清華新聞網(wǎng)4月13日電 新冠肺炎疫情對全球公共衛(wèi)生安全造成嚴重威脅，世界衛(wèi)生組織（WHO）已將其列為全球性大流行病，累計死亡人數(shù)已超過260萬，迫切需要有效的治療策略。細胞因子釋放綜合癥（cytokine release syndrome, CRS，也稱為“細胞因子風(fēng)暴”）是COVID-19重癥患者的重要臨床特征，表現(xiàn)為促炎性細胞因子/趨化因子的大量分泌，是引起多器官損傷、功能衰竭等危重癥和不良預(yù)后的重要因素。靶向CRS相關(guān)細胞因子的免疫治療策略提示阻斷促炎性細胞因子釋放具有治療COVID-19的潛在可能。因此，探究COVID-19患者中促進CRS相關(guān)促炎性細胞因子分泌的驅(qū)動因素十分必要。
近年來的免疫代謝相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，細胞代謝重編程在激活免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)（包括病毒感染導(dǎo)致的細胞因子分泌）中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。雖然已有研究表明COVID-19患者的外周血代謝物與炎癥細胞因子的分泌密切相關(guān)，但對于SARS-CoV-2感染后宿主代謝重塑對炎癥反應(yīng)的調(diào)控功能，目前仍然缺乏全面的認識。
相關(guān)機制圖示
為了探討COVID-19患者的代謝重塑與CRS之間的關(guān)聯(lián)性，胡澤平與合作者研究團隊利用靶向和非靶向代謝組學(xué)技術(shù)，對重癥患者、輕癥患者、非COVID-19急性上呼吸道感染者和健康對照者的血清進行了分析，全面地描繪了COVID-19輕癥和重癥患者血清中顯著改變的代謝途徑，同時揭示了輕癥隨訪患者血清中代謝物在疾病治療進程中的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與急性上呼吸道感染者和健康對照者相比，COVID-19患者具有獨特的代謝異常特征，其中36種嘌呤、色氨酸和精氨酸代謝途徑相關(guān)代謝物的水平變化與疾病嚴重程度相關(guān)。進一步檢測上述隊列血清中的28種細胞因子/趨化因子，發(fā)現(xiàn)CRS相關(guān)細胞因子水平隨疾病嚴重程度呈遞進式升高。值得關(guān)注的是，血清代謝物與細胞因子/趨化因子的相關(guān)性分析表明兩者之間存在緊密關(guān)聯(lián)，并特別提示了重癥患者中與促炎性細胞因子相關(guān)的代謝途徑，例如精氨酸與CRS相關(guān)炎性細胞因子IL-6、IL-1β、M-CSF、IL-12 p70、IFN-α2等呈現(xiàn)強關(guān)聯(lián)性，因此推測重要代謝通路對促炎性細胞因子/趨化因子分泌具有潛在的調(diào)控作用。
為了探明代謝重塑在調(diào)控細胞因子分泌中的功能，胡澤平團隊利用從SARS-CoV-2感染的恒河猴模型分離的外周血單核細胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMC）進行體外干預(yù)實驗，觀察干預(yù)相關(guān)代謝通路能否調(diào)控PBMC細胞因子的分泌。結(jié)果顯示，外援補充代謝物精氨酸、或加入色氨酸代謝抑制劑Epacadostat或嘌呤代謝相關(guān)抑制劑霉酚酸可以有效調(diào)控SARS-CoV-2誘導(dǎo)的PBMC促炎性細胞因子的釋放，其中大部分細胞因子與CRS有關(guān)。尤為重要的是，外源添加促炎細胞因子混合物可導(dǎo)致PBMC中部分代謝物水平發(fā)生改變，表明SARS-CoV-2感染所導(dǎo)致的代謝重塑至少部分是由過度促炎細胞因子分泌所引起。
綜上，該研究通過對COVID-19患者的代謝重塑與炎癥反應(yīng)進行整合分析，發(fā)現(xiàn)特別在重癥患者中兩者密切相關(guān)且相互影響，而干預(yù)精氨酸、色氨酸或嘌呤代謝能夠顯著改善過度炎癥反應(yīng)。該研究為非典冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染引起CRS的分子機制提供了新見解，并提示代謝干預(yù)或可作為治療新冠肺炎患者中CRS的潛在新策略。
該研究成果作為研究論文于2021年3月12日在線發(fā)表于《自然?通訊》（Nature Communications）期刊，題為《代謝組學(xué)和炎癥因子整合分析揭示治療新冠肺炎患者中的免疫代謝重塑及其潛在治療策略》（Integrated cytokine and metabolite analysis reveals immunometabolic reprogramming in COVID-19 patients with therapeutic implications）。
清華大學(xué)藥學(xué)院博士生肖楠、博士后聶萌、龐歡歡、王博弘以及重慶醫(yī)科大學(xué)感染性疾病分子生物學(xué)教育部重點實驗室研究員胡接力為該論文的共同第一作者。清華大學(xué)藥學(xué)院胡澤平研究員、重慶醫(yī)科大學(xué)感染性疾病分子生物學(xué)教育部重點實驗室黃愛龍教授與唐霓教授為共同通訊作者。清華大學(xué)李梢教授和安捷倫科技公司冉小蓉博士參與合作。清華大學(xué)曾文文、胡小玉、丁強、藍勛、董忠軍、劉萬里、江鵬等教授對該研究提供了大力支持和幫助。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委“糖脂代謝的時空網(wǎng)絡(luò)調(diào)控”重大計劃的重點項目、科技部“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”重點專項、清華-北大聯(lián)合生命中心，以及重慶市科學(xué)技術(shù)局和重慶醫(yī)科大學(xué)新型冠狀病毒性肺炎應(yīng)急項目、國家傳染病科技重大專項等項目支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21907-9
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
