分析测试百科网 > 行业资讯 > 厂商文章

4D蛋白质组学技术助力新冠COVID-19标志物研究

2021.4.26

自2019年底新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情爆发以来，截止2021年3月，已造成全球累计病例超过12384万例，累积死亡病例超过272.7万例。因此，筛选有效的疾病诊断标志物以及了解病毒感染的疾病特征对揭示疾病机制和开发有效的治疗方法具有重要意义。

2021年2月，来自德国OmicEra诊断集团和慕尼黑LMU大学医院研究团队联合在医学预印本期刊MedRxiv在线发表题为《High-resolution longitudinal serum proteome trajectories in COVID-19 reveal patients-specific seroconversion》的研究文章。

该研究对31名COVID-19患者进行了31天的纵向跟踪，并利用4D蛋白质组学技术首次对比COVID-19患者和有COVID-19症状但SARS-CoV-2 PCR阴性对照人群的血清蛋白质组表达变化。研究发现，COVID-19患者有26%的蛋白质发生了显著变化，先天免疫和凝血系统受到严格调控。此外，ITIH4可能是一种具有预测COVID-19死亡风险的生物标志物。

研究材料：

COVID-19患者和有COVID-19症状但SARS-CoV-2 PCR阴性对照人群血清

技术方法：

Evosep-4D蛋白质组

实验路线图：

步骤1：血清Evosep-4D蛋白质组分析

步骤2：血清蛋白质组差异分析

步骤3：COVID-19患者差异调控蛋白轨迹和聚类分析

步骤4：全局蛋白质组相关性图谱

步骤5：COVID-19患者血清转换期间抗体表达

研究结果：

1. COVID-19患者和对照组血清蛋白质组分析

研究人员采用Evosep-4D蛋白质组学技术对COVID-19患者（n=31）和有症状但SARS-CoV-2 PCR阴性对照组（n=262）的血清蛋白质组进行分析，结果共定量到502个蛋白质。

实验设计概览及血清蛋白质组分析

2. 血清蛋白质组差异分析

研究者对疾病组和对照组血清蛋白表达情况进行比较分析，发现在取样第一天相比于对照组，COVID-19组中补体因子C2、C9、C4BPA、α-1-酸性糖蛋白等14个蛋白上调表达，β-2-糖蛋白1、富含组氨酸糖蛋白、纤连蛋白等23个蛋白下调表达。进一步分析后期阶段两者蛋白质组的变化，结果发现显著差异表达的34个蛋白中19个为免疫球蛋白，这类蛋白在COVID-19患者组中表达水平显著升高。

血清蛋白质组差异比较分析

3. COVID-19患者差异调控蛋白轨迹和聚类分析

随后，研究人员分析COVID-19患者37天时间内血清蛋白质表达轨迹，共发现116种蛋白质表达发生变化，根据蛋白质表达模式将其分为3大类：广泛递减（51个蛋白）、广泛递增（35个蛋白）和先升高后降低（30个蛋白）。功能分析发现这些蛋白主要涉及酶活性、蛋白酶体、转运、免疫、补体通路、血液凝固等。

为了解个体患者蛋白质组的变化程度，研究人员对第一天和后续所有收样时间点血清蛋白质组之间进行皮尔森相关分析。结果显示，0天和第2天的皮尔森相关系数（R²=0.96）高于0天和第18天之间相关系数（R²=0.83）。31名COVID-19患者血清蛋白质组皮尔森相关系数中位数随着时间的递进而降低（day1 R²为0.96，day10 R²为0.88）。有趣的是，一个涉及细菌感染的促炎急性期蛋白ITIH4在死亡病人取样第一天就显著升高，其可能会成为预测死亡风险的生物标志物。

COVID-19患者血清蛋白组变化

4、全局蛋白质组相关性图谱

研究人员通过无监督聚类分析502个定量蛋白之间以及与研究队列的19个临床指标相关性。其中最大的相关集群为炎症系统（包括71items），第二大集群包括52个items，主要为免疫球蛋白和抗体共调控的亚簇。

共调控蛋白相关性分析

5. COVID-19患者血清转换期间抗体表达

用5种SARS-CoV-2抗体免疫检测患者血清，提示大多数COVID-19患者血清转换发生在第6天到第8天之间。通过免疫法对患者部分免疫球蛋白区进行检测，分析抗体响应组成的全局变化。结果显示，一些免疫球蛋白表达平均增加4.3倍，但有一些免疫球蛋白区域表达增加超过100倍。进一步分析显著相关免疫球蛋白区分布，发现定量到的127个免疫球蛋白区中有92个显著变化，提示大部分免疫球蛋白区响应SARS-CoV-2感染。

COVID-19患者血清转换期间SARS-CoV-2抗体表达动态变化

小编小结

本研究基于Evosep-4D蛋白质组学技术对COVID-19患者和有COVID-19症状但ARS-CoV-2 PCR阴性对照人群的血清蛋白质组进行分析，发现COVID-19患者有26％的蛋白质发生显著变化，先天免疫系统蛋白在疾病早期表达下降；通过对疾病进展过程中的血清蛋白质的比较发现了一种清晰的潜在生物标志物。研究者还利用全局蛋白质相关图构建了蛋白质、生物学过程和临床化学参数间全系统功能关联数据，这些成果为深入了解新冠病毒感染调控蛋白以及疾病进展提供了重要参考信息。