Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de préimpression, les chercheurs ont effectué un séquençage d’ARN à noyau unique (snRNA-seq) et un profilage transcriptomique spatial des foies de patients décédés atteints de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Sommaire
Arrière plan
COVID-19 présente un large spectre phénotypique avec l’implication potentielle de plusieurs organes pendant la phase aiguë. Il existe des études limitées sur les foies de patients atteints de COVID-19, ce qui empêche une analyse détaillée des lésions hépatiques associées et des effets possibles à long terme. Auparavant, les auteurs ont créé un atlas cellulaire COVID-19 de plusieurs tissus de patients décédés à l’aide de snRNA-seq.
Bien que la pathobiologie pulmonaire du COVID-19 ait été étudiée en profondeur, l’impact sur d’autres organes, y compris le foie, n’a pas été exploré de manière approfondie. Plusieurs facteurs, tels que l’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’inflammation systémique, l’hypoxie et les lésions médicamenteuses, peuvent sous-tendre le phénotype hépatique COVID-19.
L’étude et les conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont créé un atlas du foie COVID-19 de profils snRNA-seq à partir d’échantillons de foie de 17 personnes décédées de COVID-19. Les auteurs ont utilisé snRNA-seq pour obtenir 80 808 profils des patients autopsiés, qui ont été intégrés à ceux de quatre témoins sains. Ces profils ont été séparés en cinq compartiments – hépatocytes, cellules immunitaires / sanguines, endothéliales, épithéliales biliaires (BEC) et mésenchymateuses.
Un atlas spatial du transcriptome a été généré à partir de 62 régions d’intérêt (ROI) de trois zones lobulaires et d’une triade portale sur quatre patients autopsiés à l’aide de la plate-forme numérique de profilage spatial de l’atlas du transcriptome entier (WTA). L’expression de plus de 18 000 gènes a été capturée sur le WTA. La triade porte et les trois zones lobulaires avaient des profils d’expression distincts.
La zone lobulaire 1 avait une activité transcriptionnelle élevée pour le cycle de l’urée, le métabolisme du glutathion et des lipides, l’assemblage des lipoprotéines, la biosynthèse des stéroïdes et des acides gras et le cycle de l’urée. La zone 2 présentait des schémas comparables mais montrait une augmentation de la biosynthèse du fucose et du catabolisme des triglycérides. En revanche, la zone 3 avait des activités de catabolisme des médicaments plus élevées.
Dans les échantillons de COVID-19, il y avait une prolifération des hépatocytes dans la zone lobulaire 1 et des voies de réponse au stress ou hypoxiques dans la zone lobulaire 3, qui ne sont pas documentées dans les foies sains. La zone 3 présentait les signaux d’inflammation les plus élevés – activation de l’inflammasome, signalisation de l’interleukine (IL), réponses des cytokines, liaison à l’interféron (IFN)-γ et processus apoptotiques, qui peuvent être liés à l’infection par le SRAS-CoV-2 et peuvent ne pas être aussi prononcés dans les foies sains.
Les hépatocytes représentaient le compartiment dominant (63,8 %) dans l’atlas et étaient divisés en sept sous-ensembles (HEP1 à HEP7). Les cellules HEP2 ont montré une expression élevée de gènes codant pour des protéines circulantes (facteurs de coagulation, albumine, apolipoprotéines). Les cellules HEP6 et HEP7 avaient des profils similaires à ceux des cellules HEP2 mais avec une expression élevée de la sénescence cellulaire ou des voies apoptotiques dans HEP6 et des protéines de phase aiguë dans HEP7.
En revanche, les cellules HEP1, HEP4 et HEP3 présentaient une expression plus élevée de la différenciation cellulaire, de la transduction du signal et des voies de cicatrisation, mais présentaient une diminution de l’expression des gènes de la fonction métabolique/synthétique du foie. L’analyse de la trajectoire du COVID-19 et des foies sains a suggéré une voie de différenciation des cellules HEP3 aux cellules HEP3 hautement différenciées via les intermédiaires HEP1, HEP4 et HEP5, HEP6 et HEP7 étant les descendants directs du sous-ensemble HEP2.
Des paysages cellulaires sains et COVID-19 ont indiqué une restructuration du compartiment des hépatocytes COVID-19, l’émergence d’un cluster HEP7 spécifique à COVID-19 à partir de cellules HEP2 et l’expression de protéines de phase aiguë. Ensuite, ils ont analysé les distributions spécifiques au type de cellule et au donneur des lectures du SRAS-CoV-2.
Les hépatocytes ont été fortement enrichis en ARN du SRAS-CoV-2+ noyaux. Les niveaux d’ARN viral étaient en corrélation avec l’expression de nombreuses protéines de choc thermique, suggérant l’activation de la réponse protéique dépliée due au stress cellulaire. Les profils HEP4 ont indiqué l’activation des réactions inflammatoires, concordant avec l’infection SARS-CoV-2 des cellules épithéliales.
Les BEC exprimaient des marqueurs de lignée et couvraient un large spectre avec six sous-ensembles (BEC1 à BEC6). Les sous-ensembles BEC4, BEC5 et BEC6 ont montré des profils distincts compatibles avec des cholangiocytes réactifs ou des réactions canalaires pro-fibrogéniques dans les maladies hépatiques chroniques. Les sous-ensembles BEC1, BEC2, BEC5 et BEC6 ont augmenté, tandis que les sous-ensembles BEC3 et BEC4 ont diminué dans les foies COVID-19 par rapport aux témoins sains.
Le compartiment sang/cellules immunitaires des foies COVID-19 comprenait des cellules T, des cellules tueuses naturelles (NK), des cellules B, des mastocytes et des monocytes/macrophages/cellules de Kupffer (KC). Par rapport aux foies sains, il y a eu une restructuration étendue des compartiments myéloïdes et des lymphocytes T dans les foies COVID-19. Naïf CD8+ Les lymphocytes T ont été considérablement réduits, tandis que les lymphocytes T effecteurs/mémoire cytotoxiques et les populations de type lymphocyte T naïfs apoptotiques ont été considérablement enrichis en foies COVID-19.
Aucune différence n’a été observée dans les KC classiques/inflammatoires dans les foies COVID-19. Aucun sous-ensemble de macrophages n’a montré une expression élevée des récepteurs de chimiokines, indiquant une infiltration déficiente des macrophages dérivés de monocytes qui reflétaient un degré de tropisme pulmonaire ou d’épuisement immunitaire. Le compartiment des cellules endothéliales, qui s’étendait sur 12 sous-ensembles, a été fortement impacté dans les foies COVID-19 par rapport aux témoins.
Les cellules mésenchymateuses, réparties dans huit sous-ensembles, représentaient toutes les principales lignées cellulaires du foie. Les auteurs ont observé l’activation fibrogénique dans les sous-ensembles mésenchymateux dans les foies COVID-19. L’analyse de la communication cellule-cellule des données COVID-19 snRNA-seq a montré un centre d’interaction multicellulaire impliquant des hépatocytes, des cellules endothéliales et des cellules mésenchymateuses. Ces analyses ont révélé une source diversifiée d’activation fibrogénique dans le COVID-19.
Une validation supplémentaire du phénotype pro-fibrotique des foies COVID-19 a été fournie par une enquête histopathologique du foie de quatre donneurs. La fibrose sinusoïdale et l’activation des cellules stellaires étaient étonnamment fréquentes chez les quatre donneurs. De plus, trois patients ont présenté une réaction canalaire modérée à étendue ou une prolifération de cholangiocytes.
conclusion
Les chercheurs ont observé un remodelage étendu des paysages cellulaires et d’expression dans les foies COVID-19, suggérant une réaction canalaire, une lésion hépatocellulaire, une fibrogenèse et une expansion néo-vasculaire. Les hépatocytes avec l’ARN du SRAS-CoV-2 présentaient une expression accrue de protéines pro-inflammatoires et de phase aiguë. Il y a eu des changements massifs dans la composition et les profils d’expression des cellules non parenchymateuses dans les foies COVID-19.
Le schéma de fibrose observé ne peut pas être expliqué par une maladie hépatique chronique sous-jacente seule et peut avoir été causé par des effets localisés et systémiques de type septicémie du COVID-19. L’expression/les changements cellulaires induits par le COVID-19 indiquent un impact subclinique mais profond de la maladie sur le foie, malgré l’absence d’une lésion hépatique importante, et peuvent avoir des implications à long terme sur la santé des survivants du COVID-19.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
