول. تم اقتراح الإنزيم II المحول للأنجيوتنسين (ACE2) ليكون بمثابة مستقبل لدخول 2019- nCoV ، وهو نفس الإنزيم لمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة. هدفت هذه الدراسة إلى التحقق من السبب المحتمل لتلف الكلى والمسار المحتمل لعدوى 2019- nCoV في الجهاز البولي.

الأساليب: استخدمنا كلا المنشورينالكلىوبيانات أطلس خلايا المثانة ومستقلة جديدةالكلىبيانات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية تم إنشاؤها داخليًا لتقييم التعبير الجيني ACE2 في جميع أنواع الخلايا في الكلى والمثانة السليمة. تم إنشاء معاملات ارتباط بيرسون بين الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 وجميع الجينات الأخرى لأول مرة. بعد ذلك ، الجينات ذات قيم r أكبر من 0. قيم 1 و P أصغر من 0. 01 اعتبرت جينات تعبير مشترك ذات دلالة مع ACE2.

النتائج: أظهرت نتائجنا التعبير المخصب لـ ACE2 في جميع الأنواع الفرعية لخلايا النبيبات القريبة (PT) فيالكلى. تم العثور على تعبير ACE2 في 5.12 في المائة ، و 5.80 في المائة ، و 14.38 في المائة من الخلايا الأنبوبية الملتفة القريبة ، وخلايا PT ، وخلايا الأنبوبة المستقيمة القريبة ، على التوالي ، في ثلاثة منشورة.الكلىمجموعات بيانات أطلس الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، تم أيضًا تأكيد تعبير ACE2 في 12. 0 5 بالمائة و 6.80 بالمائة و 10.20 بالمائة من خلايا النبيب الملتف القريب ، PT ، والنبيب المستقيم القريب ، على التوالي ، في عينتي الكلى السليمتين. لتحليل البيانات العامة من ثلاث عينات من المثانة ، كان تعبير ACE2 منخفضًا ولكن يمكن اكتشافه في الخلايا الظهارية للمثانة. فقط 0.25 في المائة و 1.28 في المائة من الخلايا الوسيطة والخلايا المظلة ، على التوالي ، لديها تعبير ACE2. الخلاصة: قدمت هذه الدراسة دليلًا عن المعلوماتية الحيوية على المسار المحتمل لعدوى 2019- nCoV في الجهاز البولي. الكلمات الرئيسية: 2019- nCoV؛ إصابة الكلى الحاد؛ الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 ؛ مثانة؛ COVID -19 ، الكلى؛ تحليل تسلسل الحمض النووي الريبي تحليل الخلية الواحدة

مقدمة في عام 2019 ، ظهرت حالات التهاب رئوي غامضة وانتشرت بسرعة في جميع أنحاء العالم. ثم أكد تحليل التسلسل العميق والتحقيقات المسببة أن العامل الممرض كان نوعًا من الأنواع التي تم تحديدها حديثًافيروس كوروناالتي تم تصنيفها على أنها فيروس كورونا الجديد 2019 (2019- nCoV). تسبب الانتشار السريع لـ 2019- nCoV في تفشي الالتهاب الرئوي في جميع أنحاء العالم ، مما يجعله تهديدًا خطيرًا لأمن الصحة العامة الدولي في غضون فترة قصيرة. [1-3] استنادًا إلى تحليلات المعلوماتية الحيوية ، فقد تبين أن جينوم 2019- nCoV مطابق بنسبة 88٪ لاثنين من الفيروسات التاجية الحادة الوخيمة (SARS) المشتقة من الخفافيش (bat-SL-CoVZC45 و bat-SL CoVZXC21) ، 79٪ مطابقة لـ SARS-CoV ، و 50٪ مطابق لفيروس كورونا المسبب لمتلازمة الشرق الأوسط التنفسية (MERS-CoV). [4] كشفت التحليلات الهيكلية للبروتين ذلك

2019- كان لـ nCoV مجال ربط بمستقبل مشابه لمجال SARS-CoV ، وهو مرتبط مباشرة بالإنزيم II المحول للأنجيوتنسين (ACE2) ، مما يشير بقوة إلى أن 2019- nCoV يستخدم ACE2 كمستقبل له ، I

الأعراض الأكثر شيوعًا لعدوى 2019- nCoV هي الحمى والسعال لدى معظم المرضى ، مع أعراض عدم الراحة في الصدر ، وضيق التنفس التدريجي ، أو متلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS) في المرضى الحادة. بَصِيرالكلىتم الإبلاغ عن إصابة (AKI) في عدد قليل من المرضى المصابين بعدوى مؤكدة بـ {0} nCoV. أظهرت النتائج المختبرية لـ 99 مريضًا مصابًا بـ 2019- nCoV أن ثلاثة مرضى (3 بالمائة) لديهم درجات مختلفة من زيادة الكرياتينين في الدم. 15 في المائة) من مرضى وحدة العناية المركزة (ICU) واثنان من 28 (7 في المائة) من المرضى غير المعالجين بوحدة العناية المركزة ، أظهروا ارتفاع الكرياتينين في الدم. i0lA مات إجمالي 3.7 في المائة من المرضى بسببكلويالفشل كما هو موضح في تحليل 88 حالة وفاة مرتبطة بفيروس كورونا 2019 (COVID -19) ، [بالإضافة إلى ذلك ، أكدت الأبحاث الأخيرة أن 27.06 بالمائة (23/85) من المرضى ظهرت عليهم أعراض حادةكلويفشل ، ونخر أنبوبي حاد شديد لوحظ من خلال تلطيخ الهيماتوكسيلين إيوزين في ستة مرضى بعد الوفاة. 2019- تم اكتشاف مستضد nCo V في الأنابيب الكلوية بواسطة الكيمياء المناعية (IHC) أيضًا .12] علاوة على ذلك ، {{4} }} تم اكتشاف nCoV في عينات البول عن طريق تفاعل البوليمر المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي لمريض مصاب 2019- بعدوى nCoV.134I ومع ذلك ، لا يزال سبب وكيفية 2019- nCoV تحفيز AKI في البول غير معروف إلى حد كبير. أيضًا ، ما إذا كان 2019. nCoV يمكن أن ينتقل عبر المسالك البولية يظل سؤالًا بلا إجابة إلى حد كبير. نظرًا لأن ACE2 يلعب دورًا مهمًا في مرض 2019- nCoVinfection ، فإننا نهدف إلى تحديد ACE 2- الذي يعبر عن تكوين الخلية وتناسبها في الإنسان الطبيعي.الكلىوالمثانات بواسطة النسخ أحادية الخلية لاستكشاف طرق العدوى المحتملة لـ 2019- nCoV وأدوار ACE2 في عدوى نظام المسالك الأحادية.

تم تطبيق تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية (scRNA-Seq) على نطاق واسع في 2019- أبحاث nCoV نظرًا لقدرته على تشكيل التعبير الجيني لجميع أنواع الخلايا في أنسجة متعددة بشكل غير متحيز وبدقة عالية. تم فحص تعبير الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في الخلايا السنخية من النوع 2 المعروفة في الرئة وكذلك في خلايا الكبد الصفراوية ، والخلايا الظهارية للمريء ، والخلايا المعوية الامتصاصية [15-171 في الدقاق والقولون بواسطة scRNA-Seq. أظهرت هذه النتائج الفائدة المحتملة لـ scRNA-Seq للكشف عن أنواع الخلايا المستهدفة المحتملة لـ 2019- nCoV. نظرًا لأن عدوى الجهاز البولي وآثاره المحتملة يمكن أن تكون ضرورية لرعاية المرضى أثناء وبعد الإصابة ، فقد استخدمنا مجموعتين من مجموعات بيانات نسخ scRNA-Seq في بيئة صحية.الكلىومجموعة بيانات واحدة في المثانة السليمة للتحقق من أنماط التعبير لأنواع الخلايا في الجهاز البولي.

طُرق

الحصول على مجموعة البيانات العامة ومعالجتها

مصفوفات التعبير الجيني لبيانات تسلسل سكرنا من الطبيعيالكلىمن ثلاثة متبرعين أصحاء تم تنزيلهم من Gene Expression Omnibus (GSE131685). أعدنا إنتاج التحليل النهائي باستخدام الكود الذي قدمه المؤلف في الورقة الأصلية.

حصلنا على بيانات scRNA-Seq لأنسجة المثانة السليمة لثلاثة مرضى بسرطان المثانة من Gene Expression Omnibus (GSE108097). لتكون متسقة معالكلىمجموعات البيانات ، طبقنا Harmony (طريقة Harmony هي خوارزمية لأداء تكامل مجموعات بيانات الجينوم أحادية الخلية لتصحيح الدُفعات والتحليل التلوي ، وهو سريع وحساس ودقيق. ويمكنه أيضًا إزالة تأثير مجموعة البيانات الأصلية من التضمين 1] لدمج العينات وإجراء تحليل المصب باستخدام Seurat (الإصدار 3.1 ، Satija Lab ، https://satijalab.org/seurat/). تمت تسوية جميع تعبيرات الجينات وتوسيع نطاقها باستخدام NormalizeData و ScaleData (NormalizeData هي وظيفة من Seurat التي يمكنها تسوية بيانات العد الموجودة في اختبار معين. ScaleData هي وظيفة من Seurat يمكنها قياس الجينات وتوسيطها في مجموعة البيانات ، وتوحيد نطاق قيم التعبير عبر جميع الجينات.) ، أعلى 2 0 تم اختيار 00 جينًا متغيرًا بواسطة FindVariableFeautres لتحليل المكونات الرئيسية. تم إجراء تحليل المجموعات باستخدام FindClusters عن طريق تقليل مصفوفة التعبير الجيني أولاً إلى أول 20 مكونًا رئيسيًا ثم استخدام دقة 0.3 f أو التجميع القائم على الرسم البياني.

معالجة عينات الكلى

الكلىتم الحصول على عينات في موقع واحد عن طريق خزعة إسفينية وإبرة لكلى متبرع حي بعد إزالتها من المتبرع وقبل الزرع في المتلقي.الكلىتم الحصول على عينات في موقع واحد عن طريق خزعة إسفين وإبرة من متبرع حيالكلىبعد الإزالة من المتبرع وقبل الزرع في المتلقي. تم تنفيذ جميع الإجراءات التي تنطوي على مشاركين بشريين وفقًا للمعايير الأخلاقية للجنة الأخلاقيات بمستشفى Xiangya التابع لجامعة Central South (رقم موافقة IRB 201711836) ومع إعلان هلسنكي لعام 1964 وتعديلاته اللاحقة أو المعايير الأخلاقية المماثلة. تم تفريغ عينات خزعة الكلى بمحلول ملحي معقم من الفوسفات (PBS) بعد الاستحواذ.

تفكك الأنسجة

طازجالكلىتم نقل الأنسجة على الفور إلى GEXSCOPE "محلول الحفاظ على الأنسجة (Singleton Biotechnologies ، Nanjing ، مقاطعة جيانغسو ، الصين) بدرجة 2 إلى 8 درجات مئوية. تم هضم العينات في 2 مل من محلول تفكك الأنسجة GEXSCOPE (Singleron Biotechnologies) عند 37 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة في أنبوب الطرد المركزي 15- مل مع التقليب المستمر بعد غسلها بمحلول ملح متوازن من هانكس ثلاث مرات وتقطيعها إلى قطع بحجم 1 إلى 2 مم تقريبًا. بعد ذلك ، تمت تصفية حطام الخلية والشوائب الأخرى بواسطة مصفاة معقمة 40- ميكرون (كورنينج ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم طرد الخلايا عند 300 × جم و 4 درجات لمدة 5 دقائق. تم تعليق كريات الخلايا في 1 مل من PBS (HyClone ، Marlborough ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية). لإزالة خلايا الدم الحمراء ، تمت إضافة 2mLGEXSCOPE Red Blood Cell Lysis Buffer (Singleton Biotechnologies) إلى تعليق الخلية واحتضانها عند 25 درجة لمدة 10 دقائق. تم بعد ذلك طرد الخليط عند 500 × جم لمدة 5 دقائق ، وتم إعادة تعليق حبيبات الخلية في PBS. تم عد الخلايا باستخدام عداد الخلايا الآلي TC20 (Bio-Rad ، Hercules ، CA ، الولايات المتحدة الأمريكية).

إعداد المكتبة وتحليل البيانات من scRNA-Seq تعرض التعليق أحادي الخلية لإعداد مكتبة وحيدة الخلية وتسلسلها ، كما هو موضح سابقًا. لكي تكون متسقة مع البيانات العامة المستخدمة أعلاه ، طبقنا سير عمل تحليلي مماثل. [18] لقد عدلنا عدد المكونات الأساسية إلى 2 0 واستخدمنا دقة تبلغ 0.6 للحصول على نتائج تجميع لنوع خلية قابلة للمقارنة مع الجمهورالكلىبيانات. تم شرح أنواع الخلايا بناءً على العلامات المتعارف عليها في الأدبيات.

الشكل 1: تحليل الخلية الواحدة للجمهورالكلىبيانات من ثلاث جهات مانحة. (أ) مؤامرة UMAP تكشف عن التعليقات التوضيحية لنوع الخلية لثلاث عينات. (ب) التركيب الخلوي لثلاث عينات كلى صحية. وشكلت الخلايا الأنبوبية الملتفة القريبة 48.3 في المائة و 52.6 في المائة و 38.5 في المائة ؛ شكلت خلايا PT 26.3 بالمائة و 36.9 بالمائة و 43.7 بالمائة ؛ وشكلت الخلايا الأنبوبية المستقيمة القريبة 7.6 في المائة و 2.1 في المائة و 5.8 في المائة. (ج) مؤامرة نقطية تعرض العلامات الكنسية المستخدمة في تصنيف نوع الخلية. يمثل الإحداثي كل نوع من أنواع الخلايا ، ويمثل التنسيق جينات العلامة ، ويمثل لون النقطة في الشكل مستوى التعبير ، ويمثل حجم النقطة نسبة التعبير الجيني في الخلية. (د) أنماط التعبير الجيني لـ ACE2 لجميع أنواع الخلايا المكتشفة فيالكلى. يتم تمثيل نوع الخلية أفقيًا ، ويتم تمثيل قيمة تعبير ACE2 عموديًا. كل نقطة تمثل خلية واحدة. الخلايا التي تعبر بشكل أساسي عن ACE2 في عينات الكلى هي خلايا PT. ACE2: الإنزيم الثاني المحول للأنجيوتنسين ؛ PT: النبيب الداني. UMAP: تقريب وإسقاط متشعب موحد.

الشكل 2: تحليل الخلية الواحدة لعينتي خزعة الكلى. (أ) شروح نوع الخلية المرئية بواسطة UMAP. يتم ترميز أنواع الخلايا المختلفة بالألوان ، وتمت إضافة أسماء الخلايا. (ب) عينة محددة تصور UMAP لعينتين. تتميز أنواع الخلايا بألوان مختلفة. (ج) خريطة الحرارة للعلامات المتعارف عليها المطبقة على نوع الخلية. يتم تمثيل نوع الخلية أفقيًا ، ويتم تمثيل قائمة الجينات عموديًا ، ويتم تمثيل مستوى التعبير باللون في الصورة. (د) مؤامرة الكمان التي تعرض إشارات التعبير عن أنواع خلايا الكلى. يتم تمثيل نوع الخلية أفقيًا ، ويتم تمثيل قيمة تعبير ACE2 عموديًا. كل نقطة مبعثرة تمثل خلية واحدة. الخلايا التي تعبر بشكل أساسي عن ACE2 في عينات الكلى هي خلايا PT. ACE2: الإنزيم الثاني المحول للأنجيوتنسين ؛ PT: النبيب الداني. UMAP: تقريب وإسقاط متشعب موحد.

النبيب الداني (PT) لخلايا الكلى والمظلة للمثانة). تم إنشاء معاملات ارتباط بيرسون بين الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 وجميع الجينات الأخرى لأول مرة. بعد ذلك ، الجينات ذات قيم r أكبر من 0. 1 و P أصغر من 0. 0 1 اعتبرت جينات ذات تعبير مشترك ذات دلالة مع ACE2. أزلنا جينات الميتوكوندريا من أجل إثراء المسار التالي وتحليلات تفاعل البروتين والبروتين (PPI). بالنسبة لمجموعات بيانات الكلى ، استخدمنا الجينات المعبر عنها بشكل مشترك في نوعين على الأقل من ثلاثة أنواع من الخلايا من PT ، والنبيب المستقيم القريب ، وخلايا الأنابيب الملتفة القريبة في مخطط Venn. بقي ما مجموعه 126 و 65 جينًا لمجموعات بيانات الكلى العامة والخاصة ، على التوالي. بالنسبة لمجموعة بيانات المثانة ، احتوت المجموعة النهائية على 372 جينًا. تم تطبيق تحليلات الجينات الجين (GO) و kyoto من جينات الجينات والجينوم (KEGG) باستخدام حزمة R clusterpro er (الإصدار 3.8.1 ، Bioconductor ، https: // bioconductor.org/packages/Release/BIOC. ler.html). المسارات ذات القيمة المساعدة P _ أقل من 0. 05 تم اعتبارها غنية بشكل ملحوظ. لتحليل PPI ، تم دمج مجموعتين نهائيتين من الجينات من مجموعتي بيانات الكلى لتكوين قائمة جينات 170-. تم التنبؤ بتحليل PPI بناءً على التفاعلات المعروفة للجينات مع مصطلحات GO ذات الصلة في حزمة R STRINGdb (الإصدار 1.20.0 ، https://string-db.org/). استنادًا إلى بيانات شبكة تفاعل البروتين الجيني المنظمة تفاضليًا ، تم تصدير شبكة PPI باستخدام برنامج Cytoscape (الإصدار 3.4 ،https://cytoscape.org/).

الشكل 3: مجموعة بيانات المثانة العامة أحادية الخلية. (أ) تصور ثنائي الأبعاد لأطلس خلية المثانة بواسطة UMAP. يتم ترميز أنواع الخلايا المختلفة بالألوان ، وتمت إضافة أسماء الخلايا. (ب) نمط التعبير للعلامات المتعارف عليها المستخدمة لتحديد أنواع خلايا المثانة. يمثل المحور X كل نوع من أنواع الخلايا ، ويمثل المحور Y جينات العلامة ، ويمثل لون النقطة في الشكل مستوى التعبير ، ويمثل حجم النقطة نسبة التعبير الجيني في الخلية. (ج) تعبير ACE2 عبر 12 مجموعة فرعية من الخلايا في مجموعة بيانات المثانة. يوجد نوع الخلية على المحور الأفقي ، ويتم تمثيل قيمة تعبير ACE2 عموديًا. كل نقطة مبعثرة تمثل خلية واحدة. يتم التعبير عن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في خلايا مظلة في عينات المثانة.

ACE2: الإنزيم الثاني المحول للأنجيوتنسين ؛ UMAP: تقريب وإسقاط متشعب موحد.

يمكن أن يحسن القسطرة وظائف الكلى

تحليل احصائي

Marker genes for each cluster were identified with the Wilcox likelihood-ratio test with default parameters via the FindAllMarkers function in Seurat v.3.1.2. Marker genes that are expressed in >10% of the cells in a cluster and average log (fold change) of >{{0}}. تم ​​اختيار 25. تم استخدام ارتباط بيرسون لتحليل الجينات المعبر عنها بشكل كبير باستخدام ACE2 ، وتم استخدام قيمة P أصغر من 0.01 لتحديد الجينات المعبر عنها بشكل كبير باستخدام ACE2. بالنسبة لبيانات scRNA-Seq ، تم إكمال التحليل الإحصائي والأرقام بواسطة R (الإصدار 3.5.1 ، https://www.r-project.org/).

نتائج

أنماط التعبير عن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في الكلى من خلال تحليل مجموعة بيانات النسخ أحادية الخلية العامة لخلايا الكلى البشرية الطبيعية من ثلاثة متبرعين ، وجدنا أن تعبير ACE2 تم توزيعه عبر أنواع خلايا متعددة. والجدير بالذكر أن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 تم إثرائه في الغالب في خلايا PT ، بما في ذلك الأنابيب الملتفة والأنابيب المستقيمة [الشكل 1 أ -1 د]. أظهرت أنواع النيفرون الفرعية الأخرى ، مثل القناة التجميعية والنبيبات البعيدة وكذلك الخلايا المناعية ، تعبيرًا جينيًا منخفضًا للغاية.

للتحقق من صحة هذه النتيجة ، قمنا بتحليل عينات الكلى الطبيعية من اثنين من المتبرعين الأصحاء. تم تصنيف 4736 خلية إلى تسعة أنواع من الخلايا ، والتي تداخلت بشكل كبير مع البيانات العامة ، بما في ذلك سبعة أنواع فرعية خاصة بالنيفرون تعتمد على جينات الواسمات الكنسية [الشكل 2 أ]. تم تصنيف PT (CUBN و SLC13A3 و SLC22A8) إلى نبيب ملتف قريب ونبيب مستقيم قريب بناءً على مستويات تعبير علامة مختلفة. (ATP6V0D2) ، والخلايا الظهارية الجدارية الكبيبية (KRT8 و KRT18) أيضًا ، وهذه النتائج تتماشى مع النتيجة السابقة. علاوة على ذلك ، حددنا مجموعة من حلقات خلايا Henle (UMOD و SLC12A1 و CLDN16) ، والتي كانت غائبة في مجموعة البيانات العامة. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على السدى والخلايا المناعية ، المكونة من عدد صغير من الخلايا البطانية (CD34 و PECAM1) وحيدات (CD14 و FCN1 و VCAN) ، [الشكل 2 ب]. يتم رسم جينات العلامة التمثيلية لجميع المجموعات السكانية الفرعية في الشكل 2 ج.

كما لوحظ في مجموعة البيانات العامة ، لاحظنا تعبير ACE2 المنتظم في جميع خلايا PT مقارنة بأنواع الخلايا الأخرى [الشكل 2 د]. من الناحية الكمية ، تم تأكيد تعبير ACE2 أيضًا في 12.05 بالمائة ، و 6.79 بالمائة ، و 10.20 بالمائة من خلايا النبيب الملتف القريب ، PT ، والنبيب المستقيم القريب ، على التوالي ، في عينتين صحيتين من الكلى. أشار تحليل IHC السابق [21] إلى توزيع مكاني معقد لتعبير بروتين ACE2 المركّز في حدود الفرشاة في PTs.

نمط التعبير عن ACE2 في المثانة

استنادًا إلى مجموعة بيانات المثانة العامة المكونة من 12 نوعًا من الخلايا [الشكل 3 أ و 3 ب] ، وجدنا تعبيرًا منخفضًا عن إنزيم ACE2 في جميع أنواع الخلايا الظهارية. يبدو أن تركيز ACE2 له اتجاه تنازلي من الطبقة الخارجية لظهارة المثانة (خلايا مظلة) إلى الطبقة الداخلية (الخلايا القاعدية) مع الخلايا الوسيطة بينهما. أنواع الخلايا الأخرى ، مثل الخلايا البطانية والمناعة ، سلبية في الغالب لـ ACE2 [الشكل 3C]. كانت النسبة المئوية للخلايا المظلة في المثانة التي تعبر عن ACE2 (1.3 بالمائة) أقل من تلك الموجودة في ظهارة الكلى. أشار تحليل سابق لمرضى السارس إلى أن فيروس السارس (SARS-CoV) كان قادرًا على البقاء على قيد الحياة في البول بمستويات يمكن اكتشافها. ، والذي يتفق مع تحليلنا أعلاه.

التحليل الوظيفي للجينات المعبر عنها بالاشتراك مع ACE2

في كلتا مجموعتي بيانات الكلى ، وجدنا عددًا كبيرًا من الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل مشترك مع ACE2 ، خاصة في خلايا الأنبوب المستقيمة القريبة [الشكل 4 أ و 4 د]. تم إثراء الجينات المعبر عنها بالمشاركة في مكونات خلوية متعددة مرتبطة بالغشاء (CC) [الشكل 4B و 4E]. والجدير بالذكر أن حدود الفرشاة وأغشية حدود الفرشاة تم إثرائها بشكل كبير بمصطلحات CC ، والتي تتوافق بشكل جيد مع المواقع الخلوية لـ ACE2 التي تم الكشف عنها بواسطة التحليل الكيميائي المناعي. تضمنت مصطلحات KEGG المخصبة الوظائف العادية لـ ACE2 ، مثل نظام الرينين أنجيوتنسين ، PT

الشكل 4: التحليل الوظيفي للجينات المرتبطة بـ ACE في الكلى. (أ ، د) مخطط فين لجينات التعبير المشترك ACE2 من ثلاث خلايا PT في الجمهورالكلىdataset (Data 1) and the private kidney dataset (Data 2). (B, E) Analysis of ACE2 co-expression genes in each cell (expression related to >نوعان من الخلايا) لإثراء مصطلح GO CC في البيانات 1 والبيانات 2. يمثل المحور X قيم P التي تم تحويلها إلى سجل. (C ، F) تحليل جينات التعبير المشترك ACE2 لإثراء مصطلح KEGG في البيانات 1 والبيانات 2. المصطلح باللون الأحمر هو المسار المشترك بين مجموعات البيانات. ACE2: الإنزيم الثاني المحول للأنجيوتنسين ؛ CC: المكونات الخلوية. GO: علم الوجود الجيني ؛ KEGG: موسوعة كيوتو للجينات والجينوم ؛ PT: النبيب الداني.

الشكل 5: التحليل الوظيفي للجينات المرتبطة بـ ACE 2- في المثانة. (أ) تحليل جينات التعبير المشترك ACE2 في خلايا مظلة المثانة لإثراء مصطلح GO CC. يمثل المحور X قيم Pvalues ​​التي تم تحويلها إلى سجل. (ب) تحليل جينات التعبير المشترك ACE2 في الخلايا المظلة للمثانة من أجل تخصيب مصطلح KEGG. (C، D) شبكات PPI تعرض العلاقات بين ACE2 والجينات المرتبطة به في الكلى والمثانة. يمثل حجم العقدة (الجين) عدد شركاء التفاعل (الجيران). يتناسب عرض الخط واللون (الضيق إلى العريض المطابق للأزرق إلى الأحمر) مع قوة التفاعل في قاعدة بيانات STRING. ACE2: الإنزيم الثاني المحول للأنجيوتنسين ؛ CC: المكونات الخلوية. GO: علم الوجود الجيني ؛

KEGG: موسوعة كيوتو للجينات والجينوم ؛ PPI: تفاعل البروتين والبروتين.

استخلاص البيكربونات ، وامتصاص المعادن ، والمسارات المتعددة المرتبطة بالتمثيل الغذائي [الشكل 4C و 4 F]. أكدت النتائج أن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 والجينات المرتبطة به ضرورية للحفاظ على وظائف الكلى. بالنسبة لمجموعة بيانات المثانة ، كانت نتائج تخصيب CC و KEGG متوافقة بشكل عام مع نتائج الكلى ، حيث تم إشراك بروتينات الغشاء والوظائف الكلوية مثل الامتصاص والتمثيل الغذائي [الشكل 5 أ و 5 ب]. أجرينا تحليل PPI لـ ACE2 والجينات المعبر عنها بشكل مشترك في كل منالكلىوالمثانة ، كما هو موضح في الشكل 5C و 5 D. ما إذا كانت هذه البروتينات المتفاعلة متورطة في التغيرات المسببة للأمراض في PT وعدوى الخلايا الشاملة غير واضح وتحتاج إلى مزيد من التحقيق. مناقشة AKI في 2019- nCoV و SARS-CoV عدوى COVID -19 هو مرض معدي جديد مع سرعة انتقال هائلة. في حين أن معظم هؤلاء المرضى يظهرون أعراضًا تنفسية ، فقد تم الإبلاغ أيضًا عن مجموعة واسعة من الأعراض غير التنفسية ، مما يدل على تأثر الأعضاء الأخرى أثناء المرض. في تحليل السمات السريرية للمرضى المصابين بـ 2019- nCoV ، تم تأكيد تلف وظائف الكلى ، [9،10] ومستمرالكلىكان العلاج البديل مطلوبًا في حوالي 9 بالمائة من جميع المرضى المصابين البالغ عددهم 99 مريضًا. [9] راجع Gabarre et al [25] بشكل منهجي القصور الكلوي الحاد في المرضى ذوي الحالات الحرجة المصابين بـ COVID -19. إلى جانب ذلك ، لوحظت إصابة الكلى والضعف الكلوي في حالات أخرىفيروسات كوروناالمرتبطة بعدوى الجهاز التنفسي ، وخاصة اثنين من بيتافيروسات كورونا(SARS-CoV و MERS-CoV) ، [26] اللذان يشبهان وراثيًا 2019- nCoV. [4،8] أفادت دراسة سابقة أن 36 (6.7 بالمائة) من 536 مريضًا مصابًا بالسارس طوروا القصور الكلوي الحاد ، و 33 من جميع 36 مريضا (91.7 في المئة) مع ضعف وظائف الكلى ماتوا. الأهم من ذلك ، تم اكتشاف شظايا SARS-CoV عن طريق تفاعل البلمرة المتسلسل في عينات بول بعض المرضى. علاوة على ذلك ، لوحظ استمرار عدوى السارس - CoV وتكرارها فيالكلىخاصة في الخلايا الظهارية الأنبوبية في المختبر ، [29] مما يشير إلى أن تلف الكلى في مرضى السارس يمكن أن يكون بسبب عدوى فيروسية مباشرة في الخلايا المستهدفة باستثناء المحفزات الأخرى ، مثل الاستجابة المناعية للمضيف ، والالتهاب الرئوي الحاد ، ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة. في حين أن الآلية التفصيلية للتورط الكلوي لـ 2019- nCoV لا تزال غير واضحة من الناحية المرضية إلى حد كبير لـ SARS-CoV.

يمكن أن يحسن القسطرة وظائف الكلى

تحليل تعبير ACE2 في الجهاز البولي

يبدو أن مسببات AKI في السارس متعدد العوامل ولا يزال غير مؤكد ، والذي كان يعتقد أن له علاقة معينة بالتعبير العالي لـ ACE2 في الكلى. فيمس علم الأحياء والطب ، يمكنه تحليل أنواع الخلايا وجينات التعبير على المستوى الخلوي. بناءً على تحليلنا أحادي الخلية بشكل طبيعيالكلى(كل من الجمهور وبياناتنا) والمثانة ، وجدنا مستويات يمكن اكتشافها من ACE2 في كل من الكلى والمثانة. على غرار بياناتنا ، حلل دينغ وزملاؤه [31] الجمهورالكلىوأشارت البيانات إلى أن الكلى معرضة لخطر الإصابةفيروس كوروناعدوى. علاوة على ذلك ، وجدنا في بياناتنا أن خلايا PT لديها نسب تعبير أعلى من الخلايا الظهارية في المثانة ، مما قد يشير إلى أن الكلى أكثر عرضة لعدوى 2019- nCoV من المثانة. مقارنة بمستويات التعبير عن إنزيم ACE2 في جهاز الهضم ، [15] يمكن أن يشير التعبير الأقل عن ACE2 في الجهاز البولي إلى عدد أقل من المرضى الذين يعانون من أعراض مرتبطة بالكلى ، وهو ما يرتبط بشكل إيجابي بملاحظات مرضى السارس. كشف التعبير المشترك وتحليل المسار عن الوظائف الحاسمة لـ ACE2 في الجهاز البولي ، والتي قد تفسر الخلل الوظيفي في الكلى الناجم عن الفيروسات المرتبطة بـ ACE 2-. علاوة على ذلك ، فإن تعبير ACE2 في الخلايا الخارجية (خلايا PT في الأنابيب الكلوية وخلايا المظلة في ظهارة المثانة) قد يكون أيضًا أحد أسباب وجود الفيروسات في البول.

أهمية الدراسة

القصور الكلوي الحاد ، الذي ثبت أنه مؤشر على ارتفاع معدل الوفيات لدى مرضى السارس ، [27] قد يؤدي أيضًا إلى صعوبة العلاج ، وتفاقم الظروف ، بل وقد يكون مؤشرًا إنذاريًا سلبيًا لبقاء 2019- المرضى المصابين بعدوى فيروس كورونا المستجد . قدمت الدراسة الحالية دليلًا مباشرًا على احتمال إصابة الخلايا الظهارية الكلوية بـ 2019- nCoV ، والذي يستدعي مزيدًا من الاهتمام بمرضى COVID -19 المصابين بالتهاب المفاصل الروماتويدي ، خاصة أثناء تفشي المرض على نطاق واسع واستمرار الوباء العالمي في التدهور . بالإضافة إلى ذلك ، فإن توزيع الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في الجهاز البولي واكتشافه [32] في عينات البول ألمح إلى ضرورة اختبار الفيروس في عينات بول مرضى COVID -19 ، مما قد يقلل من خطر انتقال العدوى إلى حد ما. يجب أيضًا النظر إلى نتائجنا من حيث حدودها. أولاً ، قمنا بتحليل تعبير ACE2 فقط في عينات فردية صحية ، ونقص عينات من مرضى COVID -19 هو القيد الرئيسي. علاوة على ذلك ، لم نقم بتضمين مجموعة التحقق لتأكيد النتائج التي توصلنا إليها. هناك حاجة إلى مزيد من الأدلة المباشرة من التجارب المختبرية وعينات المرضى.

التمويل تم دعم هذا العمل من قبل مشروع لجنة الصحة في مقاطعة هونان (رقم C2019184) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 81800641).

تضارب المصالح لا يوجد.