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收官!血浆蛋白质组学打开感染类疾病研究新思路

2023-09-19 00:00:00

蛋白质是控制大多数病理生理过程的生物端点。随着疾病诊断和治疗技术的发展,血浆蛋白质组学凭借非侵入性、样本易于采集、血浆蛋白会随着疾病发生发展过程产生差异化调节等优势成为研究感染类疾病的重要手段。下面小编将介绍血浆蛋白质组学在感染领域的研究进展和思路,欲知更多精彩内容,请各位老师同学蹲好本周四(9月21日)下午三点青莲百奥直播间,小莲花手把手带你学习大神,理解大神,成为大神!


血浆蛋白质组学在感染类疾病领域的应用进展


感染性疾病是指由病原微生物通过不同方式侵入,引起人体发生感染并出现临床症状的一组疾病。常见的感染性疾病有流行性感冒、肺炎、病毒性肝炎、艾滋病、鼠疫、布鲁菌病、霍乱、百日咳、结核、败血症、梅毒、疟疾等。

病原体进入机体后,可以产生一系列的特定蛋白,这些蛋白来源于细菌的代谢产物或来源于机体的免疫系统在抗感染过程中所产生的的应激产物。这些蛋白可以用于感染性疾病的进展评估、治疗效果评价以及发病机制研究等领域。近10年来血浆蛋白组学在感染领域的研究逐年上升,尤其是在2019年新冠疫情爆发后,2020-2023年研究热度与日俱增。


图1 血浆蛋白质组学在感染领域发文情况统计(pubmed)


图2:血浆蛋白质组学在感染研究中应用的高分文章(部分)



血浆蛋白组学在感染类疾病中的研究思路


2020年11月,中科院武汉病毒所周溪团队分析了COVID-19轻症、重症和死亡三种类型的患者在不同疾病进程中的血浆蛋白组学,证实宿主血浆蛋白的改变与COVID-19的发展有关。开发了一种可以区分不同疾病进程的机器学习模型POC-19,该模型筛选并确定了11种预测患者不同临床结局的蛋白质标志物。通过ELISA在大规模临床队列中进一步确定了上述生物标志物的预测准确度。


图3:血浆蛋白质组学识别COVID-19的生物标志物[1]


2017年,美国威斯康辛大学团队对20名感染埃博拉病毒( EVD) 患者和10名志愿者的外周血单核细胞和血浆进行转录组学,蛋白质组学,代谢组学脂质组学和细胞因子检测分析。全面评估了 EVD 患者血浆和外周血免疫细胞中宿主分子的变化,揭示了 EVD 发病机理,提出EVD和脓毒症分子特征之间的共性,提示脓毒症相关的研究可用于开发关于EVD发病机制和潜在治疗方案的新假设。研究确定了11种用于EVD患者分层及预后的潜在生物标志物。该研究证明了多组学方法的研究价值,并提供了一个多组学整合分析的完整研究方案。

图4:人类埃博拉病毒病发病机制的多平台组学分析[2]


2020年,温州医科大学团队对COVID-19患者组和对照组的血清样本进行了系统的蛋白质组学和代谢组学分析。发现93种蛋白质在重症患者中表现出差异并提出COVID-19患者血清中的204种代谢物与疾病严重程度相关。通过机器学习筛选出29个生物标志物,并验证了该模型的诊断能力。分析COVID-19患者血清中的分子变化,表明差异蛋白及差异代谢物显著富集于巨噬细胞调节异常、血小板脱颗粒、补体系统途径。这些分子变化可能源于SARS-CoV-2通过ACE2受体与肺泡巨噬细胞结合而导致巨噬细胞释放IL-6和TNF-α。

图5 COVID-19患者血清蛋白质组学和代谢组学特征[3]


2021年,瑞典皇家理工学院研究了由谷胱甘肽和NAD+前体组成的联合代谢活化剂(CMA)是否可以加速COVID-19患者的康复。临床研究显示,与安慰剂组相比,CMA组的完全恢复时间明显短于安慰剂组。血浆蛋白组和代谢组分析结果表明,与安慰剂组相比,CMA组与炎症和抗氧化剂代谢相关的蛋白质和代谢物的血浆水平显著改善。综合临床变量、蛋白质组学和代谢组学数据构建了多组相关网络。


图6 联合代谢激活剂加速了COVID-19的恢复[4]


通过对不同文章的解析,可以发现血浆蛋白质组在感染类疾病研究领域的研究策略。常见的研究方向有:疾病预后标志物的评估、发病机制研究以及治疗效果评价。结合蛋白质组学,转录组学,代谢组学等多种方法,不仅可以对感染后果进行预测,而且可以从分子角度对疾病发生发展机制进行解析,为感染类疾病的治疗提供新的研究思路。


图7 血浆蛋白质组学在感染类疾病中的研究思路

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