多组学方法揭示患者在不同感染阶段的血浆外囊泡的组成和功能

2019 年冠状病毒病 (COVID-19)主要是由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 引起的传染病，这种感染会引发无数代谢紊乱，可能会改变疾病进程的轨迹和最终结果。COVID-19发病的时间过程以病毒介导的对宿主代谢的直接影响以及宿主对病原体的反应引起的间接损害为标志。外泌体除了能排泄细胞不需要的物质，还参与细胞间的通讯，特别是在病毒传播和免疫反应方面。据报道，COVID-19 中富含外泌体的细胞外囊泡（EVs）的膜脂组成发生与疾病严重程度相关的改变。胆固醇稳态是介导SARS-CoV-2感染人体细胞的关键宿主途径。胆固醇和鞘磷脂（SM）也形成有序的筏膜微区，微调膜流动性和改变蛋白质定位。EV膜脂组成可能会改变γ分泌酶(GS)的定位和活性，从而调节与COVID-19病理相关的下游通路。

2021年6月22日，中科院遗传发育所税光厚研究组、解放军总医院第五医学中心王福生研究组、中科脂典等团队合作在Nature Metabolism杂志上发表了题为“A multi-omics investigation of the composition and function of extracellular vesicles along the temporal trajectory of COVID-19”的研究论文”，揭示了COVID-19不同感染阶段富含外泌体的EVs的脂质组/蛋白组的组成及功能变化，强调了EVs脂质膜流动性对蛋白质定位的影响将赋予不同感染阶段的EVs不同的生物学属性。

研究人员将COVID-19患者的血浆样本按疾病进程分为症状前期（S1）、高炎症期（S2）、消退期（S3）和恢复期（S4）4个时间阶段，通过脂质组学、甾体组学、蛋白组学和转录组学对不同阶段患者富含外泌体的EVs进行了全面的多组学联合分析，提供了COVID-19不同时间阶段患者的富含外泌体的EVs的脂质组学（重点是固醇和氧化固醇）和蛋白质组学特征，并与相应阶段的临床状态、病理免疫机制联系起来。与S2相比，S1中的游离胆固醇、几种固醇以及氧化胆固醇衍生物明显减少。S1特异性氧化固醇被广泛认为是阻碍病毒复制的抗病毒化合物，其减少证实了正在进行的病毒复制和减弱的免疫反应的临床状态。S4则表现出的EV固醇图谱表明胆固醇生物合成和摄取活跃。差异表达蛋白 (DEPs) 进行的KEGG通路富集分析表明，补体和凝血级联反应以及血小板激活是 COVID-19 过程中最主要的失调通路。研究人员观察到S1 EVs中补体C1r和C1s的显著增加。相比之下，S2的EV蛋白质组则以抑制病毒传播的宿主驱动反应为特征，同时也表现出与高凝性疾病相关的蛋白质显著增加，

图. COVID-19患者的不同阶段分组以及血浆样本EVs的分离提取

该研究还发现，EV脂膜各向异性变化的改变了早老蛋白-1（PS-1）在S2的外泌体定位。来自不同时间阶段的EVs在受体细胞中（包括肺泡上皮细胞和肝细胞）会触发不同的代谢和转录反应。来自S2的EVs的筏脂质和膜各向异性的增加与这些EVs中GS的定位和活性增强有关。GS介导的Notch-1裂解可能激活宿主炎症反应以对抗 SARS-CoV-2。S3 EVs中筏脂质和早老蛋白1（PS-1）定位的减少可能有助于停止 Notch信号传导并减轻全身炎症。S2期升高的Aβ肽含量表明GS 活性增强可能产生有害的代谢后果。Aβ肽在引发认知障碍方面的作用已被广泛报道，而认知障碍和脑雾等神经精神缺陷是急性后期COVID-19综合症公认的方面。

图.不同感染阶段的EVs具有不同的生物学特性

该研究团队于2020年6月在Cell Metabolism杂志上发表了题为“Omics-driven systems interrogation of metabolic dysregulation in COVID-19 pathogenesis”的研究论文，当时呈现了健康人群与COVID-19患者不同的最大的血浆脂质组和代谢组库，详细报道了COVID-19不同程度患者的血浆代谢紊乱特征。如今的研究是此项研究工作的延伸，聚焦COVD-19感染时间轴上富含外泌体的EVs的脂质组和蛋白质组的组成变化，这为将来的研究提供了有用的信息库，以阐明COVID-19发病机制中代谢失调和后果的机制线索。

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