DEL Ⅰ: Akut njurskada vid svår covid-19 har likheter med sepsis-associerad njurskada

för mer information:ali.ma@wecistanche.com

DEL Ⅰ:Akut njurskada vid allvarlig covid-19 har likheter med sepsis-associerad njurskada: en multiomics-studie

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

INTRODUKTION

Infektion med allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2(SARS-CoV-2) orsakar coronavirussjukdom 2019 (COVID. 19).och är förknippad medakut njurskada(AKI) hos mer än en tredjedel av sjukhuspatienterna. AKI (akut njurskada) är ofta måttlig till svår och är en oberoende riskfaktor för dödlighet på sjukhus. Akut tubulär skada anses vara det patologiska kännetecknet förCOVID-19njursjukdom som visas i både inhemska och obduktionsnjurstudier. Mikrotrombi, beskrivna i hjärta och lungor," rapporteras sällan i njurar. På liknande sätt, även om de är allvarligaCOVID-19är förknippat med ett systemiskt inflammatoriskt svar och inflammation i både lungor och hjärta, är lite känt om immunsvaret i njurarna.

Direkt viral toxicitet, hemodynamisk instabilitet, cytokinstorm. och immunförmedlad skada har alla föreslagits som troliga orsaker till njurskada iCOVID-19.5,13,14 Nyligen genomförda studier har dragit likheter mellan sepsis-associerad AKI (akut njurskada) (S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)) ochCOVID-19-relaterad njurskada.,e Hittills har rapporter som utvärderar njurpatologin iCOVID-19har till stor del fokuserat på ljusmikroskopi och ultrastrukturella studier; molekylära studier har varit begränsade.

Här presenterar vi en serie avCOVID-19patienter som genomgick obduktionsundersökning med tonvikt på njurpatologiska fynd. Vår studie försökte beskriva det patologiska spektrumet avCOVID-19-associerad njurskada och att karakterisera den molekylära profilen avCOVID-19-associerad AKI (akut njurskada)jämfört med S-AKI ((Sepsis-associerad njurskada))och icke-sepsisrelaterad AKI (akut njurskada)(NS. AKI (akut njurskada)för att belysa likheter och skillnader i den bakomliggande patofysiologin.

Klicka för att Cistanche extrahera fördelar för njursjukdom

PATIENTER OCH METODER

Kliniska data

Alla fall avCOVID-19(som bekräftats av antemortem SARS.CoV-2 nasofaryngeal eller orofaryngeal polymeraskedjereaktion) som genomgick forskningsmedgivande obduktionsundersökning vid Mayo Clinic (Rochester, MN) mellan 2 april och 9 september 2020, inkluderades i studien. Framträdande information för alla fall abstraherades från utförd efter laserinfångningsmikrodissektion av tubulointerstitiellt utrymme som utsöndrade glomeruli och/eller regioner av interstitiell fibros eller tubulär atrofi. Apoptos i varje grupp bedömdes genom terminal deoxinukleotidyltransferas av dUTP nick-end-märkningsanalys.

Statistisk analys

Analys av genuttryck efter normalisering utfördes med användning av R version 3.6.3 (R Foundation for Statistical Computing, Wien, Österrike), funktionella annoteringsgenuppsättningar härleddes med hjälp av NanoString-försedda, litteraturbaserade annoteringar.78 Funktionell annoteringsgenuppsättningsuttryck bestämdes med z-poängen för medelvärdet av normal-zedcounts för de ingående generna. Gesetz-poäng jämfördes mellan provgrupper med hjälp av Student t-test. De översta relativt uppreglerade och nedreglerade individuella generna inom varje provgrupp (mot alla andra provgrupper) bestämdes med användning av fold change och Student t-test. När det gäller kvantitativa proteomikdata användes tandemmasstagkanalsintensiteter för identifierade proteiner för statistisk analys med Python 3.6.5. Kanalintensiteterna var en logg, transformerade och mediannormaliserade innan oberoende Student t-test tillämpades. P-värden korrigerades för testning av flera hypoteser med Benjamini-Hochberg-metoden. Differentiellt uttryckta 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="">

RESULTAT

Kliniska egenskaper

Demografin för de 17COVD-19obduktionsfall anges i tabell 1. Kohorten hade en medianålder på 78 år (intervall, 29 till 94 år), och 14 (82,4 procent) var äldre än 70 år. Det var 15 män. och kommer själv att identifieras som vit (64,7 procent). Ytterligare tre (17,6 procent) patienter identifierade sig själv som asiatiska, ingen som svarta. Tiden på sjukhuset varierade mycket, med 12 (70,6 procent) som hade varit inlagda i 5 eller fler dagar före döden. Frekventa och anmärkningsvärda komorbiditeter inkluderade hypertoni hos 9 (52,9 procent), diabetes mellitus hos fyra (23,5 procent), hjärt-kärlsjukdomar (såsom kranskärlssjukdom) eller cerebrovaskulär olycka hos 12 (70,6 procent), och kronisk njursjukdom hos 1 (5,9 procent). ). Endast 1 av 17 patienter (5,9 procent) hade ingen historia av hypertoni, diabetes mellitus, kranskärlssjukdom, kronisk njursjukdom eller fetma. Sju (41,1 procent) ventilerades mekaniskt vid tidpunkten för dödsfallet.

Alla 17 patienter som dog medCOVID-19utvecklat AKI (akut njurskada). Bland patienterna med AKI (akut njurskada)som hade en terminal serumkreatininnivå inom 24 timmar efter döden, åtta hade AKI (akut njurskada) steg 1 (47,1 procent), två hade AKI (akut njurskada)steg 2 (1l,8 procent), och tre hade AKI (akut njurskada)steg 3 (17,6 procent). En patient med AKI (akut njurskada)steg 3 fick kontinuerlig njurersättningsterapi. Urinsticksbedömning av proteinuri var inte tillgänglig hos fyra patienter, men hos de återstående hade alla 13 patienter (76,5 procent) 100 mg/dL eller mindre. Sex av 17 patienter hade fått behandling förCOVID-19inklusive enbart dexametason (n=1), remdesivir (n=1), en kombination av dexametason och remdesivir (n=2), och en kombination av remdesivir och konvalescent plasma(n{{ 3}}).

Alla 17 patienter hade en positiv SARS-CoV-2 polymeraskedjereaktion, diagnostiserad med ett medianintervall på 12 dagar före obduktion. Vid tiden för obduktionen var tre (17,6 procent) negativa för SARS-CoV-2. Medianintervallet för postmortem var 18 timmar och autolysen var endast mild hos ll patienter (64,7 procent). Sexton (94,1 procent) dog av komplikationer avCOVID-19(alla l6 hade allvarlig lungsjukdom, inklusive akut bronkopneumoni överlagd på diffus alveolär skada hos åtta [50.0 procent ), akut och organiserande lunginflammation hos fyra [25,0 procent ), organiserande lunginflammation hos tre [ 18,8 procent], och enbart diffus alveolär skada hos en [6,3 procent]).

TABELL 1. Kohortdemografi och relevanta kliniska egenskaper

Patologiska egenskaper

Njurobduktionsfynden karakteriseras i tabell 2. Njurpatologi kännetecknades av måttlig till svår akut tubulär skada i alla (Figur lA). De flesta visade markant förenkling av beklädnadsepitelet och luminal ektasi. Myoglobinförband observerades i två fall och osmotisk tubulopati i ett. Tubulointerstitiell inflammation var mild med makrofager och CD3-positiv T-cellsdominans. Peritub kapillarit, med en blandad T-cell och makrofag immunfenotyp, sågs hos 13 (76,5 procent) (Figur lB-F). På liknande sätt sågs glomerulus, med en blandad T-cell och makrofag-immunfenotyp hos samma 13 (76,5 procent). De fyra patienter som inte uppvisade mikrovaskulär inflammation hade behandlats med en kombination av remdesivir och antingen dexametason (n=2) eller konvalescent plasma (n=2). Patienter som behandlades med enbart dexametason eller enbart remdesivir hade mikrovaskulär inflammation. Neutrofil mikrovaskulär inflammation och interstitiell infiltration var inte iögonfallande i något av fallen. Icke-immun glomerulär patologi inducerade nodulär diabetisk glomeruloskleros hos 1 (5,9 procent); medan kollapsande fokal segmentell glomeruloskleros eller akut trombotisk mikroangiopati inte identifierades. Markerad peritubulär kapillärstockning noterades i alla fall (figurerna IB och C). Måttlig till svår arterioskleros och arteriolar hyalinos noterades i l4 (82,4 procent) respektive ll (64,7 procent). Endast mild glomeruloskleros (<25%)and tubulointerstitial=""><25%)were noted="" in="" all="" 17="">

Fynden av mikrovaskulär inflammation antydde immunförmedlad skada vid allvarligCOVID-19-associerad njursjukdom. Vi försökte vidare karakterisera den molekylära och ultrastrukturella profilen avCOVID-19njurar. Ultrastrukturella, transkriptomiska och proteomiska profiler av njurarna hos sju patienter som endast hade mild autolys och för vilka glutaraldehydfixerad vävnad för ultrastrukturell undersökning var tillgänglig utvärderades. Fynden jämfördes med två åldersmatchade icke-COVID-19kontrollkohorter med AKI (akut njurskada): S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)(alla med bronko-pneumoni) och NSAKI. De kliniska egenskaperna för de tre grupperna visas i tabell 3. Medelåldern för grupperna var 78,7 l respektive 74 år (P=.6). Det fanns fler kvinnor i S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)grupp än i någon av de andra två grupperna. Den genomsnittliga terminala serumkreatininnivån var 3,0 mg/dL, 1,6 mg/dL respektive 1,3 mgdL (P=},32). Alla tre grupperna hade liknande antal komorbiditeter och var jämförbara med avseende på kroniska mikrostrukturella förändringar i njurparenkymet.

Morfologiska egenskaper hos de tre AKI (akut njurskada)Kohorter

Mikrovaskulär inflammation (glomerulit och peritubulär kapillarit) var mer framträdande hos patienter medCOVID-19(5 av 7 patienter) och S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)(7 av 7 patienter), jämfört med NS-AKI (Sepsis-associerad njurskada)kontroller (0 av 7 patienter). Mononukleära inflammatoriska celler var den dominerande inflammatoriska celltypen i båda, medan neutrofiler endast noterades sällan och endast i S-AKI (Sepsis-associerad njurskada). Parenkymal tubulointerstitiell inflammation var fläckvis, mild (3 av 7 patienter) eller måttlig (4 av 7 patienter) och till stor del mononukleär iCOVID-19och S-AKI (Sepsis-associerad njurskada), jämfört med minimal inflammation i NS-AKI (Sepsis-associerad njurskada)kontroller (7 av 7 patienter).

Om den ultrastrukturella utvärderingen avCOVID-19AKI (akut njurskada). det fanns tecken på tubulär skada med cytoplasmatisk vakuolisering, förlust av borstkant och mitokondriell skada. Den senare kännetecknades av svullnad, vakuolisering och distorsion av cristae. Kondenserade mitokondrier och förvrängda cirkulära mitokondrier identifierades. Flockningstätheter och stora vesiklar med rikligt med klatrinbelagda vesiklar som liknar viruspartiklar identifierades också (Figur 2A-C) Tubularetikulära inneslutningar sågs inte i endotelcytoplasman hosCOVID-19fall. Den peritubulära kapillärendotelskadan noterades. Flerskiktning av de glomerulära och peritubulära kapillärbasalmembranen, egenskaper hos mer kronisk endotelskada, uppskattades inte. Apoptos av tubulära epitelceller var vanligare iCOVID-19(3.1/hpf) och S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)(4,1/hpf) jämfört med NS-AKI (Sepsis-associerad njurskada)kontroller (0.7/hpf (s<.001)(figure>

SARS-CoV-2 HC och in situ hybridiseringsstudier på njursektioner var negativa i alla sjuCOVID-19fall. Definitiva virala inneslutningarna identifierades inte i ultrastrukturella studier av podocyter, endotel eller tubuli.

TABELL 2. Sammanfattning av framträdande obduktionsfynd med tonvikt på njurpatologi

Molekylära egenskaper hos de tre AKI (akut njurskada)Kohorter

Att definiera fenotypen av cellulära infiltrat och den rumsliga arkitekturen för AKI (akut njurskada)iCOVID-19njurar, utfördes masscytometri med hög parametrar för att detektera 23 cellytemarkörer på ett Hyperion-avbildningssystem kopplat till en Helios time-of-flight masscytometer (Supplemental Table Sl, tillgänglig online på http://www.mayoclinic procedureings.org ). Bevis på ett adaptivt immunsvar föreslogs genom klustring av CD3 CD45RO plus-celler i tubulointerstitial i varje fall. Det dominerande medfödda immunsvaret underströks av en berikad population av makrofager (CD68 plus) både i interstitium och glomerulära kapillärslingor (Figur 3A). Den beräkningsmultiplexa grannskapsanalysen avslöjade att CD3 plus CD4t-cellerna totalt sett berikades i närheten av antigenpresenterande celler (HLA-DR), jämfört med CD3CD4 T-celler och icke-T-celler (Figur 3B).

Njurprov frånCOVID-19fall och kontroller analyserades av NanoString-plattformen med hjälp av nCounter Human Organ Transplant Panel som profilerar uttrycket av 770 gener associerade med olika vägar relaterade till immunsvar, vävnadsskada och verkningsmekanismer för immunsuppressiva läkemedel.7

Genuttrycksanalys avslöjade detCOVID-19njurar hade betydande anrikning av flera funktionella annoteringstranskriptuppsättningar, inklusive apoptos, autofagi, major histokompatibilitetskomplex klass I och I uttryck, och typ1 T-hjälparcell och regulatorisk T-cell (Treg) differentiering. Genuttrycksmönstren förCOVID-19fall liknade S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)(Figur 4).

I ljuset av den inflammation som observerats iCOVID-19njurar både morfologiskt och på molekylär nivå, ville vi identifiera förändringar i proteomet som kan föreslå unika mekanismer förCOVID-19AKI (akut njurskada). Därför utförde vi kvantitativ proteomikanalys från formalinfixerade paraffininbäddade njursektioner avCOVID-19och båda uppsättningarna av kontrollprover. Totalt 3594 proteiner identifierades, varav 164 uttrycktes differentiellt mellan grupperna (P<.05):87 between="" covid-19="" and=""> (Sepsis-associerad njurskada)(16 med en veck-ändring > 1,2),81 mellan S-AKI (Sepsis-associerad njurskada)och NS-AKI (Sepsis-associerad njurskada) (8 with a fold-change >1.2), och 64 mellanCOVID-19och S-AKI (akut njurskada)(6 with a fold-change >1.2). Hierarkisk klustring utfördes för alla proteiner som hittades i de tre grupperna och en värmekarta genererades (Figur 5A). Ingenuity Pathway Analysis visade detCOVID-19AKI (akut njurskada)njurar berikades med proteiner involverade i sirtuin- och nekroptossignaleringsvägarna, båda involverade i regulatoriskt svar på inflammation (tilläggstabell S2, tillgänglig online på http://www.mayodinicproceedings.org). Uppreglering av ceramidsignalvägar var unik iCOVID-19njurar jämfört med NS-AKI (Sepsis-associerad njurskada), medan oxidativ fosforylering nedreglerades iCOVID-19AKI (akut njurskada)(Figur B).

FIGUR 1. Akut tubulär skada och immuncellsinfiltration i njurar med coronavirussjukdom 2019.(A) Njurbarken vid ljusmikroskopi visar akut tubulär skada med lumina ectasia (hematoxylin och eosin[HE]-färgning, originalförstoring*20). (B) Mild mononukleär interstitiell infiltration och peritubulär kapillärstockning noteras (HE-färgning, originalförstoring*40). (C och D) Peritubulär kapillärinflammation (pil) är en anmärkningsvärd egenskap i överbelastade kapillärer (C) Den mikrovaskulära inflammationen består av CD3-positiva T-celler (E) och CD68-positiva makrofager (F) ) (ursprunglig förstoring*40 för E och F).