对COVID-19患者的宏转录组研究显示患者的气道微生物组受干扰更严重

一个中国的研究小组对COVID-19患者进行了一项宏转录组学特征研究，确定了特定的与免疫相关的宿主转录特征。这些特征能够作为工具用来提升COVID-19诊断水平并指明患者新冠病症的严重程度。

他们的研究被发表在《临床传染病》（Clinical Infectious Diseases）,上。研究者们表示，他们分析了187名患者的宏转录组信息。其中，62名患有COVID-19，另外125名则患有COVID-19以外的肺炎。他们分析了病原体、微生物组和宿主反应在转录方面的信息，然后基于宿主的转录特征构建了宿主基因分类器。

研究人员指出，COVID-19患者的气道微生物组表现出α多样性减少，并且有18个不同丰度的分类群。在47%的COVID-19病例中，患者的气道内还检测出了潜在致病微生物组，其中58%是呼吸道病毒。宿主的基因分析揭示出了与免疫途径（如细胞因子信号传导）显著相关的36个差异表达基因的转录特征。

研究者们写道，“与非COVID-19肺炎患者相比，COVID-19患者似乎气道中的微生物组受到了更严重的干扰，并伴有频繁的潜在并发感染，并且在某些信号传导途径中（例如γ-干扰素信号通路）会具有特殊的触发宿主免疫反应。"COVID-19的免疫相关宿主转录特征有望成为提升COVID-19诊断水平和指明患者新冠病症严重程度的工具。

为了全面描述COVID-19中的微生物情况，研究者们构建了一个由18,556种细菌、病毒、真菌和寄生虫所组成的数据库。然后，他们通过使用数据库进行系统分类，分析了来自患者群的无偏宏转录组测序数据。

研究者们在鼻咽样本中发现了31种微生物，在痰液样本中则发现了178种。这些微生物在COVID-19和非COVID-19病例之间的丰度有所不同。大多数在COVID-19病例中的丰度更低，有18种微生物在COVID-19病例的鼻咽样本和痰液样本中丰度都更低。在鼻炎样本和痰液样本中都存在的微生物里，没有一种微生物在COVID-19病例的两种样本内丰度都增加了。

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为了检测可能的并发感染，研究人员在一些COVID-19患者的样本中鉴别了24种具有潜在致病性的微生物。其中包括16种不同的微生物物种——白色念珠菌和人类 α疱疹病毒 1都是最常检测到的伺机性致病菌——以及8种病毒病原体，例如人流感和呼吸道合胞病毒。他们还观察到，与细菌或真菌相比，病毒所导致的潜在并发感染更多，这意味着对已经诊断出患有流感等其他感染的患者，在排除他是否还患有COVID-19的可能性时，应当谨慎行事。

为了更好地了解SARS-CoV-2感染所带来的宿主转录反应，研究者们随后比较了COVID-19和非COVID-19受试者的基因表达，并在鼻咽样本中共鉴定出了279个差异表达基因（DEG），在COVID-19的病例样本中，68.8%的基因表达降低，31.2%的表达增加。

研究者们表示，痰液样本中的COVID-19样本表现出了更大的分化，共鉴定出4454个DEG，在其中73.1%表达相对不足，26.9%表达相对过度。他们还发现鼻咽样本和痰液样本中有36种共同的DEG，其中30种在COVID-19样本中的表达较低，6种表达较高。

"我们使用KEGG和Reactome数据库进一步对常见的DEG进行了基因集富集分析，并确定了16种差异信号传导途径，其中有一半与免疫信号传导有关，"研究者们写道。"免疫系统本身被看作一种信号转导途径，其代表性明显过高，有12个差异表达基因。在感染COVID-19的情况下，免疫信号传导通路的亚类中，细胞因子信号传导的失调最为显著，其次是先天免疫系统和嗜中性粒细胞脱颗粒途径，这表明先天免疫系统和细胞因子信号传导在对抗COVID-19中起了关键作用。

之后，研究者们使用这36个共同DEG构建了一个基于宿主转录特征的预测分类器，这有助于对COVID-19的诊断。他们发现，如果仅分析SARS-CoV-2序列的存在，宿主特征可以识别10.5%的COVID-19 病例，这些病例本来可能会被宏基因组检测遗漏。他们还对COVID-19受试者进行了分类，以测试宿主基因分类器识别COVID-19疾病严重程度的潜能，并发现严重和轻度COVID-19病例会明确被分为单独的群类。

来源: GenomeWeb，翻译整理by普瑞君