COVID-19是一种多系统疾病，入院患者的临床结果具有高度可变性。尽管一些细胞因子如白细胞介素(IL)-6被认为与疾病的严重程度相关，但目前还没有早期生物标志物可以准确预测患者的预后情况。
2022年7月11日，国际顶刊Lancet Digital Health（IF 36.625）在线发表了Seul Kee Byeon等团队的创新研究成果“Development of a multiomics model for identification of predictive biomarkers for COVID-19 severity: a retrospective cohort study”。该研究基于Olink、质谱等平台的多组学联合分析，开发了一种含102个生物标志物的预测模型，相较于传统的细胞因子组能更好地预测COVID-19的严重程度。
2022年7月11日，国际顶刊Lancet Digital Health（IF 36.625）在线发表了Seul Kee Byeon等团队的创新研究成果“Development of a multiomics model for identification of predictive biomarkers for COVID-19 severity: a retrospective cohort study”。该研究基于Olink、质谱等平台的多组学联合分析，开发了一种含102个生物标志物的预测模型，相较于传统的细胞因子组能更好地预测COVID-19的严重程度。
研究材料
455名COVID-19阳性患者
技术路线
步骤1：Olink蛋白质组分析；
步骤2：代谢组分析；
步骤3：单细胞转录组分析；
步骤4：完整N糖肽蛋白质组分析；
步骤5：多组学联合分析。
研究结果
- Olink蛋白质组分析
通过Olink 1536 panel对455个临床样本进行了蛋白质组学分析，确定了几种和疾病严重程度显著相关的差异蛋白。其中，与细胞因子风暴和巨噬细胞激活综合征相关的细胞因子：IL-6、IL-8、CCL2、VEGFA、TNF和IFN-γ的浓度与疾病严重程度呈正相关。此外，CCL7、CXCL9等其他细胞因子和趋化因子，CASP1、TNFRSF10A凋亡标志物也有此规律。随着疾病进展，与补体通路相关的凋亡标志物LRP1、VSIG4，造血介质CSF1、IL-5Rα，与蛋白多糖相关的HS3ST3B1、SDC1，细胞表面受体LILRA5、LAG3、CAPG，与血管重构相关的PROK1、ANGPTL1、EPHB4，与钙相关的CALCA、SMOC1等蛋白升高。而细胞表面受体CD1c、ITGA V及TNFSF10、TNFSF11、ICOSLG、GALNT7、COMP、CRTAC1、CDH6、NPY等蛋白降低（图1）。
图1 Olink蛋白组学分析
- 代谢组分析
通过脂质检测发现了与疾病严重程度相关的14类脂质的相对丰度。尽管两组中甘油二酯类的丰度保持不变，但住院患者的溶血磷脂酰胆碱、磷脂酰胆碱、PE和磷脂酰肌醇的含量低于门诊患者。在102个疾病进展相关的预测生物标志物中，12个是脂类。个体统计分析确定了8种磷脂随着疾病进展下降，而特定种类的神经酰胺则相反(图2B)。通过LC-MS/MS进行代谢物检测，发现住院患者的血红素、TMAP、ImP等代谢物与门诊患者相比显著升高，熊去氧胆酸和2-羟基去氧胆酸浓度则相反。与宿主肠道微结构相关的几种代谢物也与疾病严重程度显著相关（图2）。
图2 代谢组学分析
- 单细胞转录组分析
为了分析预测细胞因子的标志物在细胞层面mRNA的表达情况，作者从过往研究中确定了COVID-19患者（疾病严重程度从轻到重）分离的细胞，根据单细胞转录组测序数据，我们在严重组中观察到17个从细胞因子分析中确定的蛋白也有类似的上调(图3)。
图3 单细胞转录组分析
- 完整N糖肽蛋白质组分析
通过完整N糖肽蛋白质组学检测，确定了114个糖肽组间差异显著。糖基化在载脂蛋白B-100的Asn1523、Asn3465、Asn3895和afamin的Asn402下降(图4B)。总体而言，与患病前相比，重症和危重症患者样本中这些分子的蛋白浓度降低，但门诊患者却没有。此外， Asn11在门诊患者中没有改变，但在重症患者和危重患者中升高(图4C)。从APOH和激肽原-1衍生的含唾液酸复合型聚糖的糖肽在危重患者中显著减少，激肽原-1 Asn72则相反。入院患者ORM1蛋白浓度显著升高。
图4 4. 完整N糖肽蛋白质组学分析
- 多组学联合分析
使用24对配对样本进行多组分析，大多数分子遵循上述设计中观察到的模式，包括IL-6、TNF和LTA4H(即在新冠重症和危重患者中，这些分子在患者队列中浓度高于患病前队列)。危重症患者CRTAC1显著下降，重症患者CRTAC1下降不显著。患病后住院患者的溶血磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇和PE浓度降低，支持这些脂质与新冠严重和危重预后之间的关联(图5B)。在匹配样本中，代谢产物包括血红素、熊脱氧胆酸、3-丙.酸脲和TMAP也显示出与横断面分析中观察到的类似变化趋势(图5C)。
图5 多组学联合分析
小编小结
本研究利用Olink、质谱等平台进行多组学联合分析，开发了一种含102个生物标志物的预测模型，相较于传统的细胞因子组能更好地预测COVID-19的严重程度。