炎癥性心肌病是一種以心臟免疫細胞浸潤為特征的常見疾病，常由病毒、系統(tǒng)性免疫紊亂和藥物毒性引起。近期發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染的患者也伴有炎癥性心肌病，但是其具體的分子特征仍未知。
 

2021年12月，德國心血管研究中心Christian Schulz和馬克斯·普朗克生物化學研究所Matthias Mann等團隊合作在心血管醫(yī)學領(lǐng)域權(quán)威期刊JAMA Cardiology（IF 14.7）雜志上發(fā)表了一篇參與的題為“Association of Complement and MAPK Activation With SARS-CoV-2–Associated Myocardial Inflammation”的文章。該文章利用4D蛋白組學技術(shù)和轉(zhuǎn)錄組學技術(shù)評估了SARS-CoV-2感染患者以及病毒和免疫介導的心肌炎患者心臟的分子特征。

 

研究材料

非SARS-CoV-2病毒性心肌炎、免疫介導心肌炎、非炎癥性心肌病、SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者心臟組織的福爾馬林固定石蠟包埋 (FFPE) 樣本

 

技術(shù)路線

· 步驟1：不同心肌炎患者的免疫特征分析；

· 步驟2：不同心肌炎患者的蛋白組學和轉(zhuǎn)錄組學分析；

· 步驟3：富集通路的深入分析。
 

研究結(jié)果

1. 不同心肌炎患者的免疫特征分析

本研究共收集了19例參與者，包括4例（非SARS-CoV-2）病毒性心肌炎患者、5例免疫介導心肌炎患者、5例非炎癥性心肌病患者以及5例SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者（患者信息見下表）。

表1 心肌炎患者的信息

免疫組織化學分析顯示，在免疫介導和病毒性心肌炎患者中，存在由T細胞(CD3)和巨噬細胞(CD68)組成的炎癥浸潤(圖1A和1B)，非炎癥對照組患者中T細胞缺失，巨噬細胞豐度較低，而在SARS-CoV-2感染患者中，心臟浸潤以巨噬細胞為主，T細胞數(shù)量中度增加但較其他患者較高（圖1B）。對巨噬細胞的清除受體CD163（SARS-CoV-2感染患者中巨噬細胞的特征）的研究發(fā)現(xiàn)，雖然所有炎癥患者中CD163的表達都有所增加(圖1C)，但SARS-CoV-2組巨噬細胞的量最高(圖1D)。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明不同炎癥條件下的免疫反應(yīng)存在差異。

圖1 心臟標本的的組織學特征

 

2. 不同心肌炎患者的蛋白組學和轉(zhuǎn)錄組學分析

為了全面探索心肌炎患者心臟的分子特征，作者隨后對患者的心內(nèi)膜心肌活檢（EMB）樣本進行了轉(zhuǎn)錄組學和4D蛋白組學分析（分析流程如下圖所示）。

圖2 分析流程圖

相關(guān)性分析結(jié)果顯示SARS-CoV-2感染患者EMB組織的蛋白組與病毒相關(guān)性心肌炎相關(guān)性最高，而非炎癥對照組患者的蛋白組相關(guān)性較低(圖3A)，表明蛋白質(zhì)豐度發(fā)生了群體特異性的改變。
 

蛋白表達差異分析（圖3B）結(jié)果中發(fā)現(xiàn)基質(zhì)相互作用分子1 (STIM1)前體在SARS-CoV-2患者中的表達均顯著高于其他組。
 

通路富集分析結(jié)果顯示與非炎癥對照組相比，SARS-CoV-2組中絲氨酸/蘇氨酸激酶信號轉(zhuǎn)導通路（特別是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和B-Raf通路）以及補體級聯(lián)反應(yīng)通路顯著上調(diào)（圖3C），且SARS-Cov-2組中的顯著差異蛋白數(shù)目在這兩種信號通路中均較高于其他三個組別（圖3D）。

圖3 SARS-CoV-2相關(guān)炎癥性心肌病的分子特征

 

3. 富集通路的深入分析

作者隨后對MAPK和B-Raf通路和補體級聯(lián)反應(yīng)進行了更深入的分析，結(jié)果顯示MAPK通路中的蛋白MAP2K1、MAPK3以及ras相關(guān)蛋白--RAP1A, RAP1B和M-Ras，較于非炎癥性心肌患者均顯著上調(diào)（圖4A），不過該改變僅是在蛋白組學水平上，轉(zhuǎn)錄組的變化較小(圖4B)。

圖4 MAPK通路在SARS-CoV-2感染中上調(diào)

在SARS-CoV-2心肌炎組中，補體級聯(lián)反應(yīng)中的組成成分C1qB、C1qC、C3、C7、絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑分支G成員1 (SERPING1)和CD55在蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組水平上均顯著上調(diào)(圖5A)。另外，由于C1q是由巨噬細胞產(chǎn)生的，作者專門研究了心臟巨噬細胞中這種補體蛋白的豐度，結(jié)果顯示在EMB切片的免疫熒光分析中，CD68+巨噬細胞中存在C1q，且炎癥患者中巨噬細胞C1q中位熒光強度值增加，在SARS-CoV-2感染患者中巨噬細胞C1q中位熒光強度值最高（圖5B）。綜上所述，在SARS-CoV-2感染的心肌炎癥中，心肌巨噬細胞與補體蛋白C1q的豐度增加相關(guān)。

圖5 補體級聯(lián)反應(yīng)在SARS-CoV-2感染中上調(diào)

 

小編小結(jié)

在19名參與者中，心肌炎患者心肌組織中CD163+巨噬細胞的豐度普遍較高，而與非SARS-CoV-2病毒相關(guān)和免疫介導的心肌炎患者相比，SARS-CoV-2感染患者心肌組織中的淋巴細胞計數(shù)較低。在SARS-CoV-2感染患者中，補體級聯(lián)反應(yīng)的組成成分，包括C1q亞基和絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑分支G成員1在蛋白組和轉(zhuǎn)錄組中均較其他組患者顯著上調(diào)。在心臟巨噬細胞中，C1q豐度在SARS-CoV-2感染中最高。對重要信號級聯(lián)的評估發(fā)現(xiàn)絲氨酸/蘇氨酸絲裂原激活的蛋白激酶通路也顯著上調(diào)。
 

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