本文轉載自「西湖大學WestlakeUniversity」微信公眾號。
截至2021年1月10日，新冠病毒感染導致的全球死亡人數已經超過193萬。我們已知病毒入侵人體後會對多個器官造成損傷，但並不清楚這些損傷背後的分子機制，進而限制了可能採取的提前幹預和治療措施。
北京時間1月9日，西湖大學生命科學學院郭天南課題組與華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院胡豫、夏家紅、聶秀團隊合作在Cell在線發表了題為「Multi-organ Proteomic Landscape of COVID-19 Autopsies」的最新研究論文，報導了2020年初因新冠肺炎去世的患者體內多器官組織樣本中蛋白質分子病理全景圖。相當於他們將醫生在顯微鏡下看到的人體感染新冠後細胞組織的改變放大了數萬倍，達到蛋白質分子層面，「看」清楚是哪些分子的改變導致人體器官的病變和衰竭。
這是在全球範圍內第一次從蛋白質分子水平上，對新冠病毒感染人體後多個關鍵器官做出的響應進行了詳細和系統的分析，為臨床工作者和研究人員制定治療方案、開發新的藥物及治療方法提供了線索和依據。
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00004-0
感染新冠病毒後
5336個蛋白質分子發生改變
大量臨床診療和研究顯示，新冠病人的肺部等器官產生了損傷。但此前大多數與新冠相關的基礎研究，是在實驗室裡利用基於病毒感染的細胞系模型來推測病毒對人體各器官造成的影響，缺乏對新冠肺炎重症患者多器官損傷的病理學觀察表型背後的分子水平研究，這樣就很難深刻認識新冠致死的機理，並進一步針對患者進行精準的幹預治療。
西湖大學郭天南團隊及其合作者收集了19例新冠去世患者的肺、脾、肝、心臟、腎臟、甲狀腺和睪丸等七種器官的（圖1）組織樣本。通過鏡下的病理學檢查，可以發現這些病人的肺部出現瀰漫性肺泡損傷，肺纖維化，中性粒細胞浸潤及血栓形成等病理改變，脾臟白髓萎縮，肝臟發生脂肪化生和部分病例出現梗死，心臟發生心肌水腫及間質淋巴細胞浸潤現象，腎臟發現急性腎小管損傷。
圖1. 新冠病人多器官樣本採集和鏡下病理學檢查
之後，分子層面的研究開始了。基於高壓循環技術（PCT）及TMT標記結合鳥槍法蛋白質組技術的質譜數據採樣以及組學數據分析，研究團隊鑑定了11394個人源蛋白質分子，繪製出新冠危重症死亡患者的多器官蛋白分子全景圖（圖2）。與非新冠患者的對照組織樣本比較，5336個蛋白質發生了改變（圖3）。
圖2. 新冠病人多器官蛋白質組定量示意圖
圖3. 新冠病人死亡患者多器官蛋白分子病理全景圖
其中，在人體七類器官組織中，脾臟紅髓裡未鑑定到明顯改變的蛋白，而肝臟裡改變的蛋白數量最多(N=1970)，這意味著新冠肺炎致死患者中肝臟受到的損傷可能比較大。
對新冠病毒進入人體的「罪魁禍首」ACE2蛋白（病毒受體血管緊張素轉化酶2，人體內調解血壓的一個蛋白），研究團隊發現它的數量在新冠病人各類器官中與非新冠病人並無顯著差別。而另一個蛋白，即幫助病毒進入細胞相關的組織蛋白酶L（CTSL），在新冠病人肺部卻明顯增多（圖4）。這提示ACE2的表達水平並沒有在新冠致死患者中出現改變，僅僅是新冠病毒進入人體的一個通道，CTSL卻可能是阻斷病毒入侵的潛在治療靶點。
除了肺部
肝腎也出現纖維化先兆
圖4. 病毒侵入人體後多器官高炎症狀態及組織損傷相關特異性分子變化示意圖。其中紅/綠框黑字分別表示明顯上/下調的蛋白，紅/綠框白字表示明顯激活/抑制的通路，白框表示未定量或未失調的蛋白。
研究團隊進一步對多種器官的生理功能、病理形態與蛋白質組學進行系統比較研究（圖4），發現了多個肺部蛋白出現改變，包括與病毒增殖相關、參與肺纖維化病理過程及降解病毒限制因子的蛋白。蛋白組學同時顯示，肺部和脾臟表現出以免疫檢查點蛋白的上調及T細胞富集蛋白的下調為分子特徵的適應性免疫反應抑制，且脾臟的T，B等淋巴細胞減少也印證了該分子特徵。
從臨床病理學來看，雖然只有肺部發生了實質性的纖維化病變，但蛋白組學結果（圖3，4）顯示，在肝臟、腎臟等器官也觀察到組織纖維化的先兆，提示對已恢復健康的危重症新冠病人而言，需要對「多器官纖維化」這一可能出現的後遺症進行預防和採取提前幹預。
研究團隊中的臨床合作者在2020年5月曾第一次報告新冠病毒感染死亡患者的睪丸存在生精小管損傷，Leydig細胞減少和輕度淋巴細胞炎症等病理改變。但這些都只停留在「宏觀」層面，究竟是哪些分子的改變導致了這些損傷？郭天南實驗室找到了新冠患者的睪丸組織中發生明顯改變的10個蛋白，它們的功能與膽固醇合成抑制、精子活性降低和Leydig細胞特異標記物減少緊密相關（圖5）。其中Leydig細胞與男性雄性激素合成及分泌緊密相關，提示男性新冠患者的生育能力可能受到影響。
當然，這些研究是基於新冠死亡患者的組織樣本，在輕症及重症患者中是否會出現同樣變化，以及這樣的變化是否可逆，還需要進一步研究。
圖5. 新冠去世患者睪丸間隙Leydig細胞相對減少，組織內明顯下調的蛋白及相關通路示意圖。
End