Integrated histopathology, spatial and single cell transcriptomics resolve cellular drivers of early and late alveolar damage in COVID-19

转录组 纤维化 生物 下调和上调 细胞生物学 细胞 病理 骨桥蛋白 弥漫性肺泡损伤 免疫学 医学 遗传学 基因 基因表达 内科学 急性呼吸窘迫
作者
Jimmy Tsz Hang Lee,Sam N. Barnett,Kenny Roberts,Helen Ashwin,Luke Milross,Jae-Won Cho,Alik Huseynov,Benjamin Woodhams,Alexander Aivazidis,Tong Li,Joaquim Majó,Patricia Cháves,Michael Lee,Antonio M. A. Miranda,Zuzanna Jablonska,Vincenzo Arena,Brian Hanley,Michael Osborn,Virginie Uhlmann,Xiaoning Xu
标识
DOI:10.1101/2023.12.20.572494
摘要

Abstract The most common cause of death due to COVID-19 remains respiratory failure. Yet, our understanding of the precise cellular and molecular changes underlying lung alveolar damage is limited. Here, we integrate single cell transcriptomic data of COVID-19 donor lungs with spatial transcriptomic data stratifying histopathological stages of diffuse alveolar damage (DAD). We identify changes in cellular composition across progressive DAD, including waves of molecularly distinct macrophages and depleted epithelial and endothelial populations throughout different types of tissue damage. Predicted markers of pathological states identify immunoregulatory signatures, including IFN-alpha and metallothionein signatures in early DAD, and fibrosis-related collagens in organised DAD. Furthermore, we predict a fibrinolytic shutdown via endothelial upregulation of SERPINE1 /PAI-1. Cell-cell interaction analysis revealed macrophage-derived SPP1 /osteopontin signalling as a key regulator during early DAD. These results provide the first comprehensive, spatially resolved atlas of DAD stages, highlighting the cellular mechanisms underlying pro-inflammatory and pro-fibrotic pathways across alveolar damage progression.

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