در سلولهای غدد درون ریز جزایر لوزالمعده، ACE2 / TMPRSS2 بیان نمی شوند

اولسپتامبر 2020 - یک مطالعه ی جدید توسط محققان مرکز پزشکی دانشگاه Vanderbilt و دانشکده پزشکی دانشگاه پنسیلوانیا پرلمن که در سرور bioRxiv منتشر شده است، گزارش می دهد که هیچ یک از دو آنزیم اصلی که برای ورود کرونا ویروس 2 به سلول میزبان انسان مورد نیاز هستند، در سلولهای بتا جزایر لوزالمعده ساخته نمی شوند. بنابراین، فرضیه ی آسیب مستقیم و ایجاد اختلال در کنترل قند خون در بیماران مبتلا به بیماری COVID-19 رد می شود.

بیماری COVID-19 و دیابت

در بیماری همه گیرCOVID-19، بدون شک ثابت شده است که دیابت یک عامل خطر برای مرگ و میر و عوارض شدید این بیماری است. علاوه بر این، مواردی از ابتلای جدید به دیابت شناسایی شده و همچنین اثبات شده است که کنترل دیابت در افراد مبتلا به دیابت به دلیل وقوع کتواسیدوز دیابتی و هایپرگلیسمی هیپراسمولار بدتر می شود.

این امر منجر به این فرضیه شد که SARS-CoV-2 با ایجاد سمیت در سلولهای بتا در جزایر پانکراس که انسولین ترشح می کنند، یک ویروس دیابتوژنیک است. مطالعات in vitro نشان داد که ورود ویروس به سلول میزبان انسان به تعامل پروتئین اسپایک ویروسی با آنزیم مبدل آنژیوتانسین (ACE) 2 بر روی سلول بستگی دارد. به دنبال آن تجزیه پروتئولیتیک پروتئین اسپایک، توسط پروتئیناز سرینTMPRSS2   انجام می شود.

آیا کروناویروس باعث دیابت حاد می شود؟

ویروس کرونای بیماریزای قبلی، یا همانSARS-CoV ، که شیوع محدودتری را بین سالهای 2002 و 2004 ایجاد کرد، نیز از گیرنده ACE2 برای ورود به سلول انسان استفاده می کند. تحقیقات قبلی بر روی نمونه های کالبد شکافی از بیمارانی که بر اثر این عفونت مردند، نشان داد که ACE2 در سلولهای جزایر پانکراس از یک اهدا کننده وجود دارد (البته نوع سلول مشخص نبود). بنابراین، آنها ابتدا این ایده را مطرح کردند که تعامل ویروس با ACE2، باعث آسیب به جزایر و تحریک دیابت حاد می شود و بنابراین با پاک شدن عفونت این نوع از دیابت برطرف خواهد شد.

آیا سلولهای بتا ACE2 را بیان می کنند؟

همین نویسندگان اخیراً گزارش دادند که آزمایشات بر روی شبه سلولهای بتا که از سلول های بنیادی پلوری پوتنت انسان (hPSC) تولید شده اند و همچنین سلولهای بتا که از جزایر لوزالمعده انسان جدا شده اند، نشان می دهد که این سلولهاACE2  را تولید می کنند. این نتیجه از فرضیه ی آسیب مستقیم ویروسی به این سلولها پشتیبانی کرد.

تحقیق بیشتر بر روی تولید ACE2 / TMPRSS2 در سلولهای بتا

مطالعه حاضر با هدف انجام تجزیه و تحلیل عمیق تری از سلولهای پانکراس برای بیان ACE2 وTMPRSS2 ، در افراد مبتلا به دیابت و بدون آن انجام شد. محققان هیچ مدرکی دال بر بیان ACE2 وTMPRSS2 ، در سلولهای غدد درون ریز جزایر انسانی در اهدا کنندگان دیابتی یا غیر دیابتی نیافتند. این بدان معناست که تأثیر مستقیم ویروس بر القای دیابت بعید است.در حقیقت، تولید mRNA برای ساختACE2  وTMPRSS2 ، در سلولهای آلفا و بتای انسان در حداقل مقدار است.

روش تعیین توالی RNA در یافتن  ACE2 / TMPRSS2 با شکست مواجه شد

محققان ابتدا از دو مجموعه ی بزرگ از داده هایRNA-Sequency ، استفاده کردند و بیانmRNA  را برای این دو آنزیم در سلول های آلفا و بتا از بافت جزایر لوزالمعده انسان با ژن های مهم کد کننده، به عنوان مثال، فاکتورهای رونویسی در سلولهای جزایر مقایسه کردند. این ژن ها به طور معمول در این سلول ها در سطح پایینی بیان می شوند.

با این حال، متوسط سطح ​​بیانmRNA ها برای ACE2 وTMPRSS2 به طور قابل توجهی کمتر ازmRNA  برای این ژن های بوفور یافت شده در جزایر بود. یعنی سطح بیان این دوmRNA ، در مقایسه با برخی از فاکتورهای رونویسی متصل شونده به DNA در سلولهای جزایر آلفا و بتا بمیزان 84٪ و 92٪ پایین تر بود.

محققان همچنین دریافتند که تجزیه و تحلیل RNA-seq تک سلول(sc) جزایر لوزالمعده انسان فقدان یا حداقل بیانmRNA ها را برای رونویسی ژن های ACE2 و TMPRSS2 نشان می دهد. نتایجی که آنها استفاده کردند شامل مواردی است که از بیش از 25000 سلول از پایگاه داده های برنامه تجزیه و تحلیل پانکراس انسانی (HPAP) توسط 11 اهدا کننده ی سالم و همچنین سه مجموعه داده ی کوچکتر به دست آمده است. با این حال، آنها بیان ACE2 / TMPRSS2 را در کمتر از 1درصد ازسلولهای بتا در تمام مجموعه های داده ها تایید کردند.

بیان کم ACE2 / TMPRSS2 در سلولهای غیر جزیره ای

بر اساس پایگاه داده یHPAP ، 5 درصد از سلولهای اندوتلیال و pericytes در سلولهای بخش برون ریز لوزالمعده،ACE2  را در سطح متوسط ​​تا زیاد بیان می کنند، اما در سه مجموعه داده های دیگر فقط 3٪ از این سلولها، ACE2 را تولید می کردند. این تفاوت قابل توجه نیست و به احتمال زیاد به دلیل تعداد مختلف سلول ها در هر تجزیه و تحلیل است، که در پایگاه داده ی HPAP تا 20 برابر بیشتر از کوچکترین مجموعه از داده ها است. یک تجزیه و تحلیل نشان داد که به طور کلی ، کمتر از 1 درصد از سلول های آسینار یا داکتال ACE2 را بیان می کنند، اما 35 درصد از هر دو نوع سلول، TMPRSS2 را بیان می کنند. در مقابل، در کوچکترین مطالعه، بیانACE2  و TMPRSS2 در این سلولها به ترتیب در سطح 20٪ و بیش از 75٪ گزارش شد.

از آنجایی که ACE2 و TMPRSS2، آنزیمهای کلیدی برای عفونت SARS-CoV-2 هستند، محققان دریافتند که هر دو در کمتر از 1٪ از چهار نوع سلول (آسینار، داکتال، اندوتلیال و ستاره ای) در سه مجموعه داده بیان می شوند. در چهارمین مجموعه از داده ها، درصد بیان آنها به ترتیب برای سلولهای آسیینار و داکتال 5٪ و 15٪ بود.

محققان خاطر نشان کردند که هیچ یک از سلولها در بخش غدد درون ریز جزایر با هم به بیان ACE2 و TMPRSS2 به طور قابل توجه، بر اساس هیچ یک از این چهار مجموعه از داده ها نمی پردازند.

شناسایی مستقیم ACE2 ناموفق بود

محققان از مطالعه ی رونوشت برداری(mRNA) به یافتن مستقیم ACE2 روی آوردند. آنها ازimmunostaining  بخشهایی از جزایر که به روش انجماد سازی خشک تهیه شده بودند با همان آنتی بادی ACE2 استفاده کردند، این کار توسط محققان قبلی نیز انجام شده بود. با این حال، آنها نتوانستند ACE2 را بر روی سلولهای بتا بیابند، اما فقطACE2   را در عروق ریز شناسایی کردند.

محققان خاطرنشان کردند که این اختلاف ممکن است به دلیل استفاده از سلولهای بتای مشتق شده از سلولهای بنیادی باشد، که سلولهای جوانی هستند که به ظاهر شبیه به سلولهای بتا هستند ولی از نظر عملکردی بالغ نمی باشند، و یا سلولهای بتای جاودانه در محیط کشت در یک مطالعه قبلی. برای رد کردن این احتمال، آنها سپس این فرایند را با استفاده از بخشهایی از بافت لوزالمعده که از کودکان 5 ساله یا کمتر به دست آمده بود (یکی فقط 5 روزه بود) تکرار کردند. با این حال، آنها ACE2 را پیدا نکردند.

یافتن ACE2 در میکروعروق

در مرحله بعدی، محققان به بررسی بافت پانکراس اهدا کنندگان دیابتی و غیر دیابتی پرداختند. اهداکنندگان دیابت به دیابت نوع 1 یا 2 مبتلا بودند. در اینجا دوباره، ACE2 در سلولهای آلفا یا بتا یافت نشد، اما در ساختارهای عروقی میکرو در اهدا کنندگان سالم و افراد مبتلا به دیابت نوع 2 یافت شد.

آنها تجزیه و تحلیل خود را با سه آنتی بادی ACE2 دیگر که توسط چندین محقق دیگر استفاده شده بود، تکرار کردند، اما موفق به یافتن این پروتئین در سلول های جزایر نشدند.

وجود TMPRSS2در مجاری

آنها همچنین TMPRSS2 را در جزایر اهداكنندگان سالم یا دیابت نوع 1 پیدا نكردند، اما آن را در بافت برون ریز، روی اپیتلیوم مجاری یافتند. به طور کلی، محققان نتیجه گیری کردند که این پروتئین ها در سلولهای غدد درون ریز جزایر از اهدا کنندگان سالم یا دیابتی یافت نمی شوند. دانشمندان اکنون فکر می کنند که یافته های قبلی ممکن است به دلیل تفاوت های اساسی در ستاپ آزمایش و شاید آرتیفکتها باشد.

یافتن DPP4  بر روی سلولهای آلفا

مجدداً، به دنبال یک مطالعه اخیر، احتمال اتصال ویروس به دیپپتیدیل پپتیداز 4 انسان (DPP4) و ورود ویروس از این طریق مطرح شد، محققان به دنبال این پروتئین در لوزالمعده انسان گشتند. آنها دریافتند که DPP4 در سلولهای آلفا اما نه در سلولهای بتای تمام اهداکنندگان دیابتی یا غیر دیابتی وجود دارد.

این یافته، با تجزیه و تحلیل رونویسی مبتنی بر هر چهار مجموعه از داده ها سازگاری داشت، و همچنین نشان داد که این سلول ها مملو از DPP4 هستند. با این وجود، عدم وجود TMPRSS2 نشان می دهد، DPP4 احتمالاً با ورود ویروس به سلولهای بتا مرتبط نیست.

وجود ACE2 بطور محلی در مویرگهای جزایر و بافتهای برون ریز

محققان سپس به الگوی رنگ آمیزی ACE2در سلولهای غیر از غدد درون ریز لوزالمعده پرداختند، به ویژه برای یافتن آن در ساختار ریز عروق. آنها نتیجه گیری کردند که بیان ACE2، در مویرگهای اطراف جزایر و همچنین بافت برون ریز صورت می گیرد.

آنها اظهار داشتند که این پروتئین در پریسیت ها(pericytes) بیان می شود،- سلولهایی که سلولهای اندوتلیال مویرگی را می پوشانند-. با این حال، از آنجایی که TMPRSS2 در آن جا وجود ندارد، این سلول توسط SARS-CoV-2مورد هدف قرار نخواهد گرفت و در حقیقت، اگر هر دو این پروتئین ها در اپیتلیوم مجاری یافت می شدند این امکان وجود داشت، اما چنین نیست. TMPRSS2 در سطح آپیکال سلولهای مجاری در بخش برون ریز لوزالمعده وجود دارد، اما ACE2 در آن جا وجود ندارد. در موارد معدودی که هر دو با هم یافت می شوند، در مکانهای جداگانه ای بیان می شوند. محققان می گویند اینها ممکن است یک هدف ویروسی را نشان دهند. در افراد مبتلا به دیابت نوع 1، بیان ACE2 در مقایسه با اهدا کنندگان سالم کم است.

نتیجه گیری

اکثر محققان موافق هستند که ACE2 و TMPRSS2احتمالاً ماشین آلات سلولی مورد نیاز برای ورود این ویروس به سلولهای میزبان می باشند، اگرچه راههای دیگری نیز از نظر تئوری امکان پذیر است. در این سناریو، یافته های فعلی نقش ACE2 و TMPRSS2، برای اجازه ی ورود ویروس به سلولهای بتا پانکراس را رد می کند.

برخی از محدودیت های مطالعه حاضر شامل این واقعیت است که محققان به دنبال اثبات وجود این پروتئین ها در سلولهای بتا بودند و نه به دنبال چگونگی اتصال ویروس یا ورود ویروس به سلولهای بتا. ضمن این که، آنها بیان این پروتئین ها را در بیماران دیابتی مبتلا به COVID-19 اندازه گیری نکردند، به طوری که آنها نمی توانند تغییر در بیان این گیرنده ها را در چنین بیمارانی رد کنند.

در نتیجه گیری این مطالعه بیان شد: در مجموع، این یافته ها احتمال اتصال SARS-CoV2 به سلولهای بتا انسان و سمیت سلولی مستقیم را تا حد زیادی کاهش می دهد. در عوض، احتمال اختلال در هموستاز گلوکز را تحت تأثیر التهاب یا آسیب به کبد، عضله،یا سلولهای چربی مطرح می کند، که باید با تحقیقات بیشتر مشخص شود.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20200901/ACE2TMPRSS2-not-expressed-in-pancreatic-islet-endocrine-cells.aspx