隨著新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）爆發(fā)，已對全世界的健康與經(jīng)濟等造成了嚴重影響。許多對于COVID-19感染的重癥新冠患者的研究發(fā)現(xiàn)，往往會伴隨造血功能失調(diào)、免疫細胞紊亂等。然而在輕度和中度感染時，患者體內(nèi)指標(biāo)如何變化卻不清楚。

來自美國西雅圖系統(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139名不同嚴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單細胞多組學(xué)數(shù)據(jù)（單細胞轉(zhuǎn)錄組、單細胞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渡中，免疫細胞表型變化、炎癥信號升高、代謝進程丟失等各項指標(biāo)急劇變化，為干預(yù)有效時機提供參考。
 

研究材料
采取不同嚴重程度新冠患者（健康、輕、中、重）的不同時間點外周血，并將血漿與PBMC分別進行不同組學(xué)分析

技術(shù)路線
· 步驟1：實驗設(shè)計與組學(xué)分析；
· 步驟2：血液蛋白組與代謝組呈現(xiàn)隨新冠患者感染嚴重程度變化特征；
· 步驟3：新冠患者感染嚴重程度與免疫細胞亞群變化特征相關(guān)；
· 步驟4：新冠患者感染過程中伴隨來自多組學(xué)變化的免疫應(yīng)答反應(yīng)。

研究結(jié)果
1. 實驗設(shè)計與組學(xué)分析
對139名不同程度COVID-19患者，根據(jù)感染嚴重程度分為0：健康人群；1-2：輕度；3、4：中度；5,6,7：重度；0-7：WHO疾病評分；EHR：電子病歷。隨后采集每個病人2次縱向時間點，共計265管血樣并進行血漿與PBMC細胞分離。對血漿樣本，進行了Olink蛋白質(zhì)組（炎癥panel細胞因子、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個蛋白，1000種代謝物。對PBMC樣本進行了單細胞多組學(xué)分析，包括單細胞全轉(zhuǎn)錄組、T/B細胞受體、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)隨新冠患者感染嚴重程度變化特征
對于血漿而言，蛋白組特征分析發(fā)現(xiàn)，健康到新冠輕癥過渡中，差異變化的蛋白數(shù)量最多（達307個），但從中癥向重癥過渡中差異蛋白數(shù)量最少（僅5個），并發(fā)現(xiàn)其中一個蛋白肌纖維組織的角蛋白（KRT19）隨著感染嚴重上升而顯著升高。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，對于PBMC分析循環(huán)免疫細胞情況發(fā)現(xiàn)，淋巴細胞（CD4+ T細胞、CD8+ T細胞、自然殺傷細胞）比例隨感染嚴重程度增加而下降，而單核細胞比例感染嚴重程度增加而升高。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. 新冠患者感染嚴重程度與關(guān)鍵免疫細胞亞群變化相關(guān)
進一步從單細胞數(shù)據(jù)中挖掘了多群關(guān)鍵細胞亞群變化特征。其中，CD8+T細胞與疾病嚴重程度呈現(xiàn)非單調(diào)變化，并呈現(xiàn)出異質(zhì)性（包括初始T細胞、記憶T細胞、效應(yīng)T細胞、衰竭樣T細胞、增殖型T細胞）；此外CD4+T細胞中也發(fā)現(xiàn)兩種類群的CD4+T細胞亞群與新冠嚴重程度有關(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，且與新冠感染嚴重程度相關(guān)。而NK細胞中亞群增值也與新冠感染嚴重程度相關(guān)。綜上結(jié)果，揭示了新冠患者情況與不同免疫細胞變化的關(guān)系。
 

4. 新冠患者感染過程中伴隨來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)細胞類型轉(zhuǎn)變和多維度物質(zhì)改變，采用Surprisal Analysis整合單細胞組學(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)的生物過程。結(jié)果找到了一個關(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，與免疫細胞協(xié)調(diào)、促炎信號、代謝丟失等重要新冠感染生物過程相關(guān)性高。綜上，通過對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)
通過對139名不同疾病嚴重程度的COVID-19新冠患者的臨床測量數(shù)據(jù)、結(jié)合血漿與單細胞多組學(xué)，發(fā)現(xiàn)了輕度和中度患者間炎癥信號、代謝物，以及免疫細胞變化等重大轉(zhuǎn)變。通過將12萬個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)最有效的時機。
 

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