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推荐几篇使用代谢组学研究病毒传染性疾病的文献

分类:
阿趣动态
发布时间:
2020/02/19 15:53
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2015年在Ebola爆发之后,比尔·盖茨在一次TED演讲中提到:“未来几十年如果有什么东西会杀死上千万人,那更可能是高度传染性的病毒,而非战争,因为我们根本没有任何针对重大疫情的全球防御系统。”他甚至建立数据模型,模拟类似西班牙流感的病毒爆发在现代社会的情形,随着现代社会的交通系统的快速发展,只需要几周的时间,病毒就会开始侵入全世界各大首都城市,并造成全球性的大爆发。
 
结合正在经历着的COVID-19疫情和感染及死亡数字,刺痛人心。如果说在这样的灾难中我们能有什么收获,那就是再次拉响警钟,我们必须为明天做好准备。对于咱们科研工作者而言,病理学和疫苗的研究显得尤为重要。小编也在此查了几篇用代谢组学研究病毒传染性疾病的文章供大家参考。
 
代谢组学
图1 1918年的西班牙流感模拟结果
 
1
中东综合征
(Middle East Respiratory Syndrome, MERS)
 
MERS于2012年6月出现于沙特阿拉伯,是由冠状病毒(MERS-CoV)感染引起的一种呼吸道传染性疾病,主要表现为非典型肺炎和急性呼吸综合征,重症病例可发展为急性肾衰竭而导致死亡[1,2]。该病毒可能通过密切接触在骆驼和人及有限的人与人间传播,死亡率高达30~40%。
 
2016年,Nakayasu等[3]开发了MPLEx(metabolite, protein, and lipid extraction)样本制备法,该方法简单快速且适用于多组学的研究。基于该方法,研究者以侵染MERS-Cor的肺泡上皮细胞Calu-3为研究对象,通过蛋白组学、代谢组学和脂质组学研究,发现病毒感染过程中糖酵解/糖异生变化,以及脂肪酸、磷脂酰胆碱和神经酰胺等变化(图2),为MERS-CorV感染人体机制的研究提供有力的数据支撑。
 
代谢组学
图2 多组学代谢网路图
 
2
埃博拉出血热
(Ebola hemorrhagic fever, EBHF)
 
EBHF是由埃博拉病毒(Ebola virus)感染导致的急性出血性、动物源性传染病,于1976年在非洲的苏丹和扎伊尔首次暴发。埃博拉病毒主要通过病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途径传播,感染后能引起中风、心肌梗塞、低血容量休克或多发性器官衰竭等而致死,死亡率在50%~90%之间。
 
2017年,西北太平洋国家实验室及东京大学等的研究人员[4]对来自感染埃博拉病毒(EVD)患者(包括11个幸存者的感染以及康复期间一系列相关样本;9个致死性EVD患者死亡前的初始样本以及10个健康的对照样本)的单核细胞和血浆,基于转录组学、蛋白质组学、代谢组学及脂质组学平台(图3),发现血浆游离氨基酸(PFAAs)、葡萄糖、果糖、二酰基甘油磷酸甘油、单酰基甘油磷酸丝氨酸(PS)、神经酰胺、可溶性VSIG4、骨髓细胞趋化因子受体(CCR1和CCRL2)等的变化,并由此推断肠组织损伤、T细胞激活受损、炎症、胰腺组织损伤和胰酶释放等可能在EVD发病机制中的作用,研究结果有助于改善高危患者的预后。
 
代谢组学
图3 总体流程图
 
3
水痘
(varicella, chickenpox)
 
水痘是由水痘-带状疱疹病毒(Varicella zoster virus, VZV)初次感染引起的急性传染病;主要发生在婴幼儿和学龄前儿童,成人发病症状比儿童更严重;以发热及皮肤和黏膜成批出现周身性红色斑丘疹、疱疹、痂疹为特征,皮疹呈向心性分布;其传染力强,水痘患者是惟一的传染源,自发病前1~2天直至皮疹干燥结痂期均有传染性,接触或飞沫吸入均可传染,易感儿发病率可达95%以上。
 
2018年,Kuhn M等[5]基于靶向代谢组学研究平台,对水痘不同亚型患者及对照样本的脑脊液样本进行研究,发现与VZV相关的4个代谢物(SM C16:1, glycine, lysoPC a C26:1, PC ae C34:0),进一步的分析表明与VZV相关的代谢物增加可能与神经炎症/免疫激活、神经信号和细胞压力等相关。
 
代谢组学
图4 差异代谢物结果展示
 
 
4
拉沙热
(Lassa fever, LASV)
 
拉沙热是一种急性、传染性强烈的国际性传染病,是由拉沙病毒引起,于1969年在尼日利亚东北地区的拉沙镇发现;拉沙热病毒潜伏期6~21天,症状包括全身不适、发热、咽痛、咳嗽、恶心、呕吐、腹泻、肌痛及胸腹部疼痛,发热为稽留热或弛张热,常见眼部和结膜的炎症和渗出。绝大多数的人类感染表现为轻症或无症状,其他表现为严重多系统疾病;主要通过直接接触拉沙热患者的血液、尿、粪便或其它身体分泌物进行传播,还可在人之间传播。拉沙热总病死率1%,住院病死率接近15%。
 
Gale TV等[6]收集拉沙热患者血清进行非靶向代谢组学研究,发现LASV感染对血液凝集、脂质、氨基酸和核苷酸代谢通路产生较大影响;同时,作者也发现PAF及其类似物等(图5)可能作为潜在的生物标志物。
 
代谢组学
图5 拉沙热潜在生物标志物
 
5
重症急性呼吸综合征
(SARS)
 
SARS为一种由SARS冠状病毒(SARS-CoV)引起的急性呼吸道传染病,世界卫生组织(WHO)将其命名为重症急性呼吸综合征,于2002年在中国广东发生。潜伏期1~16天,常见为3~5天,起病急,传染性强,以发热为首发症状,主要传播方式为近距离飞沫传播或接触患者呼吸道分泌物。
 
Wu Qi等[7]收集感染SARS康复患者12年后的血清样本与健康样本进行常规代谢组学(GC-MS/LC-MS)和脂质组学分析,发现磷脂酰肌醇和溶血磷脂酰肌醇在康复患者体内升高(图6),可能与使用高剂量的甲基强的松龙有关。
 
代谢组学
图6 肌醇含量分布
 
参考文献
[1] Bermingham A, et al. Severe respiratory illness caused by a novel coronavirus, in a patient transferred to the United Kingdom from the Middle East, September 2012[J]. EuroSurverill, 2012, 17(40): 20290.
[2] Zaki AM, et al. Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia[J]. N Engl J Med, 2012, 367(19): 1814-1820.
[3] Nakayasu ES, et al. MPLEx: a Robust and Universal Protocol for Single-Sample Integrative Proteomic, Metabolomic, and Lipidomic Analyses. mSystems. 2016 May 10;1(3).
[4] Eisfeld AJ, et al. Multi-platform 'Omics Analysis of Human Ebola Virus Disease Pathogenesis. Cell Host Microbe. 2017 Dec 13.
[5] Kuhn M, et al. Mass-spectrometric profiling of cerebrospinal fluid reveals metabolite biomarkers for CNS involvement in varicella zoster virus reactivation. J Neuroinflammation. 2018 Jan 17;15(1):20.
[6] Gale TV, et al. Metabolomics analyses identify platelet activating factors and heme breakdown products as Lassa fever biomarkers. PLoS Negl Trop Dis. 2017 Sep 18;11(9):e0005943.
[7] Wu Q, et al. Altered Lipid Metabolism in Recovered SARS Patients Twelve Years after Infection. Sci Rep. 2017 Aug 22;7(1):9110.   
 
文献下载链接:
链接: https://pan.baidu.com/s/1VMuI-gY2wsqsNcMGhsSpvg 
提取码: 5d2y 
 
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