文摘gydF4y2Ba
当前的冠状病毒大流行疾病2019 (COVID-19)影响> 1.6亿人到目前为止,全球,并造成数百万人死亡,至少部分是由于这种疾病的澄清的病理生理学。识别潜在的分子机制COVID-19克服这个大流行是至关重要的。代谢物反映个体的疾病进展和可以提供广泛的见解疾病的病理生理意义在每个阶段。我们提供一个全面的看法的血清代谢描述COVID-19病人在使用所有阶段没有针对性和有针对性的代谢组学分析。与健康对照组相比,我们观察到不同的改造模式的循环代谢产物轻微,严重和恢复阶段,在发现队列和验证队列,这表明代谢葡萄糖代谢重编程和尿素循环是COVID-19发展潜在的病理机制。我们的研究结果表明,针对葡萄糖代谢和尿素循环可能是一个可行的方法来对抗COVID-19沿着疾病在不同阶段课程。gydF4y2Ba
文摘gydF4y2Ba
这个代表性的代谢组学研究证明,血清代谢物概要文件在不同COVID-19阶段明显不同。柠檬酸和尿素通道可能参与病理过程与COVID-19进展有关。gydF4y2Bahttps://bit.ly/3hyB9RKgydF4y2Ba
介绍gydF4y2Ba
冠状病毒疾病2019 (COVID-19),对患者及其家属造成毁灭性的后果,仍然是一个重大的公共健康问题,实施了越来越全球金融和社会负担(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。值得注意的是,感染严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)的病原体COVID-19,可能无症状,也可能导致大范围的临床症状,急性发热性疾病从轻微到中度,临床上严重和关键危及生命的感染(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。这种疾病的进展COVID-19从轻微到严重应该是由multiorgan失败与特定的代谢改变的病人。众所周知,病毒完全依赖于宿主细胞的能源和资源代谢燃料病毒感染的不同阶段,如入口、乘法和退出新一轮的感染(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。对于某些呼吸道病毒、缺氧引起肺功能损害的重要的发展也可能改变代谢(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。冠状病毒感染的代谢物概要文件已经被几个研究小组调查之前,他们表明,水平的一系列小分子代谢物,如游离脂肪酸、犬尿氨酸,鞘脂类,葡萄糖和氨基酸改变由于病毒感染,这应该是参与器官功能和免疫反应的变化(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。然而,COVID-19的起源是一个多步骤的过程,和样品收集的重症病人或混合组(包括轻度或中度和严重的类型)被用于这些调查。因此,不同的代谢物stage-specific表型资料由SARS-CoV-2感染还没有完全理解。gydF4y2Ba
在这项研究中,代谢组学分析被应用到屏幕的代谢变化,并提供一个全面的视图的内源性代谢物。代谢组学方法一般分为非针对性分析或有针对性的分析。没有针对性的分析是一个相对定量方法,最大限度地提取从复杂的生物代谢物信息矩阵没有偏见,而目标量化代谢组学主要关注特定代谢产物的检测与详细的类或相关代谢途径通过标准曲线。我们首先分析了使用一个代谢变化的诸多方法中,然后使用有针对性的方法证实了我们的发现。进一步分析表明,这些改变代谢产物主要是参与三羧酸(TCA)周期和尿素循环的途径。更重要的是,复苏组包含在我们的调查。我们获得更多有价值的信息代谢变化通过比较复苏组与其他组。gydF4y2Ba
材料和方法gydF4y2Ba
研究设计和参与者gydF4y2Ba
63年1月至2020年3月,成年患者COVID-19证实在广州疾病控制和预防中心(CDC)实验室被召集来,指的是在广州指定的治疗中心接受治疗。诊断COVID-19了协议后新型冠状病毒肺炎的诊断和治疗的国家健康委员会颁发的中华人民共和国(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。根据中国临床COVID-19肺炎诊断和治疗指南(gydF4y2Ba补充表S1gydF4y2Ba),患者分为三组:轻度组18例,12例严重组和康复组20例。gydF4y2Ba
进一步前瞻性验证研究,93名患者被诊断出患有COVID-19独立注册。93份外周血样本,三必须排除由于红血球溶解,留下90患者的数据进行验证分析。gydF4y2Ba
在这同一时期,13岁和28岁健康志愿者发现和验证组,分别包括22名男性和19岁女性,平均年龄为48岁(范围42-56年),被招募在体检中心在广州第八人民医院。gydF4y2Ba
样品处理和临床数据的收集gydF4y2Ba
轻微和严重组的血样收集在诊断时,当病人的病情达到严重的标准。经济复苏组样本收集后两个负面COVID-19测试和解除隔离。健康对照组的血液样本收集来自个人年度身体检查在这段时间。外周血样本收集在真空负压采血船只。所有后续过程是生物安全三级密封条件下处理后的风险评估和代码的练习通过广东省疾病预防控制中心。血液样本血清中分离器管离心机在4°C 1500×gydF4y2BaggydF4y2Ba10分钟和血清整除和存储−80°C到分析。gydF4y2Ba
Microsoft Excel(2013,版本15.0)用于数据收集统计数据和临床信息。人口统计数据、入院时临床表现、胸部计算机断层扫描(CT)扫描采集和实验室测试。实验室收集的数据在每个病人包括完整的血细胞计数,尿液和粪便分析、血液生化、凝血功能、感染的生物标志物,以及通过鼻咽拭子病毒测试。获得的临床资料回顾临床图表、护理记录和实验室测试的结果和所有实验室确诊患者的CT扫描。的准确性临床数据证实了两个医生照顾病人。gydF4y2Ba
探索是否SARS-CoV-2感染可以引起强烈的感染反应,我们还测试了三个使用ELISA试验四组样本的细胞因子。人类的肿瘤坏死因子(TNF) -α(AD11069Hu)、白介素(IL) 1β(AD11042Hu)和IL - 6 (AD10759Hu) ELISA试剂盒购自北京安迪基因(中国,北京)。这三种炎症生物标记物的浓度测定根据制造商的协议和吸光度测量使用标在450海里。所有样品都分析了一式三份,每个病人的平均浓度计算。gydF4y2Ba
没有针对性液相色谱串联质谱分析gydF4y2Ba
没有针对性的分析血清样本是与前面描述的相似gydF4y2Ba12gydF4y2Ba),小的修改。100 -µL血清样本提取通过添加300µL pre-cooled甲醇和乙腈(2:1,v / v)。涡提取1分钟和孵化后−20°C 2 h,样本离心机在1610×20分钟gydF4y2BaggydF4y2Ba。上层清液被转移到埃普多夫管真空冷冻干燥。代谢物是150年resuspendedµL 50%甲醇和离心机在1610×30分钟gydF4y2BaggydF4y2Ba,上层清液转移到autosampler瓶进行分析。质量控制(QC)样本由池同样体积的每个样本评估分析的重现性。样本上执行一个系统包括水2 d Ultraperformance液相色谱(UPLC)(美国水域,米尔福德,MA)耦合到Q-Exactive质谱仪(美国ThermoFisher科学、沃尔瑟姆,MA)与加热电喷雾电离源和控制Xcalibur 2.3软件项目(ThermoFisher科学)。提取分离在水域ACQUITY UPLC本·C18柱(1.7μm, 2.1×100毫米;水域)。列温度维持在45°C。0.1%的流动相由甲酸(A)和乙腈(B)在积极的模式中,并由10毫米甲酸铵(A)和乙腈-模式(B)。分离是通过以下梯度:0 - 1分钟B (2%);1 - 9分钟(B) 2 - 98%;9 - 12分钟B (98%); 12–12.1 min (98–2% B); and 12.1–15 min (2% B). The flow rate was 0.35 mL·min−1gydF4y2Ba和注射量是5μL。质谱参数的正/负电离作用模式被设置为:喷涂电压3.8 /−3.2 kV;鞘气体流速40任意单元(AU);辅助气体流量10盟;辅助气体加热器温度350°C;毛细管温度320°C。gydF4y2Ba
没有针对性的原始数据(原始文件)被导入到复合发现者3.0 (ThermoFisher科学)进行数据处理,包括峰值提取、保留时间校正内和组间,添加剂离子池、缺失值填充,背景去除和代谢物鉴定。代谢物进行了识别与华大基因研究院参考图书馆(中国深圳),mzCloud (ThermoFisher科学),ChemSpider,京都基因和基因组的百科全书(KEGG)和人类代谢组数据库(HMDB)。进行统计分析结果正常峰值强度使用metaX软件(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。metaX有多个步骤处理,包括数据质量评估、缺失值归责,数据正常化,单变量和多变量统计gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
液相色谱串联质谱验证的目标确定代谢物gydF4y2Ba
有针对性的液相色谱(LC)和串联质谱(MS)分析使用UPLC-MS / MS系统(ACQUITY UPLC-Xevo TQ-S)。306标准是获得Sigma-Aldrich(圣路易斯,密苏里州,美国),Steraloids(美国纽波特,RI)和委员会(多伦多,加拿大)的化学物质。所有的标准都准确称重和准备在一个适当的解决方案来获得单个股票的解决方案5.0 mg·毫升的浓度gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。适量的每个股票的解决方案是混合创建股票校准解决方案。血清样本制备和测量根据以前公布的方法(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。简单地说,一个整除25μL血清的添加到96孔板。120年μL冰冷的甲醇与内部标准自动添加到每个样本和涡5分钟。然后在4000×样本离心机gydF4y2BaggydF4y2Ba30分钟。30μL上层清液被转移到一个干净的96孔板,20μL衍生试剂添加到每个好,derivatisation 30°C进行了60分钟。derivatisation之后,330μL 50%甲醇溶液添加然后板存放在−20°C为20分钟。然后在4000×样本离心机gydF4y2BaggydF4y2Ba在4°C 30分钟。最后,上层清液用于质分析。gydF4y2Ba
在水中移动阶段由0.1%甲酸(流动相)和acetonitrile-methanol(70:30、移动阶段B)。5µL每个样本注入到一个ACQUITY本·C18柱(1.7µm, 100×2.1毫米)(水域)保持在40°C。流量为0.40毫升·分钟gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba用下面的流动相梯度:0.0 - -1.0分钟B (5%);1.0 - -11.0分钟(B) 5 - 78%;11.0 - -13.5分钟(78−95% B);13.5 - -14.0分钟(95−100% B);14.0 - -16.0分钟B (100%);16.0 - -16.1分钟(B) 100 - 5%;和16.1 - -18.0分钟(5% B)。质谱计是在负模式2.0 kv毛细管电压和积极的模式1.5 kv毛细管电压。源和反溶剂温度为150°C和550°C,分别。gydF4y2Ba
目标原始数据处理通过校准曲线的标准。校准曲线是分析仪器响应和标准浓度。然后,有针对性的代谢物进行分析使用iMAP软件(版本1.0;中国上海Metabo-Profile)。正交偏最小二乘判别分析(OPLS) (DA)被用来最大化识别组之间的代谢差异。除了多元统计方法,测试或Wilcoxon rank-sum测试也用于估计每个代谢物的意义。所有代谢物在每个假定值比较被错误发现率调整方法。最后,显著差异代谢物需要满足以下条件:1)变量重要性投影(VIP) > 1;2)日志gydF4y2Ba2gydF4y2Ba褶皱变化(FC) > 0.25或<−0.25;3)错误发现率(罗斯福)< 0.05。gydF4y2Ba
统计分析gydF4y2Ba
所有数据分析使用R(版本3.5.0)和微分代谢组学分析使用MSstats R包,其中包括日志gydF4y2Ba2gydF4y2Ba转换,正常化和假定值计算Spectronaut和天际线定量数据。层次聚类分析所使用的聚类算法与hcaMethods R包,和距离计算进行的欧氏距离的热图包R软件展示样品和代谢物之间的关系。KEGG通路富集分析微分代谢物进行使用KEGG数据库(版本89.1)相比,使用确切概率法确定代谢物。执行相关分析用皮尔逊相关系数分析corrplot R包。gydF4y2Ba
分类变量被概括为百分比和比较不同组之间使用卡方测试或确切概率法。连续变量表示为意味着(95% CI)或中位数(四分位范围),认为适当的。多重比较的四个独立的组,每个选择代谢物的原始值和正常对照组。图基的所有11个代谢物范围进行测试,检验的显著性水平,α-value,设置为0.5。gydF4y2Ba
来验证是否确定代谢物可以作为潜在的预测不同阶段的分类组,逻辑回归模型和5倍交叉验证的方法是设计和执行预测可靠性和故障率。所有可能的组合包含n代谢物(n = 1, 2, 3,…, 9)被模型,详尽的测试和记录每个组合的预测能力排名根据曲线下的面积(AUC)值由接受者操作特征分析。确保一个足够大的样本容量,所有相应的auc计算发现队列和验证群作为一个整体,并显示在特定或平均值。gydF4y2Ba
数据和材料的可用性gydF4y2Ba
这项研究并没有产生新的独特的试剂。没有针对性和有针对性的代谢组学数据集存入公共Mendeley数据库(gydF4y2Bahttps://data.mendeley.com/datasets/pcdgvmg9ws/draft?a=68f3ffb1 - 077 e - 47 - bc - 945 d c9207cdc1c71gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
研究批准gydF4y2Ba
研究协议患者和健康志愿者招聘和抽样是广州市疾病预防控制中心伦理委员会批准的参考号码gzcdc echr - 2020 a0002。gydF4y2Ba
结果gydF4y2Ba
没有针对性的血清代谢组学分析的各个阶段COVID-19病人gydF4y2Ba
确定改变循环代谢产物从COVID-19病人,我们应用的诸多代谢组学分析发现队列包括13名健康受试者作为正常组,18温和的情况下,12严重病例和20个人COVID-19复苏严重。临床症状和体征,患者感染的实验室参数一起COVID-19收集和分析(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。与轻度组相比,患者严重组显示显著抑制淋巴细胞,但增加白细胞和天冬氨酸转氨酶,说明免疫系统和肝功能障碍。gydF4y2Ba
所有血清样本处理和分析使用UPLC-MS /女士按照标准化方案没有针对性代谢组学。亲水和疏水分子进行分析使用积极的和消极的电离作用覆盖各种内源性生化类。总共有2466代谢物峰代表631年和1835年微分代谢物在正面和负面的离子模式,分别确定了没有针对性的代谢组学分析。系数的相对标准偏差< 0.30在QC样品,确定了240种代谢物基于MS / MS谱BGI参考图书馆,MzCloud, KEGG和HMDB (gydF4y2Ba补充表S2gydF4y2Ba)。从主成分分析质量控制的数据设置显示一致性和再现性(gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba)。值得注意的,温和的代谢物组与正常组部分重合,而严重的集团和复苏组(gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充图S1gydF4y2Ba)。193 240种代谢物与COVID-19显著相关(罗斯福< 0.05;gydF4y2Ba图1 cgydF4y2Ba)。与正常组相比,火山情节表明有48显著增加代谢产物在轻度组和33下降,虽然有59增加代谢产物和29日减少严重组;在经济复苏组更大的数量,64增加到34减少(gydF4y2Ba图1 dgydF4y2Ba;罗斯福< 0.05,日志gydF4y2Ba2gydF4y2BaFC 0.25 >或<−0.25,VIP > 1)。在这些重要的代谢产物,许多氨基酸如谷氨酸盐、谷氨酸、精氨酸、鸟氨酸、犬尿氨酸和色氨酸与疾病严重程度相关。一些参与三羧酸循环的代谢产物如葡萄糖,乳酸和丙酮酸与COVID-19的发展障碍。这些结果表明,代谢产物参与氮代谢等途径,柠檬酸循环和脂肪酸代谢不平衡在COVID-19进展(gydF4y2Ba补充图S2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
有针对性的代谢组学分析发现变质的代谢物COVID-19病人的所有阶段gydF4y2Ba
进一步量化四组之间的循环代谢产物的变化,我们进行有针对性的代谢组学分析使用Q300工具包(Metabo-Profile)。Q300工具包已经覆盖306代谢物和> 12生化类;它包括微分代谢物检测到没有针对性检查如谷氨酰胺、精氨酸、鸟氨酸、葡萄糖、乳酸和丙酮酸,但也包含其他代谢物如吲哚、胆汁酸和短链脂肪酸。这些代谢产物参与氮代谢、三羧酸循环、脂肪酸代谢、氨基酸代谢、胆汁酸代谢。gydF4y2Ba
在这项研究中,我们第一次量化血清代谢物从59科目(发现队列;四个样本排除由于体积不足)。基于浓度在不同的组,199种代谢物被分为16组(gydF4y2Ba补充图S3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充表S3gydF4y2Ba)。我们分类这些集群分成三组,根据是否代谢物水平恢复正常复苏组(gydF4y2Ba补充图S3a-cgydF4y2Ba)。代谢物浓度gydF4y2Ba补充图S3cgydF4y2Ba返回到接近正常水平,而gydF4y2Ba补充图S3a和bgydF4y2Ba仍然显示与正常水平的巨大差异。代谢物浓度gydF4y2Ba补充图S3agydF4y2Ba随着疾病的进展,增加和维持在相对更高层次复苏组。代谢物浓度所示gydF4y2Ba补充图S3bgydF4y2Ba发现减少随着疾病的发展,但并没有恢复到正常水平。gydF4y2Ba
我们比较不同阶段的代谢组学分析COVID-19健康组织识别和描述特定的代谢产物和代谢途径参与COVID-19的进展。我们关注的不同阶段之间的差异COVID-19与正常组。意义阈值为0.5普遍采用QgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和RgydF4y2Ba2gydF4y2BaOPLS-DA模型(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。明确的差异被发现以下组:正常gydF4y2Ba与gydF4y2Ba温和,累积RgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.941和QgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.783;正常的gydF4y2Ba与gydF4y2Ba严重,RgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.955和QgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.79;正常的gydF4y2Ba与gydF4y2Ba复苏,RgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.926和QgydF4y2Ba2gydF4y2BaY = 0.815 (gydF4y2Ba补充图S4gydF4y2Ba)。此外,我们量化从另一个118例血清代谢物作为一个独立的验证(人口学特征,请参阅gydF4y2Ba补充表S4gydF4y2Ba)。采用相同的模型,结果显示高一致性,提出了gydF4y2Ba补充图S5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
变更的主要代谢产物在不同的阶段gydF4y2Ba
80的199种代谢物量化目标代谢组学显示显著差异(罗斯福< 0.05;gydF4y2Ba补充表S5gydF4y2Ba)至少在一个阶段相比正常组(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba)。小分子通路的通路分析数据库和KEGG表明天冬氨酸代谢,尿素循环,精氨酸和脯氨酸代谢,甘氨酸和丝氨酸新陈代谢和柠檬酸循环障碍性(gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充图S6a和bgydF4y2Ba)。尤其是,精氨酸和鸟氨酸,这两个是至关重要的组件在尿素循环,出现一个显著的减少或增加(gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充图S6gydF4y2Ba)。三羧酸循环的影响,丙酮酸代谢和糖酵解合并来表示能量代谢的干扰,这是支持的极端高水平的严重组的乳酸。这可能是因为患者仍不能有效地获取氧气,和营养也可能受到影响,即使呼吸支持,从而创建一个巨大的能量代谢障碍。病人中发现的这种现象也可能经历严重的场景进入复苏组,表明全面复苏还没有实现,即使有负面COVID-19核酸测试。换句话说,即使SARS-CoV-2完全移除,损害仍然存在一段时间,或很长一段时间。代谢物的变化丰度在所有四组所示路径表示(gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
在疾病进展提供尿素循环和三羧酸循环gydF4y2Ba
尿素循环和三羧酸循环负责氨基酸代谢和能量代谢影响排名的前两个代谢途径根据分析(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)。11代谢物,属于或密切相关的两个周期观察不同组织之间的显著变化(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充表S6gydF4y2Ba在发现队列。此外,11的代谢物被发现有显著的变化在不同的组(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充表S7gydF4y2Ba)。这九个代谢物是肌酸,精氨酸、鸟氨酸asparate,丙酮酸、苹果酸、瓜氨酸、谷氨酰胺和2-oxoglutarate。重点分析强调2-oxoglutarate显著增加,asparate和鸟氨酸水平,与正常组相比。苹果酸和2-oxoglutarate面对严重的集团的最高水平,表明柠檬酸循环严重影响。鸟氨酸,在尿素循环中扮演关键角色,不断增加和复苏组达到最高水平。相比之下,精氨酸的水平,另一个重要的氨基酸在尿素循环,显著降低严重组与正常组相比,表明尿素循环的失调在COVID-19的进展。gydF4y2Ba
结合血清代谢物可能是一个潜在的预测生物标志物gydF4y2Ba
学习九个代谢物是否可以用作生物标记risk-stratify COVID-19病人,几个经典与发现队列模型训练和验证的验证组包括决策树(gydF4y2Ba补充图S7gydF4y2Ba),随机森林(gydF4y2Ba补充图S8gydF4y2Ba)、支持向量机(gydF4y2Ba补充图S9gydF4y2Ba)和逻辑回归(gydF4y2Ba补充图S10gydF4y2Ba)。我们采用了逻辑回归对其更好的性能。均值auc逻辑回归使用3、5和7代谢物在验证队列了gydF4y2Ba补充图S11gydF4y2Ba。使用不同的组合上述九个代谢物和整个书房参与者数据(发现队列+验证队列),我们发现代谢产物参与越多,精度越高的分类区分任何两组(gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba- f)。然而,循环代谢产物的改变模式是不同的在疾病进展。例如,当我们应用更少的代谢物,模型区分“严重”从“正常”的相对精度高,但并不是“温和”从“正常”(gydF4y2Ba图4 ggydF4y2Ba)。当代谢物的数量增加,模型的准确性提高区分“温和”和“严重”(gydF4y2Ba图4 ggydF4y2Ba我)。此外,相对较高的AUC值需要区分“复苏”和“正常”表明,受试者在严重的情况下可能仍遭受长期的附带损害有关代谢条件。进行进一步的探索,我们单独使用九代谢物进行逻辑回归发现,验证和联合军团和发现,肌酸2-oxoglutarate和丙酮酸保持传递性能在三组(gydF4y2Ba补充图S12gydF4y2Ba),导致潜在的代谢物作为预测生物标志物。为了更好地验证我们的发现,我们比较了九个代谢物与年代的结果gydF4y2Ba母鸡gydF4y2Ba等gydF4y2Ba。(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),发现四个代谢物重叠:苹果酸、丙酮酸、瓜氨酸和谷氨酰胺。然后,我们建立了一个逻辑回归模型使用这四个代谢物作为特性和训练它发现和验证军团。然后模型验证利用从年代发表的结果gydF4y2Ba母鸡gydF4y2Ba等gydF4y2Ba。(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),取得了良好的性能区别严重和正常(gydF4y2Ba补充图向gydF4y2Ba),证明模型在研究。结果表明,苹果酸、丙酮酸瓜氨酸和谷氨酰胺可能作为潜在生物标志物risk-stratify COVID-19严重的病人。gydF4y2Ba
讨论gydF4y2Ba
这项研究中,首次系统地提供了一个全面的看法的血清代谢描述COVID-19患者在所有阶段,特别是包括经济复苏阶段的疾病。有针对性的和没有针对性的血清代谢组学分析COVID-19病人识别不同的改造模式的循环代谢产物轻微,严重和恢复阶段。大多数人获得SARS-CoV-2感染轻微疾病的经验,而一些进展严重或重要的疾病。这些严重/关键和恢复情况下是由宿主对感染,和发展多系统功能障碍和病理。综合分析COVID-19患者在所有阶段的循环代谢产物可以帮助我们开发一个全面的策略,以更好地治疗这种疾病。gydF4y2Ba
我们确定了循环代谢产物,包括苹果酸,2-oxoglutaratek asparate,相比增加到正常水平,这表明葡萄糖代谢特异表达和柠檬酸循环可能是至关重要的敏感性,在COVID-19疾病严重程度和恢复。葡萄糖通过有氧新陈代谢和提供能源多样化的生物过程或通过磷酸戊糖途径产生氧化NADPH维持氧化还原体内平衡,其中包括在宿主免疫反应对致病微生物在有氧条件下。而在厌氧条件下,这是最常见的在COVID-19患者中,葡萄糖通过糖酵解和乳酸发酵是有限的ATP生产,并导致血乳酸和乳酸脱氢酶水平升高(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。我们的发现表明,除了无氧糖酵解,这通常发生在大多数COVID-19患者,柠檬酸循环也增强疾病的所有阶段。我们建议SARS-CoV-2病毒劫持宿主机器,包括葡萄糖代谢,促进COVID-19发病机理。gydF4y2Ba
Caco-2感染细胞与报道SARS-CoV-2上调葡萄糖代谢与无毒浓度2-deoxy——阻止糖酵解gydF4y2BadgydF4y2Ba葡萄糖阻止SARS-CoV-2复制(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。SARS-CoV-2病毒在感染细胞消耗大量的细胞ATP支持病毒复制,ATP浓度促进了易位的SARS-CoV-2双解除的RNA,它是病毒复制所必需的(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
I型干扰素(IFN-I)是先天免疫系统的重要组成部分,是重要的抗病毒分子(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。病毒感染导致宿主激活一种抗病毒反应,在一定程度上依赖于线粒体抗病毒信号蛋白生产IFN-I(小牛)。SARS-CoV-2感染的细胞和动物模型,除了转录和血清COVID-19病人的分析,不断地揭示了一个独特的和不恰当的炎症反应。这种反应被定义为低水平的IFN-I和iii并列趋化因子升高和高表达的il - 6。减少先天抗病毒防御加上旺盛的炎性细胞因子生产的定义和驾驶特性COVID-19 [gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。为了显示炎症标志物的变化在我们的群体中,我们选择了18个样品有足够的体积从每组检查il - 6, TNF-α和IL-1β水平,显示参与COVID-19感染。我们的研究结果表明,IL-1β水平更高的轻微的阶段,和最高的严重阶段,而控制。在经济复苏阶段低得多,尽管仍高于对照组(gydF4y2Ba补充图S14agydF4y2Ba)。il - 6和TNF-α相同的趋势(gydF4y2Ba补充图S14b和cgydF4y2Ba)。这些结果表明,炎症发展水平与COVID-19疾病密切相关,并可能参与代谢产物的生产。因此,我们进一步进行相关分析,发现asparate、肌酸、苹果酸、2-oxoglutarate与细胞因子的表达呈正相关(gydF4y2Ba补充图S15gydF4y2Ba)。临床研究显示,患者没有IFN-α生产提出了贫困的结果,它们需要入侵通风和重症监护室停留。高病毒载量往往在IFN-negative COVID-19患者疾病诊断(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
在我们的研究中,一个特异表达尿素循环与降低精氨酸和鸟氨酸增加被确认在COVID-19患者的血清,这表明代谢重编程可能是参与COVID-19疾病进展。另一个例子显示代谢重编程的抗病毒反应来自于病毒感染的小鼠模型。IFN-I发现改变的表达和功能尿素循环的关键酶在肝细胞,导致减少精氨酸和鸟氨酸浓度增加的循环,抑制病毒特异性CD8gydF4y2Ba+gydF4y2Bat细胞反应(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。然而,IFN-I是否也在肺泡上皮细胞调节尿素循环SARS-CoV-2感染是一个重要的问题,,仍有待调查。gydF4y2Ba
在我们的数据集,精氨酸水平显著降低血清COVID-19患者在健康对照组相比,与其他团队的结果是一致的(gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。众所周知,精氨酸可以转化为鸟氨酸和尿素用精氨酸酶或酶一氧化氮和瓜氨酸酶一氧化氮合酶(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。一氧化氮或其衍生品被报道影响冠状的年代之间的融合蛋白及其同源受体,血管紧张素转换酶2,减少病毒RNA在病毒复制的早期步骤生产(gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。一氧化氮的影响作为一个潜在的治疗COVID-19认可,和3期临床研究(脉冲- cvd19 - 001)吸入一氧化氮治疗500例感染COVID-19批准由美国食品和药物管理局在2020年5月。降低水平的精氨酸和鸟氨酸的浓度增加而减少的鸟氨酸生产COVID-19患者的血清从我们的研究结果表明,尿素循环中的精氨酸转换成鸟氨酸是精氨酸的主导与一氧化氮的鸟氨酸循环COVID-19病人。这将是有趣的调查是否SARS-CoV-2感染减少一氧化氮产量维持病毒复制通过切换尿素循环的代谢途径。gydF4y2Ba
除了我们的发现的尿素循环的变化和葡萄糖代谢COVID-19, SgydF4y2Ba母鸡gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)发现了特异表达代谢物在脂类代谢,暗示他们的显著调节信号转导和免疫激活的过程。KgydF4y2BaimhofergydF4y2Ba等gydF4y2Ba。(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba)也决定SARS-CoV-2感染人类的代谢影响血浆使用多平台代谢表型出现。他们观察关键判别代谢物包括高架α-1-acid糖蛋白和犬尿氨酸增加/色氨酸COVID-19患者比率,表明肝脏功能障碍是潜在的病理机制之一。在另一项研究血浆代谢组学和lipidomic与COVID-19相关变化,[氨基甲酰磷酸酶,参与鸟氨酸循环,显示减少的病人(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。这个发现非常符合我们发现瓜氨酸的水平,这是由[氨基甲酰磷酸,是轻微和严重的患者显著下调。总的来说,这些数据表明,尿素循环参与特异表达的潜在病理机制COVID-19疾病进展。BgydF4y2BaruzzonegydF4y2Ba等gydF4y2Ba。(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]显示异常高水平的酮体和2-hydroxybutyric酸,读出的肝脏谷胱甘肽合成和氧化应激的标记COVID-19患者,建议SARS-CoV-2感染诱导肝损伤与dyslipidaemia和氧化应激有关。BgydF4y2BaojkovagydF4y2Ba等gydF4y2Ba。(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba)建立了一个人类感染临床孤立SARS-CoV-2细胞培养模型,确定感染SARS-CoV-2 translatome和蛋白质组蛋白质组学的分析。他们揭示了重塑SARS-CoV-2中部细胞通路,包括碳代谢、核酸代谢。他们的发现进一步启用识别药物抑制病毒复制的目标这些途径。年代gydF4y2Ba母鸡gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)的血清蛋白质组和代谢组分析相比COVID-19患者,从个人的控制。他们确定分子变化,这与巨噬细胞的调节异常,血小板脱粒,补充系统途径,大规模代谢抑制,可能有用屏幕严重性评估潜在的血液生物标志物。重病COVID-19病人患有败血症,其中包括危及生命的器官功能障碍引起的人感染的免疫反应特异表达。我们提供代谢物数据与之前的研究也显示相当大的重叠,显示一个潜在的代谢途径和脓毒症的发展[特异表达之间的关系gydF4y2Ba37gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。一般来说,说明全谱的病理生理机制和如何针对性和代谢重编程为COVID-19提供“证明原则”治疗将在进一步的调查是很重要的。gydF4y2Ba
虽然我们成功招募了63名和118名患者的发现和验证组,分别的军团仍相对体积小获得最好的可靠性。确认我们的发现,代谢分析血清样本大COVID-19军团可能是必要的。然而,高一致性的验证组的结果和发现队列巩固我们的结果。此外,该军团有一些重要的参数不匹配。例如,严重病例常发生在老年人。虽然控制之间没有明显差异,温和复苏组,它创建一个自然温和复苏之间的不匹配或严重的集团时应考虑结果的解释。gydF4y2Ba
综上所述,我们这里介绍代谢组学数据提供一个全面的视图的循环代谢物描述COVID-19所有阶段和识别患者葡萄糖代谢的代谢重编程和尿素循环COVID-19的潜在病理机制。针对宿主代谢可能是一个可行的方法来对抗COVID-19沿着疾病在不同阶段课程(gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
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我们感谢所有参与这项研究中,患者和健康人以及专门的医学和研究人员对抗SARS-CoV-2全世界。我们感谢金陵唐(临床数据中心,广州市妇女儿童医疗中心,广州,中国)编辑稿件。gydF4y2Ba
脚注gydF4y2Ba
这篇文章一篇社论评论:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1183/13993003.02417 - 2021gydF4y2Ba
作者贡献:h .梁,j .风扇h·贾和b . Di构思设计并监督这项研究。y, y, k . Li j .林问:曾庆红和x邓收集临床样本。d .周j . y . Wang Lin和c进行实验。d . c . Liu, y, y, j .香港g .陈和张Haiqing进行了数据分析。c . d . Li,黄问:刘、张郝,f·林和l .郑执行映射。y高,j .风扇梁h·贾·d·李和h写的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。gydF4y2Ba
利益冲突:h .贾庆林没有披露。gydF4y2Ba
利益冲突:c .刘没有披露。gydF4y2Ba
利益冲突:d·李没有披露。gydF4y2Ba
利益冲突:问:黄没有披露。gydF4y2Ba
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支持声明:这项工作是由广州医学学科的重点项目(2021-2023-11)、广州和重点实验室的基础研究项目(202102100001)。资金信息,本文已沉积的gydF4y2BaCrossref资助者注册表gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
- 收到了gydF4y2Ba2020年10月2日。gydF4y2Ba
- 接受gydF4y2Ba2021年6月28日。gydF4y2Ba
- 版权©2022年作者。gydF4y2Ba
这个版本分布在创作共用署名非商业性许可证的条款4.0。商业生殖权利和权限接触gydF4y2Ba权限在}{ersnet.orggydF4y2Ba
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