自2019年底新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情爆發以來，截止2021年3月，已造成全球累計病例超過12384萬例，累積死亡病例超過272.7萬例。因此，篩選有效的疾病診斷標志物以及了解病毒感染的疾病特征對揭示疾病機制和開發有效的治療方法具有重要意義。 2021年2月，來自德國OmicEra診斷集團和慕尼黑LMU大學醫院研究團隊聯合在醫學預印本期刊MedRxiv在線發表題為《High-resolution longitudinal serum proteome trajectories in COVID-19 reveal patients-specific seroconversion》的研究文章。 該研究對31名COVID-19患者進行了31天的縱向跟蹤，并利用4D蛋白質組學技術首次對比COVID-19患者和有COVID-19癥狀但SARS-CoV-2 PCR陰性對照人群的血清蛋白質組表達變化。研究發現，COVID-19患者有26%的蛋白質發生了顯著變化，先天免疫和凝血系統受到嚴格調控。此外，ITIH4可能是一種具有預測COVID-19死亡風險的生物標志物。 研究材料： COVID-19患者和有COVID-19癥狀但SARS-CoV-2 PCR陰性對照人群血清 技術方法： Evosep-4D蛋白質組 實驗路線圖： 步驟1：血清Evosep-4D蛋白質組分析 步驟2：血清蛋白質組差異分析 步驟3：COVID-19患者差異調控蛋白軌跡和聚類分析 步驟4：全局蛋白質組相關性圖譜 步驟5：COVID-19患者血清轉換期間抗體表達 研究結果： 1. COVID-19患者和對照組血清蛋白質組分析 研究人員采用Evosep-4D蛋白質組學技術對COVID-19患者（n=31）和有癥狀但SARS-CoV-2 PCR陰性對照組（n=262）的血清蛋白質組進行分析，結果共定量到502個蛋白質。 實驗設計概覽及血清蛋白質組分析 2. 血清蛋白質組差異分析 研究者對疾病組和對照組血清蛋白表達情況進行比較分析，發現在取樣第一天相比于對照組，COVID-19組中補體因子C2、C9、C4BPA、α-1-酸性糖蛋白等14個蛋白上調表達，β-2-糖蛋白1、富含組氨酸糖蛋白、纖連蛋白等23個蛋白下調表達。進一步分析后期階段兩者蛋白質組的變化，結果發現顯著差異表達的34個蛋白中19個為免疫球蛋白，這類蛋白在COVID-19患者組中表達水平顯著升高。 血清蛋白質組差異比較分析 3. COVID-19患者差異調控蛋白軌跡和聚類分析 隨后，研究人員分析COVID-19患者37天時間內血清蛋白質表達軌跡，共發現116種蛋白質表達發生變化，根據蛋白質表達模式將其分為3大類：廣泛遞減（51個蛋白）、廣泛遞增（35個蛋白）和先升高后降低（30個蛋白）。功能分析發現這些蛋白主要涉及酶活性、蛋白酶體、轉運、免疫、補體通路、血液凝固等。 為了解個體患者蛋白質組的變化程度，研究人員對第一天和后續所有收樣時間點血清蛋白質組之間進行皮爾森相關分析。結果顯示，0天和第2天的皮爾森相關系數（R2=0.96）高于0天和第18天之間相關系數（R2=0.83）。31名COVID-19患者血清蛋白質組皮爾森相關系數中位數隨著時間的遞進而降低（day1 R2為0.96，day10 R2為0.88）。有趣的是，一個涉及細菌感染的促炎急性期蛋白ITIH4在死亡病人取樣第一天就顯著升高，其可能會成為預測死亡風險的生物標志物。 COVID-19患者血清蛋白組變化 4、全局蛋白質組相關性圖譜 研究人員通過無監督聚類分析502個定量蛋白之間以及與研究隊列的19個臨床指標相關性。其中最大的相關集群為炎癥系統（包括71items），第二大集群包括52個items，主要為免疫球蛋白和抗體共調控的亞簇。 共調控蛋白相關性分析 5. COVID-19患者血清轉換期間抗體表達 用5種SARS-CoV-2抗體免疫檢測患者血清，提示大多數COVID-19患者血清轉換發生在第6天到第8天之間。通過免疫法對患者部分免疫球蛋白區進行檢測，分析抗體響應組成的全局變化。結果顯示，一些免疫球蛋白表達平均增加4.3倍，但有一些免疫球蛋白區域表達增加超過100倍。進一步分析顯著相關免疫球蛋白區分布，發現定量到的127個免疫球蛋白區中有92個顯著變化，提示大部分免疫球蛋白區響應SARS-CoV-2感染。 COVID-19患者血清轉換期間SARS-CoV-2抗體表達動態變化 小編小結 本研究基于Evosep-4D蛋白質組學技術對COVID-19患者和有COVID-19癥狀但ARS-CoV-2 PCR陰性對照人群的血清蛋白質組進行分析，發現COVID-19患者有26％的蛋白質發生顯著變化，先天免疫系統蛋白在疾病早期表達下降；通過對疾病進展過程中的血清蛋白質的比較發現了一種清晰的潛在生物標志物。研究者還利用全局蛋白質相關圖構建了蛋白質、生物學過程和臨床化學參數間全系統功能關聯數據，這些成果為深入了解新冠病毒感染調控蛋白以及疾病進展提供了重要參考信息。
