「青莲发表文章」血清蛋白质组Biomarker-揭示不同COVID-19患者治疗策略

       COVID-19是当下的大流行病，给人类健康和社会发展造成严重的影响，发现COVID-19长期影响的潜在分子机制，有助于改进现有的治疗策略。

        2022年7月，Frontiers in Immunology（IF：8.786/Q1）期刊上发表了题为“Longitudinal Serum Proteome Characterization of COVID-19 Patients With Different Severities Revealed Potential Therapeutic Strategies”的研究论文，利用TMT蛋白质组学和PRM靶向蛋白质组学，分析了不同严重程度的COVID-19患者的血清蛋白质组，提供了由SARS-CoV-2感染引起的血清变化的蛋白质组学景观，全面解读了COVID-19患者的分子病理生理特征和异质性，这些研究结果在分子水平上为未来COVID-19患者的治疗和检测提供了新的启示。（青莲百奥实验室团队完成本文章样本前处理等实验部分，青莲百奥生信总监吴松峰博士，本文一作，负责文章的生信分析部分）。

研究思路

结果速递

01重症和危重 COVID-19 患者的免疫反应失调和代谢重编程

       为明确重症/危重COVID-19患者的分子病理生理特征，将重症和危重患者的早期血清蛋白组数据与其他COVID-19患者的早期血清蛋白组数据进行比较。结果发现，重症和危重症患者急性期蛋白和补体活化以及凝血蛋白显著升高。同时，抗氧化保护蛋白和肺保护蛋白也在重症和危重症患者种显著升高，提示诱导机体产生自我保护机制。

       随后根据KEGG注释进行富集分析发现炎症反应通路和戊糖磷酸通路在COVID-19危重症患者中表达上调，表明在COVID-19危重症患者中，炎症反应状态异常活跃，此外还发现新冠肺炎危重症患者胆固醇代谢紊乱，存在代谢失调现象。

02无症状患者的有效免疫应答

       疾病早期阶段了解无症状患者感染反应对治疗非常有启发。在此，文章比较了无症状患者和轻症患者的早期血清蛋白质组，发现在无症状患者中参与TGF-b通路的蛋白和参与白细胞迁移的蛋白的水平增加，提示TGF-b通路在症状控制中的潜在作用。TGF-b通过抑制T细胞的激活来调节T细胞稳态，并介导Treg细胞的免疫抑制功能。同时白细胞迁移、运动、粘附相关蛋白的升高可能有助于白细胞从血液迁移到受感染的组织。这些结果显示无症状患者具有有效的免疫应答，其特征是免疫稳态中的病原体防御。

        通过比较无症状患者与各症状组(轻、中、重、危重)的血清蛋白组，发现无症状患者中常见三种蛋白(LTBP1和CRTAC1升高，LGALS3BP下降)的改变。LGALS3BP是一种病毒诱导蛋白，可导致干扰素和促炎细胞因子的产生，IL-6和TNF-a的升高与COVID-19的严重程度有关。因此，无症状患者的CRTAC1和LGALS3BP水平可能反映了有限的免疫损伤。

03COVID-19患者的分子异质性

和对照组早期的血清蛋白质组数据进行了层次聚类分析。所有个体被分成四个集群（C0、C1、C2 和 C3）。接下来探讨了中度患者C1.C2间的分子差异，C2中度患者中参与补体和凝血反应的APP和蛋白质仍然升高，其他几种与胆固醇代谢相关的蛋白质显着升高，并且参与Rap1信号通路和调节C2中度肌动蛋白细胞骨架的蛋白质水平降低，下调可能会影响病毒感染期间上皮屏障的破坏。C2重症/危重症患者与中度患者相比炎症和能量/物质代谢通路明显上调，胆固醇代谢明显下调。C3中四分之一的下降蛋白是免疫球蛋白。这一结果可能提示C3患者的体液免疫功能受损及由此产生的免疫效果。

04与疾病进展相关的血清蛋白改变

       检测了与 COVID-19 严重程度相关的蛋白水平并进行了时间序列分析。使用mFuzz将COVID-19早期和对照的血清样本中鉴定的蛋白质聚集成16个簇。随着COVID-19的严重程度变化，第5、8、12和14簇中的蛋白质水平显着升高，而第1、4和10簇中的蛋白质显示出相反的趋势。同时，检查了与COVID-19病程相关的蛋白质变化，发现从所有三个阶段获得的血清样本中鉴定的蛋白质被分成9个时间点簇，2、3和9 中的蛋白质在恢复期减少，簇4、5、6和7中的蛋白质增加。

       在早期随着COVID-19的严重程度而增加或减少但在恢复期恢复的蛋白质中，有80个蛋白发生显著变化，被确定为随COVID-19严重程度变化的特征蛋白，并在恢复期有所缓解。这些特征蛋白在补体和凝血以及胆固醇代谢途径在中显著富集这些蛋白的变化有助于了解COVID-19的病理，并对监测疾病进展或治疗反应具有潜在价值。

       值得注意的是，在疾病进展过程中，大多数患者的某些蛋白质无法恢复。其中，纤溶酶原样蛋白B（PLGLB1）通过抑制内皮细胞增殖和血管形成具有抗血管生成的功能，这可能阻碍SARSCoV-2感染损伤的血管的康复。

05候选SARS-CoV-2感染生物标志物在疾病过程中具有高度稳定性

       与健康对照相比，PLGLB1在COVID-19中保持更高的水平，与非COVID-19对照组相比，所有严重程度组的水平也更高。ROC分析表明，PLGLB1的血清效果可以稳定地区分未感染人与COVID-19患者（曲线下的面积（AUC）= 0.99，敏感性= 98％，特异性，特异性= 100％）。

       利用PRM技术在24个血清样品中验证PLGLB1，结果表明，COVID-19患者的PLGLB1的血清水平明显高于对照组。这些数据表明，PLGLB1可以是候选SARS-COV-2感染生物标志物，在疾病期间具有很高的稳定性。

总结：

       此研究使用TMT蛋白质组学策略分析了不同严重程度COVID-19患者和对照组的血清样本，破译了COVID-19患者的血清分子特征并进行了验证工作，阐述了COVID-19患者基于血清蛋白质组和与疾病进展相关的血清蛋白质变化的异质性，为疾病的治疗提供了思路。