文章集锦 | “新冠”下的代谢组学及多组学研究

随着冬季的到来，疫情动态牵动着每一个中国人民的心。石家庄、黑龙江的疫情突然爆发，大家又开始瑟瑟发抖了。

春节即将到来，疫情却阻止了我们回家团聚的脚步。小迈也是如此，一方面担忧不能回家过年，另一方面又担忧家人身体健康，这都是笼罩在“新冠”之下的阴影。2020因“新冠”而魔幻，希望2021不要再如此。隔离病毒不隔离爱，温馨提示大家，在这场没有硝烟的战争未结束之前，请做好疫情防护。

细数2020年，“新冠”毫无疑问霸占了各大新闻头条，也成为各行各业关注的重点，工业、商业、服务业都随着新冠而出现波动。新冠肺炎大流行同样冲击了2020年的科学界。

以COVID-19为关键词在NCBI进行搜索，结果显示2020年发表新冠文章88705篇，实际根据Dimensions数据库的统计，新冠论文可能在12月初就超过了20万篇。而2021年已发表5797篇，以此趋势，新冠研究仍然会是2021年研究重点。

小迈分别以COVID-19及RNA-seq、Proteomics、Metabolite、Microbiota为关键词在NCBI进行搜索，发现组学研究文章共933篇，各组学发表文章数量差异不大，但质谱应用文章（代谢组、蛋白组）占据半壁江山。

作为质谱应用重要领域之一，代谢组学发挥了不可忽视的作用。代谢组学（Metabolomics）即细胞、组织或整个生物体中小分子代谢物的综合图谱，是系统生物学的组成部分。

代谢与疾病密不可分，代谢紊乱会引起多种疾病，疾病发生从而引起代谢紊乱，往往不能清晰分辨疾病发生和代谢紊乱的先后顺序，两者相依相存。代谢组学在过去的二十年里经历了快速的技术演变，可应用于定义疾病的预测生物标志物，并日益成为了解其病理生理机制的蓝图。代谢组学同样可在“新冠”研究中发挥重要作用。

迈维代谢作为创新代谢组与多组学研究的领导者，在此次新冠研究中贡献了重要力量。小迈以“COVID-19”和“metabolomics”为关键词，在Pubmed上共检索到5篇影响因子达10分以上的高水平研究型论文。

接下来，小迈会对统计到的10篇高分新冠代谢组及多组学研究文献进行逐一分享：

第一篇：

2020年5月，西湖大学郭天南团队等人对99份病毒灭活处理的血清样本进行了安全处理和质谱分析。根据现行临床诊断标准，这些血样被分为对照（健康）组、疑似但实为普通流感组、新冠感染轻症组、新冠感染重症组。团队成员运用高分辨率质谱设备取得了样本的蛋白质组和代谢组谱图，对血清样本中的蛋白和代谢物的相对浓度进行了全景式的测定，从而揭示了重症患者体内多种独特的分子调控。同时，使用机器学习方法进一步筛选出重症患者特征性的22个蛋白质和7个代谢物。

第二篇：

2020年10月，来自华盛顿大学的James R. Heath等人利用多组学解析了轻度和中度COVID-19之间的急剧变化状态。研究人员对139例COVID-19患者的临床检测、免疫细胞和血浆多组学（代谢组、蛋白组）进行了综合分析，这些患者是在确诊后的第一周期间接受连续采血。研究人员鉴定出轻度COVID-19和中度COVID-19之间的一个主要转变，在这个转变点，炎症信号的升高伴随着特定类代谢物和代谢过程的丧失。在中度COVID-19患者的这种应激的血浆环境中，出现了多种不同寻常的免疫细胞表型，并这些表型随着疾病严重程度的增加而放大。研究人员将120000多种免疫特征浓缩成一个轴，以捕捉不同免疫细胞类型如何协调对SARS-CoV-2感染作出反应。这个免疫反应轴与主要血浆成分变化、临床凝血指标以及从轻度COVID-19到中度COVID-19的急剧转变相一致。这项研究表明，中度COVID-19可能为治疗干预提供最有效的环境。

第三篇：

2020年6月，中科院遗传与发育生物学研究所等研究人员利用靶向和非靶向串联质谱联用技术分析了轻、中、重症COVID-19患者及健康对照共76例受试者的血浆脂质组和代谢组。研究发现，由10种血浆代谢物组成的penal能有效地将COVID-19患者与健康对照区分开（AUC = 0.975）。COVID-19的血浆脂质组与单唾液酸二己糖神经节苷脂（GM3）富集的外泌体相似，其磷脂蛋白（SMs）和GM3s的水平升高，而甘油二酯（DAGs）对的水平降低。使用从同一样本群体分离的外泌体，证明了对于COVID-19病情较为严重的患者，GM3在其外泌体中的富集明显增强。此研究表明，GM3富集的外泌体可能参与了与COVID-19发病机制有关的病理过程。

第四篇：

2020年4月，National Science Review杂志在线发表了中科院武汉病毒所，武汉金银潭医院等多单位和迈维代谢合作的题为“ Plasma Metabolomic and Lipidomic Alterations Associated with COVID-19”的研究论文。本研究对健康组，轻症组，重症组，危症组共96例受试者的血浆样本进行代谢组以及脂质组分析。研究发现，随着病情的发展，发生显著变化的代谢物逐渐增多，主要涉及氨基酸、有机酸、核苷酸、甘油脂类，磷脂类和脂肪酸。研究还发现，与健康人群相比，治愈后的新冠肺炎患者血浆中多种代谢物和脂质依然存在显著变化，这一发现能够为患者的病情监控和愈后治疗提供重要依据。本研究揭示了患者血浆代谢组和脂质组的显著变化，为危重症患者的治疗提供重要指导，及COVID-19的发病机理提供了重要的资源。

第五篇：

2020年10月，Signal Transduction and Targeted Therapy杂志在线发表了华中科技大学同济医学院协和医院妇产科和武汉病毒学等合作的研究进展“Omics study reveals abnormal alterations of breastmilk proteins and metabolites in puerperant women with COVID-19”。本研究收集了4名COVID-19产妇和2名健康产妇分娩后3天的初乳样本，通过应用蛋白质组学、脂质组学和代谢组学分析来评估初乳样品，揭示了与新冠肺炎相关的母乳蛋白和代谢的显著变化。新冠肺炎患者母乳中变化的蛋白主要集中在免疫应答方面，AAAs被微生物代谢的下游代谢产物也发生了显著改变。母乳成分的变化可能反映了母亲对新冠肺炎病毒的全身生理反应，或者是由SARS-CoV-2介导的对母乳生产和/或乳腺分泌的影响引起的。这项工作表明，这种缺乏免疫相关成分的母乳可能不利于新生儿在早期建立免疫防御。

第六篇：

2020年12月，复旦大学生命科学与人体表型研究所基因工程国家重点实验室上海公共卫生临床中心的研究人员对83名受试者（16名重度病例，50名轻度病例和17名健康对照）的外周血和血浆样本进行了转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析。研究发现，大量基因、蛋白质、代谢物和exRNAs与各种临床参数表现出强烈的关联。轻度和重度患者中多组组织特异性蛋白质和exRNAs差异显著，表明COVID-19对组织功能有潜在影响。与健康对照组相比，在轻度和重度患者中，三羧酸循环（TCA）和糖酵解途径显著下调。相反，在COVID-19患者中，宿主防御途径（例如T细胞受体信号传导途径）表达活性升高。此研究表明以基因、蛋白质和exRNAs作为潜在的生物标志物，可能有助于预测SARS - CoV - 2感染的预后。

第七篇：

2020年12月，来自加利福尼亚大学的Shen Li等人通过转ACE2基因构建了SARS-CoV-2诱导的严重全身毒性的小鼠模型，这些小鼠在7天内体重骤减，病情严重，多个器官出现氧化磷酸化和三羧酸(TCA)循环的代谢抑制，嗜中性粒细胞增多、淋巴细胞减少和脾萎缩，这是人类COVID-19常见的表型。研究人员对外周血进行代谢组学分析，确定了一组TCA循环代谢物作为氧化磷酸化抑制的生物标志物。此外，SARS-CoV-2诱导DNA甲基化的表观遗传变化，从而影响免疫应答基因的表达，可能在一定程度上参与了COVID-19的发病机制。该研究表明，SARS-CoV-2诱导的代谢重编程和内部器官的表观遗传变化可能导致新冠肺炎的系统性毒性和致死性。

第八篇：

2020年7月，Thomas T等研究人员采用靶向和非靶向代谢组学技术对33例COVID-19患者以及16例健康对照者的血清样本进行了分析。研究确定了调节炎症和免疫的犬尿氨酸途径中色氨酸代谢的改变。色氨酸代谢的这些变化与白细胞介素-6 (IL-6)水平相关。在受感染的患者中也发现了广泛的氮代谢失调，大多数氨基酸的水平发生了改变，同时氧化剂应激(如甲硫氨酸亚砜、胱氨酸)、蛋白水解和肾功能障碍(如肌酸、肌酸酐、多胺)的标记增加。还观察到葡萄糖和游离脂肪酸的循环水平增加，这与碳稳态的改变一致。总之，这项研究确定了氨基酸和脂肪酸代谢是新冠肺炎发病的相关因素，并提供了临床严重程度的潜在标志和潜在的治疗靶点。

第九篇：

2020年12月，来自巴黎萨克雷大学的S Grassin-Delyle等研究人员对于40例急性呼吸窘迫综合征患者（28例为COVID-19）呼出的气体进行代谢组学分析。在多变量分析中，研究者确定了COVID-19的特征性呼吸图，可以区分COVID-19和非COVID-19急性呼吸窘迫综合征，准确率为93%（灵敏度:90%，特异性:94%，AUC:0.94-0.98）。COVID-19患者中最主要的挥发性化合物是甲基戊烯-2-烯醛、2，4-辛二烯-1-氯庚烷和壬醛。本研究表明，对呼出气中甲基戊烯-2-烯醛、2，4-辛二烯-1-氯庚烷和壬醛的实时、非侵入性检测可以识别COVID-19的ARDS患者。

第十篇：

2020年6月，Thomas T等人员结合了最新的代谢组学、蛋白质组学和脂质组学方法，研究了COVID-19对23名健康受试者和29名新冠肺炎患者红细胞的影响。研究发现，新冠肺炎患者的红细胞糖酵解中间体水平增加，伴随着锚蛋白、血影蛋白β的氧化和断裂。此外，脂质代谢显著改变，特别是短链和中链饱和脂肪酸、酰基肉碱和鞘脂。尽管如此，红细胞计数、红细胞压积和平均红细胞血红蛋白浓度等临床血液学参数没有显著变化，平均红细胞体积仅略有增加。综上，该研究表明SARS-CoV-2感染对红细胞结构膜蛋白和脂质水平稳态具有显著影响。