¿Cómo causa la diabetes susceptibilidad al COVID-19 en el riñón: nuevas pistas proporcionadas por organoides?

EA principios de la pandemia, se reconoció que la diabetes era un factor de riesgo de mal pronóstico en pacientes con enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). Aunque la diabetes no parece aumentar el riesgo de infección por el síndrome respiratorio agudo grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), las personas con diabetes son más susceptibles a la COVID grave-19.1 Los estudios de cohortes retrospectivos de pacientes hospitalizados con COVID-19 proporcionaron una línea separada de evidencia de queLesión renal agudaocurre con frecuencia y se asocia con una mayor mortalidad hospitalaria en pacientes con COVID-19.2 A pesar de la reconocida importancia de la diabetes ycomorbilidad relacionada con el riñónEn COVID-19, la elucidación de mecanismos potenciales, incluida la capacidad del SARS CoV-2 para infectar los riñones, se ha visto obstaculizada por la disponibilidad limitada de tejido renal de pacientes conCOVID-19. Aunque estudios anteriores demostraron que las células madre pluripotentes humanas (hPSC)–Los organoides renales derivados y los organoides vasculares pueden infectarse directamente por el SARS-CoV-2,3 Sólo recientemente Jansenet al.proporcionar evidencia convincente de que el SARS-CoV-2 está presente en elriñones de pacientescon COVID-19.4

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Anteriormente se demostró que los organoides de riñón humano son un modelo adecuado para investigar la interacción directa entre el SARS-CoV-2 y el tejido de riñón humano3,4; sin embargo, los modelos organoides renales establecidos no han recapitulado la fisiopatología crítica del riñón que a menudo se observa en pacientes con diabetes. Para abordar este problema e investigar el papel de la infección renal directa por SARS-CoV-2 en el aumento de la gravedad de la enfermedad en pacientes con diabetes, Garreta et al. desarrolló un nuevo cultivo organoide de riñón humano que imita el tejido de riñón humano expuesto a condiciones diabéticas.5modelo organoide de riñón diabético, los autores exploraron los posibles mecanismos subyacentes al aumento de la gravedad de la enfermedad en pacientes con COVID-19 y diabetes.

¿Qué mostró el estudio?

Los autores emplearon un tratamiento con glucosa altamente oscilatoria para estimular los fenotipos diabéticos tempranos en organoides renales derivados de hPSC (Figura 1). Los organoides renales de control y diabéticos contenían estructuras similares a nefronas comparables y expresaban niveles similares de ARNm de genes marcadores estromales, endoteliales y específicos del segmento de nefrona.5 Aunque la condición diabética no cambió la composición e integridad de las membranas basales, la deposición de proteínas de la matriz extracelular estaba aumentado en el área tubulointersticial en los organoides renales diabéticos, lo que recuerda a la fibrosis renal en la enfermedad renal diabética (ERD).5 Es de destacar que el medio diabético alteró el metabolismo celular a través de la regulación positiva de genes glicolíticos, incluida la lactato deshidrogenasa A (LDHA), al tiempo que suprimía la coactivador 1a del gen de biogénesis de las mitocondrias PPARG (PGC1a).5 Esta "memoria metabólica" se conservó en células epiteliales del túbulo proximal (PT) aisladas de organoides de riñón diabético incluso después de un cultivo a largo plazo. De acuerdo con los hallazgos en los organoides renales, las células del túbulo proximal humano (HPTC) derivadas de pacientes con diabetes también demostraron un aumento en los niveles de ARNm de LDHA y una disminución en los niveles de ARNm de PGC1a, junto con un aumento de la fosforilación oxidativa, la respiración basal y la síntesis de ATP, en comparación con HPTC derivados de pacientes control.5

Tanto en los organoides renales de control como en los diabéticos, la expresión de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) se detectó principalmente en las células epiteliales PT. El tratamiento con glucosa oscilatoria aumentó significativamente la expresión de ACE2 en los organoides renales diabéticos al aumentar la estabilidad del ARNm de ACE2.5 El aumento en la expresión de ACE2 en los organoides renales diabéticos se asoció con una mayor infección por SARS CoV-2 en comparación con los organoides de control. El análisis de secuenciación de ARN unicelular de organoides renales diabéticos y de control con infección por SARS-CoV- 2 verificó además que los organoides renales diabéticos contenían más células que expresaban ARN viral en comparación con los organoides de control.5 Del mismo modo, los HPTC derivados de pacientes con diabetes expresaron niveles más altos de ACE2 que los HPTC de control, lo que confiere una mayor susceptibilidad a la infección por SARS-CoV-2.5 Los procesos inflamatorios fueron regulados positivamente por la infección por SARS-CoV-2 tanto en los organoides renales de control como en los diabéticos, lo que corrobora observaciones recientes en el riñones de pacientes con COVID-19.4 En comparación con los organoides de control, los organoides renales diabéticos mostraron una regulación negativa más significativa de las vías glucolíticas y una regulación positiva más pronunciada de la inflamación y las vías relacionadas con la diabetes en la infección por SARS CoV-2.5

Para examinar el requisito de ACE2 y otros receptores putativos para la infección por SARS-CoV-2 de las células epiteliales del riñón, los autores emplearon herramientas de edición de genes CRISPR-Cas9 para generar la desactivación de ACE2, basigina (BSG) y neuropilina 1 (NRP1). hPSC. La deficiencia de ACE2 anuló por completo la infección por SARS-CoV-2 en organoides renales knockout para ACE2 tanto en condiciones de control como diabéticas, sin afectar el desarrollo de las estructuras renales.5 La reexpresión de ACE2 restableció la susceptibilidad a la infección por SARS-CoV-2 . Ni BSG ni NRP1 fueron necesarios para la infección por SARS-CoV-2 en organoides renales, aunque la eliminación de BSG redujo los niveles de ARNm de SARS-CoV-2 en organoides renales knockout para BSG.5

¿Por qué es este estudio importante?

Este estudio desarrolló el primer modelo organoide de riñón diabético, proporcionando otra plataforma potencial para investigar la fisiopatología de la ERC. De hecho, los organoides renales de los diabéticos mostraron algunas características patológicas clave que recuerdan a los riñones en condiciones diabéticas, como la fibrosis tubulointersticial y la regulación positiva de la expresión de ACE2, lo que, a su vez, confirió una mayor susceptibilidad a la infección por SARS-CoV-2. Sin embargo, existen limitaciones de los organoides renales actuales dificultan la recapitulación de muchas características distintivas de la ERD, incluidos los defectos vasculares, la expansión mesangial y el engrosamiento de la membrana basal glomerular.6 La vascularización funcional de los organoides renales, especialmente la vascularización glomerular, mejorará sustancialmente la relevancia fisiopatológica del riñón diabético. modelo organoide. Esta hazaña se puede lograr mediante la multiplexación de organoides con organoides vasculares,3 con la facilitación de un dispositivo de microfluidos.

Los organoides renales diabéticos demostraron cambios metabólicos a nivel transcriptómico. Más importante aún, las células epiteliales PT aisladas de organoides renales diabéticos conservaron la memoria metabólica después de la retirada del tratamiento con glucosa oscilatoria, similar a las células epiteliales PT derivadas de pacientes con diabetes. Este estudio hizo una observación intrigante de que el tratamiento con glucosa oscilatoria regulaba negativamente la expresión de PGC1a, mientras que regulaba positivamente la respiración mitocondrial y la producción de ATP en los organoides renales.7 Aunque PGC1a está regulada positivamente en varios modelos de diabetes donde la gluconeogénesis está elevada, estudios recientes demostraron un papel renoprotector de PGC1a a través de mejorar la oxidación de los ácidos grasos.8 Las muestras de biopsia renal de pacientes con DKD mostraron una fuerte reducción en los reguladores transcripcionales de la vía de oxidación de los ácidos grasos, mientras que la mayoría de los modelos de ratón con DKD no muestran cambios en los niveles de PGC1a ni desarrollan fibrosis renal progresiva.9 Los organoides del riñón humano pueden ayudar a abordar las discrepancias causadas por las diferencias entre especies, al mismo tiempo que considera el impacto de los medicamentos para la diabetes recetados a pacientes humanos. Por ejemplo, estudios futuros podrían examinar si los inhibidores del cotransportador 2 de sodio/glucosa (SGLT2) pueden aliviar algunos de los fenotipos patológicos en los organoides renales diabéticos.

Queda por dilucidar con qué frecuencia el SARS-CoV-2 infecta directamente los riñones de los pacientes con COVID-19 y si la diabetes exacerba el COVID-19 específicamente a través de una infección mediada por ACE2-. Jansen et al.4 detectaron SARS-CoV-2 en todas las muestras de riñón de 62 pacientes con COVID-19; sin embargo, otro estudio con muestras de riñón de 284 pacientes con COVID-19 solo detectó proteína de la nucleocápside del SARS CoV-2 mediante inmunohistoquímica en el 3,7 % de los casos.2 Análisis de secuenciación de ARN mononuclear del tejido de autopsia de riñón de un paciente demostró que casi todos los 14 grupos de células identificados expresaban SARS-CoV-2.4 Curiosamente, no todos los tipos de células enorganoides renalesexpresó SARS-CoV-2 al infectarse. Aunque Jansen et al.4 detectaron SARS-CoV-2 en células PT, podocitos, células del asa de Henle y algunas células estromales, Garreta et al. demostró una expresión predominante de PT de SARS-CoV-2.5 Por un lado, las diferencias observadas entre diferentes modelos de organoides renales podrían explicarse por los diferentes protocolos de diferenciación y esquemas de infección viral empleados en cada uno de los estudios. Por otro lado, las diferencias entre los estudios en muestras de pacientes y aquellos en organoides sugieren que los modelos organoides renales actuales pueden no imitar con precisión la interacción recíproca entre el SARS-CoV-2 y el riñón humano in vivo, debido a la falta de sistema circulatorio funcional. y sistemas inmunológicos.

A pesar de estas limitaciones, los modelos organoides ofrecen una valiosa oportunidad para evaluar la eficacia de compuestos candidatos para suprimir la infección por SARS-CoV-2. Jansen et al.4 demostraron que el tratamiento conjunto con un inhibidor de la proteasa suprimió eficazmente los niveles de ARN del SARS-CoV- 2 en organoides renales, y Garreta et al.5 demostraron que el tratamiento previo con el inhibidor de la piruvato deshidrogenasa quinasa DCA redujo el SARS-CoV{{7 }} infección en HPTC derivados de pacientes con diabetes. Los estudios futuros podrían perfeccionar aún más el modelo organoide del riñón diabético para mejorar su relevancia fisiopatológica, convirtiéndolo en una plataforma versátil para modelar fenotipos de enfermedades específicas del paciente, evaluar nuevos loci de riesgo de diabetes y evaluar la eficacia de los fármacos.

DIVULGACIÓN

Ninguno de los autores declaró tener intereses en competencia.EXPRESIONES DE GRATITUDYX cuenta con el apoyo del Ministerio de Educación de Singapur(MOE2019-T2-1-072, MOE-T2EP30220-0008 yMOE-MOET32020-0004) y Nanyang TecnológicoUniversidad.REFERENCIAS

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