cell | 代谢组+蛋白组+单细胞多组学共同揭示不同COVID-19感染患者的分子特征

去年年底，美国西雅图系统生物学研究所与西雅图瑞典医疗中心等多家单位联合在《Cell》上发表“Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19”，通过采集139名不同严重程度的新冠患者外周血样本，综合患者临床指标、血浆蛋白组与代谢组、PBMC单细胞多组学分析发现轻度向中度感染过程中主要发生炎症信号升高、特定代谢物与代谢进程的丢失，且多种免疫细胞表型随着病情严重程度的增加而增加。这项研究表明，新冠感染的中度阶段可能是治疗干预最有效的时机。

研究概述

样本类型：外周血

研究人员从139名不同程度的COVID-19患者（0：健康人群；1-2：轻度；3、4：中度；5,6,7：重度；0-7：WHO疾病评分；EHR：电子病历）中抽提了265管血样（每个病人两管血样，其中第一管在首次确诊之时抽取，第二管在一段时间之后抽取）。

检测平台：血浆蛋白质组（Olink Biosciences）、血浆代谢组（UHPLC/MS/MS）、PBMC单细胞全转录组测序、单细胞T/B细胞受体测序、192种表面蛋白测序和21种分泌蛋白测序（10x）。

结果展示

1. COVID-19患者的免疫多组学特征

不同COVID-19感染阶段患者的血浆蛋白组与代谢组有所不同。研究发现健康到轻症转变阶段，差异蛋白数量最多，而从中症向重症转变阶段差异蛋白数量最少。此外，KRT19因子的含量随着感染严重程度的增加而升高。代谢组分析显示在从轻症到中症转变阶段、从中症到重症转变阶段中，脂质显著下调。PBMC单细胞转录组测序发现，淋巴细胞（CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、自然杀伤细胞）的相对百分比随发病度的增加而下降，而单核细胞百分比随发病度的增加而升高。

2. CD4+ T和CD8+ T细胞亚群和COVID-19患者感染的严重程度相关

CD8+T细胞呈现出异质性（包括初始T细胞、记忆T细胞、效应T细胞、衰竭样T细胞、增值型T细胞），并且与疾病严重程度呈现非单调变化；CD4+T细胞也表现出异质性，两种不同的CD4+T细胞亚群与COVID-19严重程度有关；S100highHLA-DRlow单核细胞亚群受到血浆中炎症蛋白和代谢组改变的影响，并且与COVID-19严重性有关NK细胞的细胞毒性、DNA复制水平的提高和NFκB抑制减弱均与COVID-19患者的康复相关。

3. 多组学整合分析揭示机体中对COVID-19的协调免疫应答反应

通过整合单细胞转录组数据并利用Surprisal Analysis得到关键的调控模块M2，相关性分析结果发现，M2与免疫细胞协调与促炎信号、脂质丢失以及其他与COVID-19相关的生物过程相关。此外，模块M2能进一步反映轻度和中度COVID -19感染的主要生理变化。