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和疫情賽跑，質(zhì)譜戰(zhàn)“疫”在行動

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2020年突如其來的新guan疫情不僅給全球公共衛(wèi)生造成了極大負擔，更直接影響和重塑了傳染病的研究模式。新gaun肺炎疫情持續(xù)期間，相關(guān)科研論文產(chǎn)出呈現(xiàn)井噴之勢。在Pubmed搜索“Covid-1九 or SARS CoV-2”，結(jié)果顯示相關(guān)論文數(shù)量為145112篇。組學技術(shù)在傳染病的表征、致病機制、臨床檢測、疫苗研發(fā)等過程都發(fā)揮著重要作用。

01

病毒致病機制及生物標志物研究

蛋白質(zhì)組學資深學者Matthias Mann近日在Nature上發(fā)表了題為“Multilevel proteomics reveals host perturbations by SARS-CoV-2 and SARS-CoV”的文章[1]。以Orbitrap為主要分析平臺，在蛋白質(zhì)組、泛素化修飾組、磷酸化修飾組學和轉(zhuǎn)錄組學等多層次表征了SARS-CoV-2 和 SARS-CoV對宿主的干擾。并對比分析了這兩種病毒蛋白質(zhì)與宿主蛋白質(zhì)的相互作用，確定了各自密切相關(guān)的冠狀病毒*的以及共有的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，篩選出兩種具有顯著抗病毒效果的候選藥物。

多組學表征SARS-COV-2和SARS-COV對宿主的干擾

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中國學者在此次新gaun相關(guān)的生命科學研究中也取得了重大進展。西湖大學的研究者先后在Cell上發(fā)表了兩篇學術(shù)研究，運用Orbitrap超高分辨質(zhì)譜，對新gaun病人及對照組的血清樣本和組織樣本對新guan進行了系統(tǒng)全面的質(zhì)譜分析。篩選出重癥患者特征性的22個蛋白質(zhì)和7個代謝物[2]，構(gòu)建了因新gaun肺炎去shi的患者體內(nèi)多器官組織樣本中蛋白質(zhì)分子病理全景圖[3]。

新guan輕重癥病人蛋白、代謝生物標志物篩選

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代謝與疾病密不可分，代謝紊亂會引起多種疾病。腸道菌群結(jié)構(gòu)和代謝失調(diào)可能與長期的COVID-1九風險有關(guān)。今年3月，鄭州大學第一附屬醫(yī)院和浙江大學的研究團隊共同發(fā)表題為”Alterations in the human oral and gut microbiomes and lipidomics in COVID-1九 “的研究論文，利用392例舌苔樣本，172例糞便樣本和155份血清樣本進行了16S測序和脂質(zhì)組學分析，首ci表征了COVID-1九患者及康復(fù)患者口腔微生物組和脂質(zhì)的變化。結(jié)果顯示，新gaun患者口腔和糞便微生物多樣性顯著降低?？谇恢挟a(chǎn)生丁酸的細菌減少，而產(chǎn)生脂多糖的細菌增加。8種最佳口腔微生物標志物和7種糞便微生物標志物在不同隊列中均具有良好的診斷效率，在跨區(qū)域隊列中，診斷效率達到了87.24％[4]。

新guan患者康復(fù)過程中微生物的代謝組學研究

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02

病毒變異研究

新guan病毒在傳播過程中不斷變異，進而引起傳播速度加快，降低疫苗效力等不良后果。對病毒的突變進行表征和研究至關(guān)重要。在2021年初，研究人員在加利福尼亞收集的冠狀病毒中發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2變體。這些變體具有影響刺突蛋白的突變，該突變會影響疫苗效力。通過質(zhì)譜表征發(fā)現(xiàn)，其中S13I的突變位于信號肽，可改變信號肽的剪切位點，進而影響N末端區(qū)域NTD抗原位點的完整性。而NTD是新guan患者或者接種疫苗人群產(chǎn)生的中和抗體的主要對抗區(qū)域。這揭示了該病毒具有較強免疫逃逸能力的原因，也為后續(xù)新guan病毒的其他變異毒株的研究工作提供了參考[5]。

S131信號肽突變引起病毒免疫逃逸

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03

臨床檢測

隨著新guan疫情的持續(xù)蔓延，臨床測試需求急劇增加，常規(guī)PCR核酸檢測相關(guān)的耗材和設(shè)備也面臨著巨大產(chǎn)能壓力。而且由于RNA不穩(wěn)定，且PCR檢測具有一定的假陽性率，科學家積極尋求更穩(wěn)定、容易操作，且能夠提供快速報告的臨床檢測方法。

來自巴西的學者首先使用正負離子模式對新guan患者鼻咽拭子標本進行數(shù)據(jù)依賴采集，然后基于微流色譜法與四極桿串聯(lián)線性離子阱質(zhì)譜的平臺對病毒特征蛋白進行靶向分析。結(jié)合自動化前處理，每天可以完成500個樣品的檢測工作。在985個樣品的檢測中準確率和特異性分別高達84%和 97%[6]。

基于非靶和靶向蛋白質(zhì)組學技術(shù)的新guan病毒臨床檢測流程

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小結(jié)：

質(zhì)譜技術(shù)在新guan疫情中的取得的戰(zhàn)“疫”成果不局限于本文所提及的研究領(lǐng)域，而是廣泛應(yīng)用于病毒相關(guān)的病理、毒理、藥理、診斷、疫苗研發(fā)等全流程研發(fā)工作中。基于Orbitrap金標準的組學技術(shù)，能夠提供超高分辨率和靈敏度，可為病毒蛋白質(zhì)組學、代謝組學、臨床檢測等方面的研究者所面臨 “樣本基質(zhì)復(fù)雜、假陰性/假陽性、大樣本連續(xù)分析”等挑戰(zhàn)提供強大的技術(shù)保障。

參考文獻：

[1] Stukalov A ,  Girault V ,  Grass V , et al. Multilevel proteomics reveals host perturbations by SARS-CoV-2 and SARS-CoV[J]. Nature, 2021:1-11.

[2] Shen B ,  Yi X , Sun Y , et al. Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-1九Patient Sera[J]. Cell, 2020, 182(1).

[3] Nie X , Qian L ,  Sun R , et al. Multi-organ proteomic landscape of COVID-1九autopsies - ScienceDirect[J]. Cell, 2021.

[4] Ren Z ,  Wang H ,  Cui G , et al. Alterations in the human oral and gut microbiomes and lipidomics in COVID-1九J]. Gut, 2021:gutjnl-2020-323826.

[5] SARS-CoV-2 immune evasion by variant B.1.427/B.1.429. BioRxiv, 2021.

[6] Cardozo K ,  Lebkuchen A ,  Okai G G , et al. Establishing a mass spectrometry-based system for rapid detection of SARS-CoV-2 in large clinical sample cohorts[J]. Nature Communications, 2020, 11(1).

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