Análisis unicelular de la expresión de la enzima convertidora de angiotensina II en riñones y vejigas humanas revela una posible ruta de infección del nuevo coronavirus de 2019
En 2019, surgió en Wuhan, China, un nuevo coronavirus (2019-nCoV), posteriormente denominado SARS-CoV-2, que se propagó rápidamente a nivel mundial, causando la pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). Aunque los síntomas primarios de COVID-19 son respiratorios, evidencia emergente sugiere que el virus puede afectar múltiples sistemas orgánicos, incluidos los riñones. Se ha observado lesión renal aguda (LRA) en un subconjunto de pacientes con COVID-19, lo que plantea preguntas sobre las posibles rutas de infección viral en el sistema urinario. Este estudio investiga la expresión de la enzima convertidora de angiotensina II (ACE2), receptor del SARS-CoV-2, en riñones y vejigas humanos mediante secuenciación de ARN unicelular (scRNA-Seq) para explorar los mecanismos de daño renal y las posibles rutas de entrada viral en el sistema urinario.
Antecedentes y relevancia
El 2019-nCoV, que comparte un 88% de similitud genómica con coronavirus similares al SARS de origen murciélago, se une a ACE2 para ingresar a las células, similar al SARS-CoV. ACE2 se expresa ampliamente en diversos tejidos, incluyendo pulmones, riñones y vejiga. Aunque los síntomas respiratorios dominan en COVID-19, se ha reportado LRA en el 3-10% de los pacientes hospitalizados, con algunos casos progresando a falla renal. La detección de SARS-CoV-2 en muestras de orina sugiere además la capacidad del virus para infectar el sistema urinario. Sin embargo, los mecanismos subyacentes al daño renal y el papel de ACE2 en la infección del tracto urinario siguen sin estar claros.
Este estudio utiliza scRNA-Seq para perfilar la expresión de ACE2 en riñones y vejigas humanos sanos, identificando tipos celulares que podrían servir como blancos virales. Al analizar genes coexpresados y vías funcionales, el estudio proporciona información sobre las posibles rutas de infección del SARS-CoV-2 en el sistema urinario y los mecanismos moleculares de la lesión renal.
Métodos
Adquisición y procesamiento de datos
Se obtuvieron conjuntos de datos públicos de scRNA-Seq de riñones y vejigas sanos del Gene Expression Omnibus (GEO). Se analizaron datos renales de tres donantes (GSE131685) y datos de vejiga de tres pacientes con cáncer de vejiga (GSE108097). Para muestras renales, el análisis posterior se realizó con el paquete Seurat, incluyendo normalización, escalado y agrupamiento basado en los 2,000 genes más variables. El conjunto de datos de vejiga se integró usando Harmony para eliminar efectos de lote, seguido de pasos similares de normalización y agrupamiento.
Procesamiento de muestras renales
Las muestras de biopsia renal se obtuvieron de donantes vivos y se procesaron inmediatamente. La disociación tisular se realizó con GEXSCOPE® Tissue Preservation Solution y buffer de disociación, seguido de lisis de glóbulos rojos y conteo celular. Las bibliotecas de células individuales se prepararon y secuenciaron usando protocolos establecidos.
Análisis de coexpresión y funcional
Los genes coexpresados con ACE2 se identificaron mediante coeficientes de correlación de Pearson, considerando significativos aquellos con r > 0,1 y P < 0,01. El análisis de enriquecimiento de vías se realizó usando las bases de datos Gene Ontology (GO) y Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). Las redes de interacción proteína-proteína (PPI) se construyeron con STRINGdb y se visualizaron con Cytoscape.
Resultados
Expresión de ACE2 en riñones
El análisis de datos renales públicos reveló que ACE2 se expresa predominantemente en células de túbulos proximales (TP), incluyendo células de túbulos contorneados proximales (PCT) y túbulos rectos proximales (PST). En tres conjuntos de datos publicados, la expresión de ACE2 se detectó en el 5,12%, 5,80% y 14,38% de células PCT, TP y PST, respectivamente. La validación con dos muestras renales sanas independientes confirmó su expresión en el 12,05%, 6,79% y 10,20% de células PCT, TP y PST. Otros tipos celulares nefronales, como células de túbulos colectores y distales, mostraron mínima expresión de ACE2.
Expresión de ACE2 en vejigas
En el conjunto de datos de vejiga, la expresión de ACE2 fue baja pero detectable en células epiteliales, particularmente en células paraguas (1,28%) e intermedias (0,25%). Otros tipos celulares, como células basales e inmunes, fueron mayormente negativos para ACE2.
Análisis funcional de genes coexpresados
El análisis de coexpresión identificó genes correlacionados significativamente con ACE2 en células TP y paraguas. Estos genes se enriquecieron en componentes celulares relacionados con membranas, como bordes en cepillo, y vías como el sistema renina-angiotensina, la reabsorción de bicarbonato en TP y la absorción de minerales. Las redes PPI mostraron interacciones entre ACE2 y genes coexpresados, sugiriendo roles potenciales en la entrada viral y función renal.
Discusión
LRA en COVID-19 y SARS
Se ha reportado LRA en pacientes con COVID-19, con una prevalencia del 3-10% en casos hospitalizados. Observaciones similares se documentaron durante el brote de SARS, donde el 6,7% de los pacientes desarrollaron LRA, con alta mortalidad. La detección de SARS-CoV-2 en orina y tejidos renales sugiere infección viral directa de células epiteliales renales, posiblemente mediada por ACE2. La alta expresión de ACE2 en células TP concuerda con la lesión renal observada en pacientes.
Expresión de ACE2 en el sistema urinario
Este estudio demuestra que ACE2 se expresa en tipos celulares específicos de riñones y vejigas, con mayor expresión en células TP en comparación con células epiteliales de vejiga. Esto sugiere que los riñones podrían ser más susceptibles a la infección por SARS-CoV-2. La detección de ACE2 en células paraguas, que revisten la luz vesical, respalda la posibilidad de excreción viral en orina.
Implicaciones para la práctica clínica
Los hallazgos resaltan la necesidad de monitorear la función renal en pacientes con COVID-19, especialmente en casos graves. La presencia de ACE2 en células epiteliales renales y vesicales subraya el riesgo potencial de transmisión urinaria de SARS-CoV-2, requiriendo precauciones en el manejo de muestras de orina de pacientes infectados.
Limitaciones
El estudio está limitado por el uso de tejidos sanos, que podrían no reflejar completamente los patrones de expresión de ACE2 en pacientes con COVID-19. Además, la falta de validación experimental y datos de pacientes restringe la capacidad para establecer conclusiones definitivas sobre los mecanismos de infección viral en el sistema urinario.
Conclusión
Este estudio proporciona evidencia bioinformática de la expresión de ACE2 en riñones y vejigas humanos, identificando células TP y paraguas como posibles blancos de infección por SARS-CoV-2. Los hallazgos sugieren que la lesión renal en COVID-19 podría resultar de la infección viral directa de células epiteliales renales mediada por ACE2. Se necesitan más investigaciones para validar estos resultados y explorar los mecanismos de infección y daño renal en pacientes con COVID-19.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001439