冠狀病毒病COVID-19是由嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒2（SARS-CoV-2）引起的，目前仍在世界范圍內(nèi)傳播。感染SARS-CoV-2的患者中約80％表現(xiàn)為輕度癥狀，預(yù)后良好。但約20％的患者患有呼吸窘迫，需要立即進(jìn)行氧氣治療或其他住院干預(yù)。這些患者被分類和診斷主要是基于一組臨床特征進(jìn)行的，例如呼吸頻率（≥30次/min）、平均氧飽和度（靜息狀態(tài)下≤93％）或動(dòng)脈血氧分壓/氧濃度（≤300mmHg）。但是表現(xiàn)出這些臨床特征的患者已經(jīng)發(fā)展到臨床嚴(yán)重階段，需要立即獲得專門的重癥監(jiān)護(hù)，否則可能會(huì)迅速死亡。因此，開發(fā)新的方法以盡早評(píng)估哪些病例可能變得臨床嚴(yán)重至關(guān)重要。

本研究中，研究者假設(shè)在嚴(yán)重患者的血清中可以檢測(cè)到SARS-CoV-2誘導(dǎo)的特征性的分子變化，并應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)分析COVID-19患者和幾個(gè)對(duì)照組的血清，以驗(yàn)證這一假設(shè)。

雜志：Cell

影響因子：38.637

發(fā)表時(shí)間：May 2020

鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30627-9

摘要

重癥COVID-19患者的早期發(fā)現(xiàn)和有效治療仍然是主要挑戰(zhàn)。本文研究者對(duì)46個(gè)COVID-19和53個(gè)對(duì)照個(gè)體的血清進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)分析。然后，使用來自18名非重癥患者和13名重癥患者的蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練。使用10名獨(dú)立患者對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，其中7名正確分類。在第二個(gè)有19名COVID-19患者的測(cè)試測(cè)試組中，采用了靶向蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)方法進(jìn)一步驗(yàn)證該分子分類器，得出16個(gè)正確分類。與其他組相比，研究確定了COVID-19患者血清中的分子變化涉及巨噬細(xì)胞失調(diào)、血小板脫粒、補(bǔ)體系統(tǒng)途徑和大量代謝抑制。

主要結(jié)果

研究者首先使用基于TMT的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和非靶向代謝組學(xué)技術(shù)分析了患者和對(duì)照個(gè)體的血清，總共鑒定和定量了894種蛋白質(zhì)和941種代謝物（包括36種藥物及其代謝物）。在無分子選擇下，來自SARS-CoV-2感染患者的血清的組學(xué)數(shù)據(jù)可從健康個(gè)體中很好地分辨出來，而其他組則表現(xiàn)出一定程度的分離?；?8位非嚴(yán)重和13位嚴(yán)重患者的蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，研究者建立了一個(gè)隨機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，從而對(duì)29個(gè)重要變量進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)排序，其中包括22種蛋白質(zhì)和7種代謝產(chǎn)物。在10名患者的獨(dú)立測(cè)試組中測(cè)試了該模型，除一名患者外其余嚴(yán)重患者均正確識(shí)別。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該分類器，研究者開發(fā)了針對(duì)22種蛋白質(zhì)和7種代謝物的靶向質(zhì)譜分析，并在19名患者中進(jìn)行了測(cè)試，其中16位患者分類正確。研究發(fā)現(xiàn)COVID-19患者的血清中有105種蛋白質(zhì)差異表達(dá)，在嚴(yán)重患者中有93種蛋白表現(xiàn)出特異性調(diào)節(jié)。途徑分析和網(wǎng)絡(luò)富集分析表明，這93種蛋白中的50種屬于三個(gè)主要途徑，即補(bǔ)體系統(tǒng)激活、巨噬細(xì)胞功能和血小板脫粒。研究發(fā)現(xiàn)COVID-19患者的373種代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化，而204種代謝物的變化與通過mFuzz評(píng)估的疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。80種顯著變化的代謝物涉及蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示的三個(gè)生物學(xué)過程。

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