CELL METAB | 脂质组学和代谢组学研究揭示COVI

2019冠状病毒病（COVID-19）的大流行对公共卫生构成了前所未有的威胁。众所周知，病毒会引起宿主细胞脂质体的深刻变化，并利用宿主代谢资源为病毒感染的不同阶段提供能量。肺泡II型上皮细胞作为新型冠状病毒的主要靶点，合成对调节肺功能至关重要的表面活性物质磷脂，通过胞内途径不断分泌和循环。

2020年6月，税光厚研究员团队和王福生院士团队在《Cell Metabolism》 （影响因子IF 22.42）上发表了题为“Omics-driven systems interrogation of metabolic dysregulation in COVID-19 pathogenesis”（小编译为：组学驱动系统探讨COVID-19发病机制中的代谢失调）的研究论文，阐述了富含单氧二己氧酰胺（monosialodihexosyl gangliosides, GM3）的外泌体可能参与COVID-19发病机制的病理过程，并呈现了健康人群与COVID-19患者不同的ZD的血浆脂质体和代谢组库。

（税光厚研究员团队和王福生院士团队在Cell Metabolism杂志发表在线文章，介绍COVID-19发病机制中的代谢失调，截图来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S155041312030317X）

本研究76名受试者的队列中，包括26例健康对照者和50例COVID-19不同疾病严重程度（即轻度、中度、重度）的患者。研究人员利用SCIEX QTRAP^®6500+系统和SCIEX TripleTOF™ 5600+系统分别开展靶向和非靶向串联质谱联用技术来分析血浆脂质组和代谢组。检测方法高覆盖度可以完成几百种上千种生物基质中代谢物的定量组学分析；而优异的检测重现性的检测保证了数据的可靠和准确。

通过对血浆样本进行了内部优化筛选后，血浆代谢组ZZ含有1002种代谢物（598种脂质，404种极性代谢物），这些代谢物使用71种内标物进行定量。一个由10种血浆代谢物组成的小组可有效地将COVID-19患者与健康人群区分开（AUC = 0.975）（图1）。

图1. 用于区分COVID-19患者和健康对照的血浆代谢物面板¹

研究人员对与COVID-19明显相关的血浆脂质组进一步分析发现，其类似于富含单唾液酸二己糖神经节苷脂（GM3）的外泌体，鞘磷脂（SMs）和GM3含量增加，二酰甘油（DAGs）含量减少（图2）。

图2. 与COVID-19严重程度相关的血浆脂质¹

随后，研究人员评估了COVID-19的血脂变化与相关临床指标的关联性。进行Spearman相关分析（p<0.05）发现，磷脂酰胆碱（PCs），特别是多不饱和磷脂酰胆碱(PUFA-PCs)和缩醛磷脂酰胆碱(PCps)，与全身炎症的临床指标（白细胞介素6（IL-6）、C-反应蛋白（CRP）、降钙素原（PCT）、红细胞沉降率（ESR）、血清铁蛋白（SF））呈显著负相关，这表明血浆PUFA-PCs和PCps的减少与全身炎症加重有关。与PCs相比，只有磷脂酰乙醇胺（PEps）而不是多不饱和磷脂酰乙醇胺（PUFA-PEs）与全身炎症的临床指标显著负相关。此外，血浆GM3是WY一种与T细胞计数（TCellC）和CD4+T细胞计数（CD4.TCellC）呈强负相关的病理改变的脂质（图3）。

图3. 血浆脂质与临床指标的相关性¹

脂质水平之间的强相关性可能意味着这些脂质存在于一个共同的代谢途径上并且是共同调节的，与健康状态相比，改变疾病中脂质对之间的相关性模式可能预示着病理上相关的代谢失调。因此，为了破译感染早期的脂质途径失调，研究人员使用多尺度嵌入式差分相关网络分析对COVID-19中的代谢异常进行系统评估，揭示与病理相关的脂质模块（图4）。

图4. 轻度COVID-19中血浆脂质与健康对照组的差异相关性分析¹

综上所述，借助SCIEX质谱分析系统，该研究对 COVID-19相关的血浆变化进行了广泛的脂组学和代谢组学分析，并结合差分相关网络分析，发现了可鉴别COVID-19与健康对照组的血浆代谢物小组，以及与COVID-19在病理上相关的代谢物簇，并提供了证据表明富含GM3的外泌体参与了COVID-19的发病机理。

（作者对血浆样本进行了内部优化筛选后，血浆代谢组ZZ含有1002种代谢物（598种脂质，404种极性代谢物），这些代谢物使用71种内标物进行定量。一个由10种血浆代谢物组成的小组可有效地将COVID-19患者与健康对照区分开；图片来源：参考文献1）

参考文献：

Song, et al. Omics-Driven Systems Interrogation of Metabolic Dysregulation in COVID-19 Pathogenesis. Cell Metab 2020 08 04;322(2)

基于SCIEX QTRAP^®系统

的高覆盖靶向代谢/脂质组学研究平台

QTRAP质谱平台整体优势

  ·  更高灵敏度的定量能力

  ·  扩展的动态线性范围

  ·  更快速的扫描速度和极性切换速度

  ·  内置线性离子阱质谱功能同时实现定量和定性

  ·  稳定、可靠、耐用

高覆盖靶向代谢组学方案优势

  ·  无需标准品，通过离子阱超高定性灵敏度获得化合物指纹信息完成色谱峰定位和代谢物确认

  ·  超高通量，正、负离子同时检测，分析效率提高了至少2倍

  ·  超高定量灵敏度，SCIEX QTRAP® 6500+ LC-MS/MS系统的检测灵敏度比经典的非靶向代谢组学方法高出2个数量级以上

  ·  结果重现性、精密度和稳定性好，可在不同实验室重复出结果

  ·  该方案可应用于临床疾病研究，具有重复并稳定测定的生物标记物的能力，真正服务于临床转化和JZ检测

基于SCIEX TripleTOF™系统

的非靶向代谢/脂质组学研究平台

TripleTOF™ 6600+系统

新一代为大规模定量分析而设计的高分辨质谱

快速质谱扫描

高达100 赫兹 的MS/MS采集频率，提供独特的定性和定量能力，从快速靶向定量方法MRM-HR到复杂的组合方法SWATH^®采集和数据依赖型采集（IDA）均可在这个系统实现

新一代SWATH^®采集技术

可变窗口SWATH^®采集技术提供了全新的非数据依赖采集策略，为所有可检测到的化合物提供大规模、高灵敏度的定量数据，帮助用户为样品建立yongjiu的数字档案，便于样品数据溯源

灵活的前端色谱配置

从高流速超高压液相系统（UHPLC）、微升流速液相、纳升液相到毛细管电泳，根据分析通量和目的个性化组合使用

非靶向代谢组学方案的优势

  ·  SWATH^®采集技术实现全景式代谢物信息记录，避免数据依赖扫描下MS/MS信息丢失导致化合物漏检，提升代谢物发现的完整性

  ·  除了常规高流速UHPLC的联用，能够使用配套的微升流速M5液相和OptiFlow™ Turbo V离子源，进一步提升代谢物检测的灵敏度，并减少样本用量和流动相消耗

  ·  利用毛细管电泳-质谱联用技术（CESI-MS），有效分离同分异构体代谢物和极性代谢物，满足结构相近或极性代谢物的分离需求

  ·  由于采用了与SCIEX高端三重四极杆质谱相同的离子源、光学透镜、Q1和Q2设计，可以轻松实现非靶向代谢组学数据到靶向代谢组学数据的转化，贯通从发现到验证的应用流程