百趣代谢组学文献分享，今天我们分享的文献就是通过多组学技术研究埃博拉病毒发病机制及组合生物标志物的发现。该文献的研究思路也可以给我们开展新型冠状病毒肺炎相关研究提供借鉴。

 

代谢组学文献分享，2013-2016年西非埃博拉病毒病（EVD）疫情是迄今为止最具破坏性的人类埃博拉疫情，造成23000多例实验室确诊病例和11000多人死亡。而2018年5月，埃博拉病毒又突然在非洲中部国家刚果（金）爆发，迄今为止，已有超过1600人因此死亡。

研究团队收集了11个EVD感染幸存者，从初步诊断至康复的一系列样本共计29例、9个EVD致死患者死亡前样本以及10个健康的志愿者对照样本。代谢组学文献分享，对患者的血浆样本和外周血单个核细胞（PBMCs）进行了基于代谢组学、脂质组学、蛋白组学等的多组学分析，以研究不同患者对埃博拉病毒反应存在差异的机制，并寻找感染EVD死亡病例的生物标志物。

 

图1 EVD患者及志愿者样本采集

 

图2 多组学实验设计及流程

由于埃博拉病毒属于生物安全等级为4级的烈性病毒，研究者使用一种Rapid Containment Kits（一种便携式电池驱动动负压现场实验室装置）用于样本前处理。代谢组学文献分享，对于蛋白组学和代谢组学样本分别使用了8M尿酸和氯仿/甲醇溶液两种方法用于病毒灭活：8M尿素法是在含有埃博拉病的140μL血浆中添加尿素至8mol终浓度，静置10分钟；氯仿/甲醇法是在140μL血浆中加入600μL氯仿/甲醇混合液（2：1）后涡旋。

代谢组学文献分享，灭活后的样本加入150μL含有10%胎牛血清（FBS）和1x青/链霉素（penicillin/streptomycin cocktail）的MEM培养基进行病毒检测，结果表明两种方法均可有效灭活埃博拉病毒。

首先是对患者细胞因子和病毒量的分析，代谢组学文献分享，EVD致死患者体内病毒量要明显高于EVD幸存者，而且血浆中白细胞介素-6 (IL-6)和肿瘤坏死因子(TNF)高于EVD幸存者，而EVD幸存者与对照组的比较中发现IL-6、TNF和白细胞介素-10（IL-10）的含量显著升高，并随着疾病的治愈在逐渐减低。

 

图3 病毒量和细胞因子分析

由于此前对于埃博拉病毒导致宿主的代谢反应知之甚少，作者先进行了代谢组学的分析，通过代谢组学的检测发现的最明显的一个现象是EVD致死患者血浆中游离氨基酸的含量下降的非常显著，说明在EVD致死患者体内免疫细胞被激活了，同时蔗糖的含量显著上升，可能是由于EVD导致的肠组织损伤使蔗糖无法被分解而导致的积累。

 

图4 血浆中代谢物的变化

由于血脂成分的改变和诸如败血症之类炎症类疾病有关，代谢组学文献分享，作者进一步通过脂质组的分析发现EVD感染后会导致DG和PE脂质含量上升，PC、PI和LPE类脂质含量下降。代谢组学文献分享，同时EVD致死患者和幸存者血浆中脂质类型也有所不同，EVD幸存者血浆中PS、PG和MG类脂质的含量较低。

 

图5 血浆中脂质的变化

通过对患者体内差异蛋白的通路富集分析，代谢组学文献分享，发现EVD感染后“细胞粘附分子”通路会被富集，与健康对照组相比EVD致死患者以及幸存者血浆中“细胞粘附分子”通路均被高度富集，包括内皮细胞、巨噬细胞和中性粒细胞上均发现粘附分子显著上调。代谢组学文献分享，结合PBMC转录组的数据，作者推测血浆中TNF含量上升促使EVD致死病例的髓细胞更容易发生坏死性凋亡。

 

图6 血浆蛋白中蛋白组的变化

最后，作者结合多组学数据、细胞因子和临床指标试图挖掘生物标志物，使用LOOCV法从上述指标中筛选了11个biomarker，代谢组学文献分享，联合这11个biomarker能够有效地区分EVD致死患者和EVD幸存者样本。

 

图7 生物标志物的筛选

代谢组学文献分享，总的来说，本文的研究团队通过结合多组学技术深入挖掘了埃博拉病毒致病的致死机制，并结合多组学数据构建了一套生物标志物组合，从而有助于改善那些高危患者的预后治疗。