Como o diabetes causa suscetibilidade à COVID{0}} no rim: novas pistas fornecidas pelos organoides

ENo início da pandemia, o diabetes foi reconhecido como um fator de risco para mau prognóstico em pacientes com doença por coronavírus 2019 (COVID-19). Embora o diabetes não pareça aumentar o risco de infecção pelo coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), os indivíduos com diabetes são mais suscetíveis à COVID grave-19.1 Estudos de coorte retrospectivos de pacientes hospitalizados com COVID-19 forneceram uma linha separada de evidências de quelesão renal agudaocorre com frequência e está associado ao aumento da mortalidade hospitalar em pacientes com COVID-19.2 Apesar da reconhecida importância do diabetes ecomorbidade relacionada aos rinsna COVID-19, a elucidação de mecanismos potenciais, incluindo a capacidade do SARS CoV-2 de infectar os rins, tem sido dificultada pela disponibilidade limitada de tecido renal de pacientes comCOVID-19. Embora estudos anteriores tenham demonstrado que células-tronco pluripotentes humanas (hPSC)–organoides renais derivados e organoides vasculares podem ser infectados diretamente pelo SARS-CoV-2,3 só recentemente Jansene outros.fornecem evidências convincentes de que o SARS-CoV-2 está presente norins de pacientescom COVID-19.4

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Demonstrou-se anteriormente que os organoides renais humanos são um modelo adequado para investigar a interação direta entre SARS-CoV-2 e tecido renal humano3,4; no entanto, os modelos organoides renais estabelecidos não recapitularam a fisiopatologia renal crítica que é frequentemente observada em pacientes com diabetes. Para abordar esta questão e investigar o papel da infecção renal direta pelo SARS-CoV-2 no aumento da gravidade da doença em pacientes com diabetes, Garreta et al. desenvolveu uma nova cultura organoide de rim humano que imita o tecido renal humano exposto a condições diabéticas.5 Usando issomodelo organoide de rim diabético, os autores exploraram os possíveis mecanismos subjacentes ao aumento da gravidade da doença em pacientes com COVID-19 e diabetes.

O que o estudo mostrou?

Os autores empregaram tratamento com glicose oscilatória elevada para estimular fenótipos diabéticos precoces em organoides renais derivados de hPSC (Figura 1). Organóides renais de controle e diabéticos continham estruturas semelhantes a néfrons comparáveis ​​​​e expressavam níveis semelhantes de mRNAs de genes marcadores específicos do segmento de néfrons, endoteliais e estromais.5 Embora a condição diabética não tenha alterado a composição e integridade das membranas basais, a deposição de proteínas da matriz extracelular foi aumentado na área tubulointersticial em organoides renais diabéticos, reminiscente da fibrose renal na doença renal diabética (DKD).5 É digno de nota que o meio diabético alterou o metabolismo celular através da regulação positiva de genes glicolíticos, incluindo lactato desidrogenase A (LDHA), enquanto suprimiu o coativador 1a do gene de biogênese mitocondrial PPARG (PGC1a).5 Essa "memória metabólica" foi preservada em células epiteliais tubulares proximais (PT) isoladas de organoides renais diabéticos, mesmo após cultura de longo prazo. Consistente com os achados nos organoides renais, as células tubulares proximais humanas (HPTCs) derivadas de pacientes com diabetes também demonstraram um aumento nos níveis de mRNA de LDHA e uma diminuição nos níveis de mRNA de PGC1a, juntamente com aumento da fosforilação oxidativa, respiração basal e síntese de ATP, em comparação com HPTCs derivados de pacientes controle.5

Tanto nos organoides renais de controle quanto nos diabéticos, a expressão da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) foi detectada principalmente em células epiteliais PT. O tratamento oscilatório com glicose aumentou significativamente a expressão de ACE2 em organoides renais diabéticos, aumentando a estabilidade do mRNA de ACE2.5 O aumento na expressão de ACE2 em organoides renais diabéticos foi associado ao aumento da infecção por SARS CoV-2 em comparação com organoides de controle. A análise de sequenciamento de RNA unicelular de organoides renais de controle e diabéticos com infecção por SARS-CoV- 2 verificou ainda que os organoides renais diabéticos continham mais células que expressavam RNA viral em comparação com organoides de controle.5 Da mesma forma, HPTCs derivados de pacientes com diabetes expressaram níveis mais elevados de ACE2 do que HPTCs de controle, conferindo maior suscetibilidade à infecção por SARS-CoV-2.5 Os processos inflamatórios foram regulados positivamente pela infecção por SARS-CoV-2 em organoides renais de controle e diabéticos, corroborando observações recentes no rins de pacientes com COVID-19.4 Em comparação com os organoides de controle, os organoides renais diabéticos mostraram uma regulação negativa mais significativa das vias glicolíticas e uma regulação positiva mais pronunciada da inflamação e das vias relacionadas ao diabetes na infecção por SARS CoV-2.5

Para examinar a necessidade de ACE2 e outros receptores supostos para infecção por SARS-CoV-2 de células epiteliais renais, os autores empregaram ferramentas de edição genética CRISPR-Cas9 para gerar nocaute de ACE2, basigina (BSG) e neuropilina 1 (NRP1). hPSCs. A deficiência de ACE2 anulou completamente a infecção por SARS-CoV-2 em organoides renais knockout para ACE2 sob condições de controle e diabéticas, sem afetar o desenvolvimento de estruturas renais.5 A reexpressão de ACE2 restaurou a suscetibilidade à infecção por SARS-CoV-2 . Nem BSG nem NRP1 foram necessários para infecção por SARS-CoV-2 em organoides renais, embora a exclusão de BSG tenha reduzido os níveis de mRNA de SARS-CoV-2 em organoides renais knockout para BSG.5

Por que este estudo é importante?

Este estudo desenvolveu o primeiro modelo organoide de rim diabético, fornecendo outra plataforma potencial para investigar a fisiopatologia da DKD. Na verdade, os organoides renais diabéticos exibiram algumas características patológicas importantes que lembram rins em condições diabéticas, como fibrose tubulointersticial e regulação positiva da expressão de ACE2, o que, por sua vez, conferiu maior suscetibilidade à infecção por SARS-CoV-2.5 No entanto, limitações dos organoides renais atuais torna um desafio recapitular muitas características da DKD, incluindo defeitos vasculares, expansão mesangial e espessamento da membrana basal glomerular.6 A vascularização funcional dos organoides renais, especialmente a vascularização glomerular, aumentará substancialmente a relevância fisiopatológica do rim diabético modelo organoide. Esse feito pode ser alcançado por meio da multiplexação de organoides com organoides vasculares,3 com a facilitação de um dispositivo microfluídico.

Organoides renais diabéticos demonstraram alterações metabólicas no nível transcriptômico. Mais importante ainda, as células epiteliais PT isoladas de organoides renais diabéticos retiveram a memória metabólica após a retirada do tratamento com glicose oscilatória, semelhante às células epiteliais PT derivadas de pacientes com diabetes. Este estudo fez uma observação intrigante de que o tratamento oscilatório com glicose regulou negativamente a expressão de PGC1a, enquanto regulou positivamente a respiração mitocondrial e a produção de ATP em organoides renais.7 Embora o PGC1a seja regulado positivamente em vários modelos de diabetes onde a gliconeogênese é elevada, estudos recentes demonstraram um papel renoprotetor do PGC1a via melhorando a oxidação de ácidos graxos.8 Amostras de biópsia renal de pacientes com DKD mostraram uma forte redução nos reguladores transcricionais da via de oxidação de ácidos graxos, enquanto a maioria dos modelos de camundongos com DKD não mostram alterações nos níveis de PGC1a nem desenvolvem fibrose renal progressiva.9 Organoides renais humanos podem ajudar a resolver as discrepâncias causadas por diferenças entre espécies, ao mesmo tempo que considera o impacto dos medicamentos para diabetes prescritos a pacientes humanos. Por exemplo, estudos futuros poderiam examinar se os inibidores do cotransportador de sódio/glicose 2 (SGLT2) podem aliviar alguns dos fenótipos patológicos em organoides renais diabéticos.

Resta esclarecer com que frequência o SARS-CoV-2 infecta diretamente os rins de pacientes com COVID-19 e se o diabetes agrava a COVID-19 especificamente por meio da infecção mediada pela ECA2-. Jansen et al.4 detectaram SARS-CoV-2 em todas as amostras de rim de 62 pacientes com COVID-19; no entanto, outro estudo com amostras de rim de 284 pacientes com COVID-19 detectou apenas a proteína do nucleocapsídeo SARS CoV-2 por imunohistoquímica em 3,7% dos casos.2 Análise de sequenciamento de RNA nuclear único de tecido de autópsia renal de um paciente mostrou que quase todos os 14 grupos de células identificados expressavam SARS-CoV-2.4 Curiosamente, nem todos os tipos de células emorganoides renaisexpressou SARS-CoV-2 na infecção. Embora Jansen et al.4 tenham detectado SARS-CoV-2 em células PT, podócitos, células de alça de Henle e algumas células estromais, Garreta et al. demonstraram expressão PT predominante de SARS-CoV-2.5 Por um lado, as diferenças observadas entre diferentes modelos organoides renais poderiam ser explicadas pelos diversos protocolos de diferenciação e esquemas de infecção viral empregados em cada um dos estudos. Por outro lado, diferenças entre estudos em amostras de pacientes e aqueles em organoides sugerem que os atuais modelos organoides renais podem não imitar com precisão a interação recíproca entre SARS-CoV-2 e rim humano in vivo, devido à falta de sistema circulatório funcional e sistemas imunológicos.

Apesar dessas limitações, os modelos organoides oferecem uma oportunidade valiosa para avaliar a eficácia de compostos candidatos na supressão da infecção por SARS-CoV-2. Jansen et al.4 demonstraram que o cotratamento com um inibidor de protease suprimiu efetivamente os níveis de RNA do SARS-CoV- 2 em organoides renais, e Garreta et al.5 mostraram que o pré-tratamento com o inibidor da piruvato desidrogenase quinase DCA reduziu o SARS-CoV{{7 }} infecção em HPTCs derivados de pacientes com diabetes. Estudos futuros poderiam refinar ainda mais o modelo organoide do rim diabético para aumentar sua relevância fisiopatológica, tornando-o uma plataforma versátil para modelar fenótipos de doenças específicas do paciente, avaliar novos loci de risco de diabetes e avaliar a eficácia de medicamentos

DIVULGAÇÃO

Todos os autores declararam não haver interesses conflitantes.AGRADECIMENTOSYX é apoiado pelo Ministério da Educação de Cingapura(MOE2019-T2-1-072, MOE-T2EP30220-0008 eMOE-MOET32020-0004) e Nanyang TecnológicaUniversidade.REFERÊNCIAS

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

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