自2019年底新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情爆發(fā)以來，截止2021年3月，已造成全球累計(jì)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(biāo)志物以及了解病毒感染的疾病特征對揭示疾病機(jī)制和開發(fā)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(tuán)和慕尼黑LMU大學(xué)醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在醫(yī)學(xué)預(yù)印本期刊MedRxiv在線發(fā)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(jìn)行了31天的縱向跟蹤，并利用4D蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)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(zhì)組表達(dá)變化。研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19患者有26%的蛋白質(zhì)發(fā)生了顯著變化，先天免疫和凝血系統(tǒng)受到嚴(yán)格調(diào)控。此外，ITIH4可能是一種具有預(yù)測COVID-19死亡風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)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(shù)方法：

Evosep-4D蛋白質(zhì)組

實(shí)驗(yàn)路線圖：

步驟1：血清Evosep-4D蛋白質(zhì)組分析

步驟2：血清蛋白質(zhì)組差異分析

步驟3：COVID-19患者差異調(diào)控蛋白軌跡和聚類分析

步驟4：全局蛋白質(zhì)組相關(guān)性圖譜

步驟5：COVID-19患者血清轉(zhuǎn)換期間抗體表達(dá)

研究結(jié)果：

1. COVID-19患者和對照組血清蛋白質(zhì)組分析

研究人員采用Evosep-4D蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)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(zhì)組進(jìn)行分析，結(jié)果共定量到502個(gè)蛋白質(zhì)。

2. 血清蛋白質(zhì)組差異分析

研究者對疾病組和對照組血清蛋白表達(dá)情況進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)在取樣第一天相比于對照組，COVID-19組中補(bǔ)體因子C2、C9、C4BPA、α-1-酸性糖蛋白等14個(gè)蛋白上調(diào)表達(dá)，β-2-糖蛋白1、富含組氨酸糖蛋白、纖連蛋白等23個(gè)蛋白下調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步分析后期階段兩者蛋白質(zhì)組的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著差異表達(dá)的34個(gè)蛋白中19個(gè)為免疫球蛋白，這類蛋白在COVID-19患者組中表達(dá)水平顯著升高。

3. COVID-19患者差異調(diào)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(shí)間內(nèi)血清蛋白質(zhì)表達(dá)軌跡，共發(fā)現(xiàn)116種蛋白質(zhì)表達(dá)發(fā)生變化，根據(jù)蛋白質(zhì)表達(dá)模式將其分為3大類：廣泛遞減（51個(gè)蛋白）、廣泛遞增（35個(gè)蛋白）和先升高后降低（30個(gè)蛋白）。功能分析發(fā)現(xiàn)這些蛋白主要涉及酶活性、蛋白酶體、轉(zhuǎn)運(yùn)、免疫、補(bǔ)體通路、血液凝固等。

為了解個(gè)體患者蛋白質(zhì)組的變化程度，研究人員對第一天和后續(xù)所有收樣時(shí)間點(diǎn)血清蛋白質(zhì)組之間進(jìn)行皮爾森相關(guān)分析。結(jié)果顯示，0天和第2天的皮爾森相關(guān)系數(shù)（R2=0.96）高于0天和第18天之間相關(guān)系數(shù)（R2=0.83）。31名COVID-19患者血清蛋白質(zhì)組皮爾森相關(guān)系數(shù)中位數(shù)隨著時(shí)間的遞進(jìn)而降低（day1 R2為0.96，day10 R2為0.88）。有趣的是，一個(gè)涉及細(xì)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(huì)成為預(yù)測死亡風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物。

4、全局蛋白質(zhì)組相關(guān)性圖譜

研究人員通過無監(jiān)督聚類分析502個(gè)定量蛋白之間以及與研究隊(duì)列的19個(gè)臨床指標(biāo)相關(guān)性。其中最大的相關(guān)集群為炎癥系統(tǒng)（包括71items），第二大集群包括52個(gè)items，主要為免疫球蛋白和抗體共調(diào)控的亞簇。

5. COVID-19患者血清轉(zhuǎn)換期間抗體表達(dá)

用5種SARS-CoV-2抗體免疫檢測患者血清，提示大多數(shù)COVID-19患者血清轉(zhuǎn)換發(fā)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(qū)進(jìn)行檢測，分析抗體響應(yīng)組成的全局變化。結(jié)果顯示，一些免疫球蛋白表達(dá)平均增加4.3倍，但有一些免疫球蛋白區(qū)域表達(dá)增加超過100倍。進(jìn)一步分析顯著相關(guān)免疫球蛋白區(qū)分布，發(fā)現(xiàn)定量到的127個(gè)免疫球蛋白區(qū)中有92個(gè)顯著變化，提示大部分免疫球蛋白區(qū)響應(yīng)SARS-CoV-2感染。

小編小結(jié)

本研究基于Evosep-4D蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)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(zhì)組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)COVID-19患者有26％的蛋白質(zhì)發(fā)生顯著變化，先天免疫系統(tǒng)蛋白在疾病早期表達(dá)下降；通過對疾病進(jìn)展過程中的血清蛋白質(zhì)的比較發(fā)現(xiàn)了一種清晰的潛在生物標(biāo)志物。研究者還利用全局蛋白質(zhì)相關(guān)圖構(gòu)建了蛋白質(zhì)、生物學(xué)過程和臨床化學(xué)參數(shù)間全系統(tǒng)功能關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，這些成果為深入了解新冠病毒感染調(diào)控蛋白以及疾病進(jìn)展提供了重要參考信息。