文獻解讀：代謝組學(xué)在研究中東綜合征等病毒傳染性疾病中的應(yīng)用

百趣代謝組學(xué)文獻推薦，2015年在Ebola爆發(fā)之后，比爾·蓋茨在一次TED演講中提到：“未來幾十年如果有什么東西會殺死上千萬人，那更可能是高度傳染性的病毒，而非戰(zhàn)爭，因為我們根本沒有任何針對重大疫情的全球防御系統(tǒng)。”他甚至建立數(shù)據(jù)模型，模擬類似西班牙流感的病毒爆發(fā)在現(xiàn)代社會的情形，隨著現(xiàn)代社會的交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，只需要幾周的時間，病毒就會開始侵入全世界各大首都城市，并造成全球性的大爆發(fā)。

結(jié)合正在經(jīng)歷著的COVID-19疫情和感染及死亡數(shù)字，刺痛人心。如果說在這樣的災(zāi)難中我們能有什么收獲，那就是再次拉響警鐘，我們必須為明天做好準備。百趣代謝組學(xué)文獻推薦，對于咱們科研工作者而言，病理學(xué)和疫苗的研究顯得尤為重要。小趣也在此查了幾篇用代謝組學(xué)研究病毒傳染性疾病的文章供大家參考。
 

圖1 1918年的西班牙流感模擬結(jié)果

1.中東綜合征（Middle East Respiratory Syndrome, MERS）
MERS于2012年6月出現(xiàn)于沙特阿拉伯，是由冠狀病毒(MERS-CoV)感染引起的一種呼吸道傳染性疾病，主要表現(xiàn)為非典型肺炎和急性呼吸綜合征，重癥病例可發(fā)展為急性腎衰竭而導(dǎo)致死亡[1,2]。該病毒可能通過密切接觸在駱駝和人及有限的人與人間傳播，死亡率高達30~40%。

百趣代謝組學(xué)文獻推薦，2016年，Nakayasu等[3]開發(fā)了MPLEx(metabolite, protein, and lipid extraction)樣本制備法，該方法簡單快速且適用于多組學(xué)的研究�；�于該方法，研究者以侵染MERS-Cor的肺泡上皮細胞Calu-3為研究對象，通過蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)病毒感染過程中糖酵解/糖異生變化，以及脂肪酸、磷脂酰膽堿和神經(jīng)酰胺等變化（圖2），為MERS-CorV感染人體機制的研究提供有力的數(shù)據(jù)支撐。
 

圖2 多組學(xué)代謝網(wǎng)路圖
 

圖3 總體流程圖

3.水痘（varicella, chickenpox）
百趣代謝組學(xué)文獻推薦，水痘是由水痘-帶狀皰疹病毒（Varicella zoster virus， VZV）初次感染引起的急性傳染��；主要發(fā)生在嬰幼兒和學(xué)齡前兒童，成人發(fā)病癥狀比兒童更嚴重；以發(fā)熱及皮膚和黏膜成批出現(xiàn)周身性紅色斑丘疹、皰疹、痂疹為特征，皮疹呈向心性分布；其傳染力強，水痘患者是惟一的傳染源，自發(fā)病前1～2天直至皮疹干燥結(jié)痂期均有傳染性，接觸或飛沫吸入均可傳染，易感兒發(fā)病率可達95%以上。

2018年，Kuhn M等[5]基于靶向代謝組學(xué)研究平臺，對水痘不同亞型患者及對照樣本的腦脊液樣本進行研究，發(fā)現(xiàn)與VZV相關(guān)的4個代謝物（SM C16:1, glycine, lysoPC a C26:1, PC ae C34:0），進一步的分析表明與VZV相關(guān)的代謝物增加可能與神經(jīng)炎癥/免疫激活、神經(jīng)信號和細胞壓力等相關(guān)。
 

圖4 差異代謝物結(jié)果展示

4.拉沙熱（Lassa fever, LASV）
百趣代謝組學(xué)文獻推薦，拉沙熱是一種急性、傳染性強烈的國際性傳染病，是由拉沙病毒引起，于1969年在尼日利亞東北地區(qū)的拉沙鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)；拉沙熱病毒潛伏期6～21天，癥狀包括全身不適、發(fā)熱、咽痛、咳嗽、惡心、嘔吐、腹瀉、肌痛及胸腹部疼痛，發(fā)熱為稽留熱或弛張熱，常見眼部和結(jié)膜的炎癥和滲出。絕大多數(shù)的人類感染表現(xiàn)為輕癥或無癥狀，其他表現(xiàn)為嚴重多系統(tǒng)疾��；主要通過直接接觸拉沙熱患者的血液、尿、糞便或其它身體分泌物進行傳播，還可在人之間傳播。拉沙熱總病死率1%，住院病死率接近15%。

Gale TV等[6]收集拉沙熱患者血清進行非靶向代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)LASV感染對血液凝集、脂質(zhì)、氨基酸和核苷酸代謝通路產(chǎn)生較大影響；同時，作者也發(fā)現(xiàn)PAF及其類似物等（圖5）可能作為潛在的生物標志物。
 

圖5 拉沙熱潛在生物標志物

5.重癥急性呼吸綜合征（SARS）
百趣代謝組學(xué)文獻推薦，SARS為一種由SARS冠狀病毒（SARS-CoV）引起的急性呼吸道傳染病，世界衛(wèi)生組織（WHO）將其命名為重癥急性呼吸綜合征，于2002年在中國廣東發(fā)生。潛伏期1～16天，常見為3～5天，起病急，傳染性強，以發(fā)熱為首發(fā)癥狀，主要傳播方式為近距離飛沫傳播或接觸患者呼吸道分泌物。

Wu Qi等[7]收集感染SARS康復(fù)患者12年后的血清樣本與健康樣本進行常規(guī)代謝組學(xué)（GC-MS/LC-MS）和脂質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)磷脂酰肌醇和溶血磷脂酰肌醇在康復(fù)患者體內(nèi)升高（圖6），可能與使用高劑量的甲基強的松龍有關(guān)。
 

圖6 肌醇含量分布

參考文獻
[1] Bermingham A, et al. Severe respiratory illness caused by a novel coronavirus, in a patient transferred to the United Kingdom from the Middle East, September 2012[J]. EuroSurverill, 2012, 17(40): 20290.

[2] Zaki AM, et al. Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia[J]. N Engl J Med, 2012, 367(19): 1814-1820.

[3] Nakayasu ES, et al. MPLEx: a Robust and Universal Protocol for Single-Sample Integrative Proteomic, Metabolomic, and Lipidomic Analyses. mSystems. 2016 May 10;1(3).

[4] Eisfeld AJ, et al. Multi-platform 'Omics Analysis of Human Ebola Virus Disease Pathogenesis. Cell Host Microbe. 2017 Dec 13.

[5] Kuhn M, et al. Mass-spectrometric profiling of cerebrospinal fluid reveals metabolite biomarkers for CNS involvement in varicella zoster virus reactivation. J Neuroinflammation. 2018 Jan 17;15(1):20.

[6] Gale TV, et al. Metabolomics analyses identify platelet activating factors and heme breakdown products as Lassa fever biomarkers. PLoS Negl Trop Dis. 2017 Sep 18;11(9):e0005943.

[7] Wu Q, et al. Altered Lipid Metabolism in Recovered SARS Patients Twelve Years after Infection. Sci Rep. 2017 Aug 22;7(1):9110.