隨著新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）爆發(fā)，已對(duì)全世界的健康與經(jīng)濟(jì)等造成了嚴(yán)重影響。許多對(duì)于COVID-19感染的重癥新冠患者的研究發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)伴隨造血功能失調(diào)、免疫細(xì)胞紊亂等。然而在輕度和中度感染時(shí)，患者體內(nèi)指標(biāo)如何變化卻不清楚。
來(lái)自美國(guó)西雅圖系統(tǒng)生物學(xué)研究所、西雅圖Swedish醫(yī)療中心等聯(lián)合在Cell上發(fā)表“Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19”，對(duì)139名不同嚴(yán)重程度的新冠患者外周血樣本，將臨床特征記錄結(jié)合血液多組學(xué)（Olink蛋白組、代謝組）與PBMC單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)（單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞T/B受體蛋白、表面蛋白、分泌蛋白分析），揭示了新冠感染患者在輕度向中度過(guò)渡中，免疫細(xì)胞表型變化、炎癥信號(hào)升高、代謝進(jìn)程丟失等各項(xiàng)指標(biāo)急劇變化，為干預(yù)有效時(shí)機(jī)提供參考。
研究材料
采取不同嚴(yán)重程度新冠患者（健康、輕、中、重）的不同時(shí)間點(diǎn)外周血，并將血漿與PBMC分別進(jìn)行不同組學(xué)分析
技術(shù)路線
· 步驟1：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與組學(xué)分析；
· 步驟2：血液蛋白組與代謝組呈現(xiàn)隨新冠患者感染嚴(yán)重程度變化特征；
· 步驟3：新冠患者感染嚴(yán)重程度與免疫細(xì)胞亞群變化特征相關(guān)；
· 步驟4：新冠患者感染過(guò)程中伴隨來(lái)自多組學(xué)變化的免疫應(yīng)答反應(yīng)。
研究結(jié)果
1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與組學(xué)分析
對(duì)139名不同程度COVID-19患者，根據(jù)感染嚴(yán)重程度分為0：健康人群；1-2：輕度；3、4：中度；5,6,7：重度；0-7：WHO疾病評(píng)分；EHR：電子病歷。隨后采集每個(gè)病人2次縱向時(shí)間點(diǎn)，共計(jì)265管血樣并進(jìn)行血漿與PBMC細(xì)胞分離。對(duì)血漿樣本，進(jìn)行了Olink蛋白質(zhì)組（炎癥panel細(xì)胞因子、免疫代謝panel等中目標(biāo)蛋白）與非靶代謝組分析，血漿組學(xué)分析每次定量約500個(gè)蛋白，1000種代謝物。對(duì)PBMC樣本進(jìn)行了單細(xì)胞多組學(xué)分析，包括單細(xì)胞全轉(zhuǎn)錄組、T/B細(xì)胞受體、192種表面蛋白、32種分泌蛋白。
2. 血液蛋白組與代謝組呈現(xiàn)隨新冠患者感染嚴(yán)重程度變化特征
對(duì)于血漿而言，蛋白組特征分析發(fā)現(xiàn)，健康到新冠輕癥過(guò)渡中，差異變化的蛋白數(shù)量最多（達(dá)307個(gè)），但從中癥向重癥過(guò)渡中差異蛋白數(shù)量最少（僅5個(gè)），并發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)蛋白肌纖維組織的角蛋白（KRT19）隨著感染嚴(yán)重上升而顯著升高。在代謝特征方面，從輕癥到中癥轉(zhuǎn)變階段、從中癥到重癥轉(zhuǎn)變階段中，均表現(xiàn)脂質(zhì)顯著下調(diào)。此外，對(duì)于PBMC分析循環(huán)免疫細(xì)胞情況發(fā)現(xiàn)，淋巴細(xì)胞（CD4+ T細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞）比例隨感染嚴(yán)重程度增加而下降，而單核細(xì)胞比例感染嚴(yán)重程度增加而升高。綜上，描繪了新冠感染程度與多組學(xué)數(shù)據(jù)變化特征的相關(guān)性圖譜。
3. 新冠患者感染嚴(yán)重程度與關(guān)鍵免疫細(xì)胞亞群變化相關(guān)
進(jìn)一步從單細(xì)胞數(shù)據(jù)中挖掘了多群關(guān)鍵細(xì)胞亞群變化特征。其中，CD8+T細(xì)胞與疾病嚴(yán)重程度呈現(xiàn)非單調(diào)變化，并呈現(xiàn)出異質(zhì)性（包括初始T細(xì)胞、記憶T細(xì)胞、效應(yīng)T細(xì)胞、衰竭樣T細(xì)胞、增殖型T細(xì)胞）；此外CD4+T細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)兩種類群的CD4+T細(xì)胞亞群與新冠嚴(yán)重程度有關(guān)，且兩種類群在功能特征上呈現(xiàn)明顯差異。
此外，其他細(xì)胞亞群同樣呈現(xiàn)出與新冠感染程度的相關(guān)性。比如，單核細(xì)胞中亞群S100highHLA-DRlow功能紊亂反映了血漿中蛋白代謝物變化的協(xié)同趨勢(shì)，且與新冠感染嚴(yán)重程度相關(guān)。而NK細(xì)胞中亞群增值也與新冠感染嚴(yán)重程度相關(guān)。綜上結(jié)果，揭示了新冠患者情況與不同免疫細(xì)胞變化的關(guān)系。
4. 新冠患者感染過(guò)程中伴隨來(lái)自多維度變化的免疫應(yīng)答反應(yīng)
成功控制新冠感染需要免疫系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用，為了探究免疫系統(tǒng)如何協(xié)調(diào)細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變和多維度物質(zhì)改變，采用Surprisal Analysis整合單細(xì)胞組學(xué)數(shù)據(jù)bulk組學(xué)數(shù)據(jù)，挖掘功能基因調(diào)控模塊，并分析模塊在不同細(xì)胞類型之間共同變化或與臨床特征和血漿組成變化相關(guān)的生物過(guò)程。結(jié)果找到了一個(gè)關(guān)鍵M2，其能夠清楚區(qū)分輕度和中度新冠感染的生理波動(dòng)，與免疫細(xì)胞協(xié)調(diào)、促炎信號(hào)、代謝丟失等重要新冠感染生物過(guò)程相關(guān)性高。綜上，通過(guò)對(duì)多維度免疫特征濃縮，描繪了新冠患者感染中協(xié)調(diào)變化的免疫應(yīng)答反應(yīng)。
小編小結(jié)
通過(guò)對(duì)139名不同疾病嚴(yán)重程度的COVID-19新冠患者的臨床測(cè)量數(shù)據(jù)、結(jié)合血漿與單細(xì)胞多組學(xué)，發(fā)現(xiàn)了輕度和中度患者間炎癥信號(hào)、代謝物，以及免疫細(xì)胞變化等重大轉(zhuǎn)變。通過(guò)將12萬(wàn)個(gè)免疫特征濃縮成免疫應(yīng)答軸，描繪了血漿組成變化、凝血的臨床指標(biāo)以及輕中度疾病之間的急劇轉(zhuǎn)變一致變化，這項(xiàng)研究表明，新冠感染的中度階段可能是治療干預(yù)最有效的時(shí)機(jī)。
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