最新研究进展！复旦中山团队揭示血清蛋白质与代谢组的奥秘

　　新型冠状病毒感染自爆发以来，已成为目前较为严重的流行病之一。血清蛋白质/代谢物是监测新冠-宿主间炎症反应及免疫应答的灵敏靶标，但其在奥密克戎毒株轻症感染人群中，尤其是在接种疫苗的患者体内特征性变化仍不明确。

　　由复旦中山检验科郭玮、王蓓丽教授团队牵头，与复旦大学人类表型组研究院丁琛教授，上海市老年医学中心方浩教授及杭州凯莱谱精准医疗代谢组研究团队合作，对80例奥密克戎毒株感染的患者、80例健康对照及80例流感患者对照的血清样本蛋白组学和代谢组学进行全景式分析，揭示了各组人群体内独特的分子变化与调控。

　　2023年11月16日，最新研究成果《Integrative proteomics and metabolomics study reveal enhanced immune responses by COVID‐19 vaccine booster shot against Omicron SARS‐CoV‐2 infection》发表在Journal of Medical Virology（影响因子12.7，JCR Q1区，Doi: 10.1002/jmv.29219）。

图1. 本研究的实验设计及流程

主要研究结果

　　240例样本蛋白质组学（DIA）分析结果显示，奥密克戎毒株感染组相较于健康对照组血清中中性粒细胞胞外陷阱形成和系统性红斑狼疮通路显著活化。免疫相关通路中的蛋白，包括T细胞受体信号、B细胞受体信号和血小板活化信号通路在新冠患者血清中显著抑制。

　　重要的是，炎症反应相关蛋白水平，如CRP、SAA1和SAA2，在新冠患者及流感患者间无显著差异，但均相较健康人显著升高。非靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）代谢组学分析结果显示，胆汁酸代谢酶和胆汁酸代谢物都发生了显著变化（P < 0.01）。

　　与对照组相比，丁酸盐代谢是奥密克戎毒株感染组和流感组中被激活的代谢通路之一；丁酸盐代谢途径中的蛋白质和代谢产物也显示出相应的变化。炎症相关的代谢物，如犬尿氨酸，在奥密克戎毒株感染患者血清中升高，而花生四烯酸则在流感患者中升高。

　　研究结果提示：与对照组人群相比，奥密克戎毒株感染导致宿主血清蛋白质组和代谢组发生显著变化。

图2. 奥密克戎毒株感染患者及对照人群血清蛋白组及代谢组特征

　　本研究通过组学数据及临床数据揭示，奥密克戎毒株感染患者可能更容易出现肝功能异常，主要表现为ALT，AST，及γ-GT水平相较于流感患者及健康人群有升高，而直接胆红素（DBIL）则降低。

　　同时，主要由肝细胞、胆管细胞及肝星状细胞来源的蛋白在奥密克戎毒株感染患者血清中显著减少，而由肝内NK细胞/T细胞分泌的蛋白增多。代谢组学数据发现，奥密克戎毒株感染患者血清中与肝功能相关的脂质代谢产物，如磷脂酰胆碱（PC）/磷脂酰乙醇胺（PE）比率降低。

　　此外，一些器官中高表达的蛋白可释放到血液循环中，检测这些器官高表达的蛋白可反映损伤的来源。在奥密克戎毒株感染的患者血清中也发现了器官高表达蛋白水平升高，包括来自脑（AGAP2、H2BC13、LZTS1等）、肝（HBZ、HBG2、HBE1等）、胰腺（AMY2A、AMY2B、CTRB1等）、睾丸（ACR、CCT6B、CSNK1A1L等）及肠源性蛋白（CDHR2、GUCA2A）。

　　这些数据提示奥密克戎毒株感染的患者可能相对容易出现后遗症，主要集中于肝脏功能异常等方面，但仍需要大样本及长期随访数据来证实这一观点。

图3. 血清中器官高表达蛋白通路富集分析

　　基于蛋白质组学数据的一致性聚类分析（Consensus-clustering analysis），可将240例样本分为4个亚组。亚组1（S-I）主要由流感患者组成，亚组2（S-II）主要是健康对照组，奥密克戎毒株感染的患者主要被分为亚组3（S-III）和亚组4（S-IV）。

　　其中，S-III型大部分患者未接种疫苗加强针，且冠状病毒相关通路显著活化。S-IV型主要由接种了COVID-19疫苗加强针患者组成，其咳嗽症状更少。

　　我们发现，S-IV型患者免疫反应能力相较S-III型更强，具体表现为CD4+T细胞、CD8+T效应记忆（Tem）细胞和传统树突状细胞（cDC）相关蛋白增多，且鞘磷脂脂质水平减低。重要的是，S-Ⅳ组患者血清中中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞和白细胞计数显著高于S-III组患者。

　　这些结果提示更多剂次的疫苗（包括加强针）可能增强针对奥密克戎毒株感染的宿主免疫应答能力，疫苗加强针的接种可能对患者产生一定的保护作用。

图4. 入组人群亚组分析的血清蛋白组及代谢组学特征

研究总结

　　本研究首次从蛋白组、代谢组及临床数据三维度对奥密克戎毒株感染的患者血清样本进行了系统研究。尽管我们数据提示奥密克戎毒株可能对多种器官的功能有潜在的影响，尤其是肝脏，但通过接种疫苗加强针可增强机体免疫应答的能力，对患者产生一定的保护作用。

　　郭玮教授团队在血浆蛋白质及代谢物检测的基础上，首次牵头搭建了蛋白组及代谢组整合分析平台。以本研究为起点，该平台的应用有望为揭示各类疾病表型相关的分子机制提供研究基础。