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SARS-CoV-2条目受体表达增加pneumocyte ACE2在lymphangioleiomyomatosis (LAM)与upregulation自然杀伤细胞的干扰素通路以及增加白细胞介素6 LAM-associated成纤维细胞中表达https://bit.ly/34ChSsg
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呼吸衰竭是冠状病毒病的严重结果2019 (COVID-19),和最严重的病例与重要的肺部并发症(1]。Lymphangioleiomyomatosis (LAM)是一种进步的囊性肺疾病引起的女性结节性硬化症的突变基因,导致异常hyperactivation mTOR复杂1 (mTORC1)在林细胞信号网络,间充质来源的(2]。COVID-19 LAM是未知的风险。
我们异形外植体肺的五位女性LAM(46 659细胞)由单个细胞RNA基因组学测序(scRNA-seq)使用10×铬平台。低质量的细胞,定义为细胞中不到200种不同的基因与线粒体基因被发现或比例高于10%,被过滤掉。原始数据是正常,日志转换如前所述[3]。从不同的平台被批处理数据集的影响,和数据集成使用修(4]。林的主要细胞类型确定使用单一的算法(5)(图1一个)包括上皮细胞(I型和II型pneumocytes,纤毛细胞)、免疫细胞(T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞)和内皮细胞(淋巴内皮细胞和血内皮细胞)。细胞类型注释进一步证实了手工绘图标记基因。重聚簇pneumocytes显示ACE2主要是表达II型pneumocytes,TMPRSS2表达在上皮细胞类型(图1一个),与之前一致的数据(6- - - - - -8]。与现有scRNA-seq LAM肺比较数据集(GSE122960)健康的肺(n = 8) (9),来自捐赠者从中风去世,出血、脑损伤或枪击。一个健康控制亚洲的遗传背景与排除在外,因为报告说,亚洲的个体有较高的表达ACE2比其他人群(10]。
II型pneumocytes表达的百分比ACE2林肺(2.6%)显著高于健康的肺(0.9%;p = 0.03, Mann-Whitney u测验)(图1一个)。相比之下,健康的肺,ACE2表达式也高于LAM-associated I型(1.5%)与0.7%;p = 0.14),纤毛细胞(1.1%与0.5%;p = 0.39)。TMPRRS2表达也显著高于LAM-associated II型pneumocytes (56%与45%;p = 0.048) (图1一个(33%)和纤毛细胞与22%;p = 0.14)相比,健康的肺。重要的upregulationACE2没有观察到单个细胞数据集从其他肺部疾病与健康的肺相比,包括肺纤维化(GSE122960) (n = 4) [9与癌症)和肺(n = 2) (8和传染病(n = 6)8),除了一个从一个hiv阳性和肺结核分枝杆菌艾滋病患者(图1一个)[8]。这些观察表明,pneumocyte表达增加ACE2和TMPRSS2是特定于LAM和未见其他肺部疾病,并表明mTORC1-hyperactive LAM细胞可能产生这种效果。
我们进一步调查是否ACE2 + / TMPRSS2 +林细胞时刻准备为病毒感染超出这些受体的表达。Gordonet al。(11]确定332身体人类蛋白质相互作用严重急性呼吸系统综合症冠状病毒(SARS-CoV-2) HEK293T细胞中蛋白质表达实验。我们计算COVID-19模块得分基于平均使用修这332个基因的表达(4在林pneumocytes]。的重要upregulation COVID-19模块得分的ACE2 + / TMPRSS2 +细胞相比,ACE2 + / TMPRSS2−细胞(Mann-Whitney紫外线测试,p = 5.1×10−5),ACE2−/ TMPRSS2−细胞(Mann-Whitney紫外线测试;p = 1.1×10−14)(图1一个)。与此一致的是,细胞的百分比表达这些332年个体基因是最高的ACE2 + / TMPRSS2 +细胞(Mann-Whitney紫外线测试,p = 2.2×10−16;ACE2 + / TMPRSS2 +和ACE2 + / TMPRSS2−)和最低ACE2−TMPRSS2−细胞(Mann-Whitney紫外线测试,p = 2.2×10−16;ACE2 + / TMPRSS2 +和ACE2−/ TMPRSS2−由于有限的空间(数据未显示)。这些分析表明,ACE2表达林与增加的表达基因的蛋白质产物相互作用,并提出使病毒复制。
确定通路的upregulation粘住ACE2在林,我们执行路径分析、比较的表达ACE2+和ACE2−上皮细胞在林的数据集。缺氧和IL-6-induced急性期反应途径的调节ACE2+ pneumocytes。主转录因子il - 6的通路,STAT3在林调节ACE2+ pneumocytes以及四种基因直接或间接监管STAT3:FGG,处于受控,惠普和HMOX1(图1 b),表明il - 6可能在驾驶这些影响。与此一致的是,我们发现增加il - 6在LAM-associated成纤维细胞与间充质细胞来源于健康的肺(图1 b),支持这一概念,il - 6驱动器ACE2表达。
ACE2是一种干扰素刺激基因在人类呼吸道上皮细胞(8]。我们使用的基因列表干扰素(IFN) -α/β信号通过JAK / STAT (I型)和IFN-γ(II型)信号通路(MetaCore Clarivate分析)来计算特定类型细胞干扰素通路活动分数与林相比,健康的肺肺(4]。LAM肺,I型和II型干扰素通路调节自然杀伤(NK),但不是在T细胞、B细胞或巨噬细胞(图1 b)。许多重要的监管机构在林干扰素通路显著调节NK细胞,包括INFG和INFGR1(图1 b)。此外,IFN-γ表达式在LAM-associated调节NK细胞相比,健康的肺(图1 b)。这些分析表明,干扰素分泌LAM NK细胞在肿瘤微环境可能与il - 6上调ACE2在林上皮细胞表达(图1 b)。
mTORC1,活跃在林,促进蛋白质合成和细胞生长,被认为是SARS-CoV-2用来支持复制(12]。LARP1 mTOR-regulated转化阻遏,332 virus-interacting蛋白质由Gordonet al。(11),和一个ppelberget al。(13)确定SARS-CoV-2之间的串扰和mTOR / HIF-1信号。因此,我们研究雷帕霉素(一种变构mTORC1抑制剂)的影响在这些途径在初级细胞基因表达,来自一个分离肾血管肌脂肪瘤肿瘤携带TSC2突变时获得手术。血管平滑肌脂肪瘤是良性的肿瘤,有共同的基因突变与LAM和发生在一半的女性。主文化处理20 nM雷帕霉素或DMSO 24 h和单细胞分析。要克服的挑战零膨胀在单细胞数据,我们使用魔法14在每个细胞]归咎于基因表达。使用相同的通路基因列表上面描述(从Clarivate MetaCore分析),我们发现雷帕霉素治疗主要影响表达下调I型和II型干扰素通路(Mann-Whitney紫外线测试,p < 2.2×10−16所有的比较)(图1 c),包括许多干扰素刺激基因(如。如果,干扰素诱导蛋白tetratricopeptide重复家庭)(Mann-Whitney紫外线测试所有基因)(p < 0.001图1 d)。富含IL-6-induced急性期反应的基因ACE2雷帕霉素治疗+细胞也表达下调(Mann-Whitney紫外线测试,p < 0.001) (图1 d)。332年SARS-CoV-2-interacting宿主蛋白质的表达的差别也显示对这些雷帕霉素治疗一般由于有限的空间(数据未显示)。这些分析表明,mTORC1抑制可能受益SARS-CoV-2感染通过减少干扰素和白介素通路,促进ACE2的表达。
总之,我们观察到的百分比增加II型pneumocytes表达ACE2在林的肺部,upregulation I型和II型干扰素通路的LAM-associated NK细胞,和增加白细胞介素6表达LAM-associated成纤维细胞,这表明这两种机制驱动增加ACE2表达式。可能导致类似mTORC1-dependent机制ACE2表达在其他设置。使用林作为一个模型系统的优势是一致的激活的mTORC1 LAM细胞。而其他肿瘤往往升高mTORC1活动,很少作为一个单一的,定义遗传特性,使其更难以确定这些类型的non-cell自治机制。肿瘤细胞内mTORC1信号如何影响ACE2表达在相邻的上皮细胞将需要额外的单细胞的数据集使用基因定义标本,和/或mTORC1专门摄动的小鼠模型。改变mTORC1信号也可能出现在良性疾病,如特发性肺纤维化(IPF)。我们分析了一个单细胞四IPF样本的数据集出版,并没有发现显著增加ACE2表达II型pneumocytes相比健康的捐赠者。
值得注意的是,使用培养主要从LAM-related肿瘤细胞,血管肌脂肪瘤,我们发现雷帕霉素治疗干扰素通路,也使之抑制表达下调先前确定的一组假定的SARS-CoV-2-interacting蛋白质。从临床的角度来看,upregulationACE2 / TMPRSSLAM肺上皮细胞的表达表明,林的女性可能在严重的COVID-19感染的风险增加。虽然这里所有的林标本研究从肺移植组织代表先进的疾病,因为我们分析链接ACE2的表达和TMPRSS2 mTORC1活动,我们推测,在轻微的疾病也会如此。未来的研究将需要证实了这一点。白介素、干扰素信号响应的差别,对这些雷帕霉素表明,雷帕霉素治疗可能造福两限制初始感染上病毒接触和发展COVID-19肺炎在一般和女性。这是特别重要的患者已经服用雷帕霉素对林或其他疾病。进一步的分析包括临床试验将需要评估的潜在好处雷帕霉素COVID-19的这两个方面。
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脚注
作者的贡献:D.J. Kwiatkowski y . Tang和密纹唱片Henske设计研究。y唐执行所有实验,分析数据,解释数据和写的手稿。D.J. Kwiatkowski和密纹唱片Henske审查和评估数据,修订后的手稿。所有作者阅读和批准了手稿。
利益冲突:y唐没有披露。
利益冲突:D.J. Kwiatkowski没有披露。
利益冲突:密纹唱片Henske没有披露。
支持声明:y唐是收件人的职业发展奖林基金会和国防部结节性硬化症复杂的资助研究项目(W81XWH1910152 - TS180029)。我们也感谢Rothberg家族的支持这项工作。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表。
- 收到了2020年7月11日。
- 接受2020年10月4日。
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