新型冠狀病毒肺炎的代謝組學研究進展*

王藝霏，夏 薇，王藝婷，徐攀洋，涂哲禹，許建成△

1.吉林大學第一醫(yī)院檢驗科,吉林長春 130021；2.北華大學醫(yī)學技術學院,吉林吉林 132013

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)是由新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染所致的疾病，截至2022年2月18日，全球已報告418 650 474例確診，其中5 856 224例死亡[1]，其大流行導致全球發(fā)生健康危機。目前，實時熒光定量PCR檢測SARS-CoV-2核酸陽性作為診斷COVID-19的金標準，在篩查高危人群及追蹤疑似病例等方面發(fā)揮重要作用。組學在傳染病診斷方面是一個不斷發(fā)展的科學領域。研究顯示，對丙型肝炎病毒感染患者進行蛋白質組學和代謝組學的分析，可為其發(fā)病機制和治療靶點的研究提供新的思路[2]。大量基于SARS-CoV-2 RNA或蛋白抗原的替代檢測方法逐漸被開發(fā)處理，組學方法如蛋白質組學和代謝組學已用于尋找COVID-19的潛在治療靶點[3-6]。

1 COVID-19臨床分型

當前由SARS-CoV-2傳播導致的COVID-19大流行對全球公共衛(wèi)生構成威脅，感染的患者臨床上多表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、咳痰、乏力、胸痛及食欲減退等癥狀，肺部多層螺旋CT主要表現(xiàn)為單發(fā)或多發(fā)毛玻璃影[7]。在國家衛(wèi)健委和國家中醫(yī)藥管理局發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》[8]中，其臨床分型如下。(1)輕型：臨床癥狀輕微，影像學未見肺炎表現(xiàn)。(2)普通型：有發(fā)熱、呼吸道等癥狀，影像學可見肺炎表現(xiàn)。(3)重型：①出現(xiàn)氣促，呼吸頻率≥30次/分，②靜息狀態(tài)下，氧飽和度≤93%，③動脈氧分壓/氧濃度≤300 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)，符合上述3條中任何一條者，肺部影像學顯示24～48 h內病灶明顯進展>50%者按重型管理。(4)危重型：符合下列條件之一者，①呼吸衰竭，需要機械通氣，②出現(xiàn)休克，③合并其他器官功能衰竭，需要進入重癥監(jiān)護室監(jiān)護治療。

臨床大多數(shù)COVID-19患者表現(xiàn)為無癥狀或癥狀較輕，約14%的患者表現(xiàn)為普通型或重型，伴有明顯浸潤或呼吸損害跡象；約5%的患者臨床表現(xiàn)為危重型[9]。隨著病情加重，危重型COVID-19患者可發(fā)展為嚴重肺炎、肺水腫、急性呼吸窘迫綜合征或多器官衰竭并死亡。值得注意的是，任何年齡的健康人群都可能因感染COVID-19而出現(xiàn)危重病情。因此，篩選特異的生物標志物來鑒別該病的臨床分型和預后，可更好地針對不同分型患者實施相應治療和護理，有效降低患者病情的嚴重程度，抑制SARS-CoV-2在全球范圍內的快速傳播。

2 COVID-19的代謝組學分析

代謝組學通過各種高通量分析化學方法對內源性小分子代謝產(chǎn)物的組成和變化進行定量、定性分析，并根據(jù)代謝物的變化，發(fā)現(xiàn)其特異代謝產(chǎn)物。研究表明，小分子代謝物既可參與機體代謝途徑，也可調節(jié)病毒感染的先天和適應性免疫過程[10-11]，代謝組學提供了一種功能性的“后基因組學”檢測診斷方法，可節(jié)省傳統(tǒng)微生物學檢測診斷的成本和時間，是探索病毒與人體間相互關系的有效工具。因此，研究人員開展了COVID-19代謝組學方面的研究，揭示了一些內源性小分子代謝物在該病發(fā)病機制中的作用，本文總結了COVID-19不同臨床分型中代謝物的變化，見表1[12-18]。

表1 COVID-19的代謝組學研究

2.1脂質代謝 SARS-COV-2是一種被脂質雙層包圍的包膜病毒。脂質在病毒感染中具有促進病毒膜與宿主細胞融合、病毒復制及病毒的胞吞和胞吐等作用[19]。因此，脂質代謝在病毒生命周期中起著至關重要的作用。鞘脂作為調節(jié)膜特性如黏度和張力的重要脂質，其生物合成途徑始于絲氨酸和棕櫚酰輔酶A的縮合，形成3-酮鞘氨醇，隨后被3-酮鞘氨醇還原酶還原為鞘氨醇[20]。鞘氨醇具有抗菌活性[21]，同時可干擾SARS-CoV-2與其受體血管緊張素轉化酶2結合[22]。因此，鞘氨醇有望成為COVID-19治療的新靶點。通過對差異代謝物和脂質進一步分析，發(fā)現(xiàn)COVID-19患者的代謝物和脂質的變化與疾病進程有顯著相關性，并篩選到一些有助于疾病診斷的生物標志物[23]，這一發(fā)現(xiàn)對治療不同臨床分型的COVID-19患者具有指導意義。研究表明，低密度脂蛋白水平與COVID-19呈負相關[24]，這可能是COVID-19進展和不良預后的預測因素，有助于醫(yī)生對患者進行快速診斷及治療。有研究人員分析不同分型COVID-19患者的血漿脂質組學差異，結果顯示：與輕型、普通型患者相比，重型患者的磷脂酰膽堿及其衍生的縮醛磷脂、膽固醇、鞘磷脂和N-酰基乙醇胺相對減少；富含單唾液酸二己糖基神經(jīng)節(jié)苷脂的外泌體與該病嚴重程度有關[16]。此研究有助于鑒別COVID-19臨床分型，并進行有針對性的治療。

2.2氨基酸代謝 氨基酸是人體必需的營養(yǎng)物質，具有提高免疫力、維持人體正常代謝等作用，一些研究發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝異常與COVID-19患者有關[23,25-27]。研究發(fā)現(xiàn)促炎癥細胞因子和趨化因子，如白細胞介素(IL)-6、巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、IL-1α和IL-1β與COVID-19患者的氨基酸代謝有密切聯(lián)系[25]。色氨酸參與的犬尿喹啉代謝途徑(KP)對COVID-19有影響，吲哚2，3-雙加氧酶參與該途徑中的限速步驟，其作為一種多效性酶，具有免疫調節(jié)的作用，通常作為炎癥和免疫的負向調節(jié)劑[26]，被認為在抗炎方面存在一定作用[27]，有望在治療COVID-19中發(fā)揮重要作用。未來還需要調整年齡、性別、體重、病史等因素造成的偏倚，利用大數(shù)據(jù)驗證KP代謝物作為COVID-19預后標志物的可能性。另有研究顯示[23]，非重型COVID-19患者體內氨基酸水平下降，包括精氨酸、不對稱二甲基精氨酸、對稱二甲基精氨酸、均精氨酸和N-乙?；彼岬染彼嵫苌?。這些氨基酸處于正常水平時可保護肝臟并防止脂肪在肝臟內堆積，水平下降則提示非重型COVID-19患者肝功能障礙。這些代謝物的變化揭示了COVID-19患者的治療情況，同時可對該病進行臨床分型評估。

2.3有機酸代謝 有機酸有助于維持人體內環(huán)境酸堿平衡及穩(wěn)定。研究表明，SARS-CoV-2感染可導致腎近端腎小管功能障礙及尿酸丟失，COVID-19患者血清尿酸水平降低，且與患者的呼吸衰竭有關[28]。因此，血清尿酸作為生物標志物，可識別COVID-19危重患者。另一研究表明，犬尿酸與性別、年齡、COVID-19臨床分型、細胞因子和趨化因子豐度增強顯著相關[29]。由于與COVID-19免疫反應有關，犬尿酸有望成為治療干預的潛在靶點。

2.4其他 隨COVID-19患者病情加重，患者體內的差異代謝物逐漸增多。有研究發(fā)現(xiàn)，住院期間COVID-19非幸存者較康復出院者的血糖、天門冬氨酸氨基轉移酶、肌酸激酶、乳酸脫氫酶、肌酐、D-二聚體、C反應蛋白水平顯著升高，而清蛋白、血紅蛋白和淋巴細胞水平顯著下降[30]。另有研究比對了有無接受有創(chuàng)通氣治療的COVID-19患者的血清代謝組學差異，發(fā)現(xiàn)多種代謝物聯(lián)合可準確鑒別二者，其中的甲酸鹽和檸檬酸鹽較為重要[13]。

研究發(fā)現(xiàn)，治愈后的COVID-19患者與健康者比較，血漿中的多種代謝物存在顯著變化[31]。說明康復的COVID-19患者仍需充足的營養(yǎng)攝入和護理，才能更快恢復。這一發(fā)現(xiàn)為該病的病情監(jiān)控、預后判斷和治療提供了重要依據(jù)。盡管這些差異代謝物有一定研究進展，但仍無法幫助臨床準確預測患者對特定治療方案的反應情況。

3 小 結

從公共衛(wèi)生角度看，早期發(fā)現(xiàn)COVID-19對抑制SARS-COV-2傳播至關重要；從檢測角度看，實時熒光定量PCR是最敏感和特異的檢測方法。然而，由于成本、時間、設備要求和技術限制，許多資源有限的國家無法將該法作為大規(guī)模篩查的檢測項目，而且標準的實時熒光定量PCR檢測需收集鼻咽部標本，需統(tǒng)一培訓標本采集人員。盡管實時熒光定量PCR檢測較許多微生物學方法獲得結果所需的時間短，但在實際應用中仍有不足之處。為此，代謝組學在鑒別診斷COVID-19方面展現(xiàn)了良好的應用前景。值得注意的是，代謝組學較傳統(tǒng)方法而言仍存在局限性，即該法過于依賴于宿主對病毒的反應，而非病毒本身。由于宿主反應具有高度可變性，代謝組學在COVID-19診斷的應用中可能會出現(xiàn)假陽性結果。臨床上用于傳染病的代謝組學相關生物標志物的實際案例較少，盡管目前在COVID-19代謝組學的生物標志物研究中投入了大量精力，并確定了一些潛在的生物標志物，但未來仍需大規(guī)模數(shù)據(jù)驗證其臨床效用。

COVID-19臨床分型與各種代謝途徑及體內差異代謝物有關，且一些代謝物有望在治療COVID-19中起關鍵作用，大規(guī)模臨床試驗對尋找COVID-19的治療靶點十分必要。