Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten deuten auf eine Rolle von Angiotensin-konvertierendem Enzym 2 bei Nierenfunktionsstörungen bei Patienten mit 2019-Novel-Coronavirus-Infektion hin
Das 2019-Novel-Coronavirus (2019-nCoV), das von der Weltgesundheitsorganisation als globaler Gesundheitsnotfall eingestuft wurde, ist primär mit respiratorischen Symptomen assoziiert. Jedoch deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass das Virus multiple Organe, einschließlich der Nieren, befällt. Dieser Artikel untersucht die Rolle des Angiotensin-konvertierenden Enzyms 2 (ACE2) bei Nierenfunktionsstörungen bei 2019-nCoV-infizierten Patienten unter Verwendung von Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten und immunhistochemischen Befunden.
Hintergrund und klinische Beobachtungen
Frühe klinische Berichte hoben das Auftreten von akutem Nierenversagen (AKI) bei 2019-nCoV-Patienten hervor. Huang et al. berichteten, dass 7 % der 41 Patienten AKI zeigten, wobei die Inzidenz bei Intensivpatienten auf 31 % anstieg. Li et al. beobachteten erhöhte Plasma-Kreatininspiegel bei 11 von 59 Patienten, was auf eine fortschreitende Nierenfunktionsstörung hindeutet. Guan et al. dokumentierten ebenfalls erhöhte Plasma-Kreatininspiegel bei 4,3 % der schwer erkrankten Patienten. Diese Befunde unterstreichen die mögliche Beteiligung der Nieren bei 2019-nCoV-Infektionen.
ACE2 und TMPRSS2: Schlüsselproteine für den Viruseintritt
Der Eintritt von 2019-nCoV in Zielzellen wird durch ACE2 vermittelt, einen Rezeptor, der auch vom SARS-assoziierten Coronavirus (SARS-CoV) genutzt wird. Die zelluläre Protease TMPRSS2 (transmembranäre Serinprotease 2) spielt eine entscheidende Rolle bei der Spaltung und Aktivierung des viralen Spike-Proteins, was die Membranfusion erleichtert. Angesichts der Expression von ACE2 und TMPRSS2 in verschiedenen Geweben ist deren Nachweis in Nierenzellen essenziell, um die Mechanismen der Nierenschädigung bei 2019-nCoV-Patienten zu verstehen.
Einzelzell-RNA-Sequenzierungsanalyse
Zur Bestimmung der ACE2- und TMPRSS2-Expression in Nierenzellen wurden Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten aus der Gene Expression Omnibus (GEO)-Datenbank und der Kidney Interactive Transcriptomics (KIT)-Datenbank analysiert. Die Daten umfassten Proben von gesunden Spendern, para-kanzerösem Gewebe von Tumorpatienten und fetalen Nieren.
Nierenproben gesunder Spender
Die Analyse von Nierenproben gesunder Spender (GEO-Zugangsnummern GSE109564 und GSE114156) ergab, dass ACE2 hauptsächlich in proximalen Tubuluszellen exprimiert wurde. Diese Befunde waren über mehrere Datensätze hinweg konsistent.
Para-kanzeröse Gewebeproben
Daten aus para-kanzerösem Gewebe (GSE131685) zeigten ebenfalls eine dominante ACE2-Expression in proximalen Tubuluszellen, was die spezifische Lokalisation von ACE2 in der Niere bekräftigt.
Fetale Nierenproben
In fetalen Nierenproben (8.–18. Schwangerschaftswoche) wurde ACE2 in tubulären Vorläuferzellen nachgewiesen, was auf eine frühe Entwicklungsrolle hinweist.
Immunhistochemische Validierung
Immunhistochemische Daten der Human Protein Atlas bestätigten die RNA-Sequenzierungsergebnisse: ACE2 wurde in proximalen Tubuli der Niere stark exprimiert, jedoch nur schwach in normalem Lungengewebe. Positives ACE2-Signal in Lungenmakrophagen wirft Fragen zur dynamischen Regulation der ACE2-Expression während einer Infektion auf.
Implikationen für Nierenfunktionsstörungen
Die Expression von ACE2 und TMPRSS2 in Nierenzellen legt nahe, dass die Niere ein potenzielles Zielorgan für 2019-nCoV ist. Die hohe ACE2-Expression in proximalen Tubuluszellen unterstreicht deren Vulnerabilität für virale Schädigung.
Vergleich mit anderen Coronaviren
Nierenschäden sind auch bei anderen Coronaviren wie SARS-CoV und MERS-CoV dokumentiert. Bei SARS-CoV-Patienten trat AKI in 6,7 % der Fälle auf (Mortalität: 91,7 %), während MERS-CoV mit AKI-Inzidenzen von 26,7 % assoziiert war. Die Expression von Coronavirus-Rezeptoren in Tubuluszellen unterstreicht die Nierenanfälligkeit für Coronaviren.
Therapeutische Strategien
Therapeutika, die ACE2, TMPRSS2 oder das Spike-Protein blockieren, könnten den Viruseintritt hemmen. Bei Nierenversagen sollten frühzeitige Nierenersatztherapien erwogen werden.
Überwachung der Nierenfunktion
Regelmäßige Kontrollen der Nierenparameter (z. B. Plasma-Kreatinin, Harnprotein) sind kritisch, um Nierenschäden früh zu erkennen und interventionell einzugreifen.
Schlussfolgerung
Die Kombination aus Einzelzell-RNA-Sequenzierung und Immunhistochemie belegt die Rolle von ACE2 in der Pathogenese 2019-nCoV-induzierter Nierenfunktionsstörungen. Proximale Tubuluszellen stellen aufgrund ihrer ACE2-Expression ein Hauptziel dar. Diese Erkenntnisse betonen die Notwendigkeit gezielter Therapien und intensivierter Nierenfunktionsüberwachung bei 2019-nCoV-Patienten.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000783