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JAMA Cardiol(IF 14.7)| 组学大牛Matthias Mann利用4D蛋白组学揭示新冠病毒诱导的心肌炎分子特征

2022-04-08
中科新生命
1470

炎症性心肌病是一种以心脏免疫细胞浸润为特征的常见疾病,常由病毒、系统性免疫紊乱和药物毒性引起。近期发现SARS-CoV-2感染的患者也伴有炎症性心肌病,但是其具体的分子特征仍未知。

2021年12月,德国心血管研究中心Christian Schulz和马克斯·普朗克生物化学研究所Matthias Mann等团队合作在心血管医学领域权威期刊JAMA Cardiology(IF 14.7)杂志上发表了一篇参与的题为“Association of Complement and MAPK Activation With SARS-CoV-2–Associated Myocardial Inflammation”的文章。该文章利用4D蛋白组学技术和转录组学技术评估了SARS-CoV-2感染患者以及病毒和免疫介导的心肌炎患者心脏的分子特征。


研究材料

非SARS-CoV-2病毒性心肌炎、免疫介导心肌炎、非炎症性心肌病、SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者心脏组织的福尔马林固定石蜡包埋 (FFPE) 样本

技术路线

· 步骤1:不同心肌炎患者的免疫特征分析;

· 步骤2:不同心肌炎患者的蛋白组学和转录组学分析;

· 步骤3:富集通路的深入分析。

研究结果

1. 不同心肌炎患者的免疫特征分析

本研究共收集了19例参与者,包括4例(非SARS-CoV-2)病毒性心肌炎患者、5例免疫介导心肌炎患者、5例非炎症性心肌病患者以及5例SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者(患者信息见下表)。

表1 心肌炎患者的信息

免疫组织化学分析显示,在免疫介导和病毒性心肌炎患者中,存在由T细胞(CD3)和巨噬细胞(CD68)组成的炎症浸润(图1A和1B),非炎症对照组患者中T细胞缺失,巨噬细胞丰度较低,而在SARS-CoV-2感染患者中,心脏浸润以巨噬细胞为主,T细胞数量中度增加但较其他患者较高(图1B)。对巨噬细胞的清除受体CD163(SARS-CoV-2感染患者中巨噬细胞的特征)的研究发现,虽然所有炎症患者中CD163的表达都有所增加(图1C),但SARS-CoV-2组巨噬细胞的量最高(图1D)。综上所述,这些发现表明不同炎症条件下的免疫反应存在差异。


图1 心脏标本的的组织学特征

2. 不同心肌炎患者的蛋白组学和转录组学分析

为了全面探索心肌炎患者心脏的分子特征,作者随后对患者的心内膜心肌活检(EMB)样本进行了转录组学和4D蛋白组学分析(分析流程如下图所示)。


图2 分析流程图

相关性分析结果显示SARS-CoV-2感染患者EMB组织的蛋白组与病毒相关性心肌炎相关性最高,而非炎症对照组患者的蛋白组相关性较低(图3A),表明蛋白质丰度发生了群体特异性的改变

蛋白表达差异分析(图3B)结果中发现基质相互作用分子1 (STIM1)前体在SARS-CoV-2患者中的表达均显著高于其他组。

通路富集分析结果显示与非炎症对照组相比,SARS-CoV-2组中丝氨酸/苏氨酸激酶信号转导通路(特别是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和B-Raf通路)以及补体级联反应通路显著上调(图3C),且SARS-Cov-2组中的显著差异蛋白数目在这两种信号通路中均较高于其他三个组别(图3D)。


图3 SARS-CoV-2相关炎症性心肌病的分子特征

3. 富集通路的深入分析

作者随后对MAPK和B-Raf通路和补体级联反应进行了更深入的分析,结果显示MAPK通路中的蛋白MAP2K1、MAPK3以及ras相关蛋白--RAP1A, RAP1B和M-Ras,较于非炎症性心肌患者均显著上调(图4A),不过该改变仅是在蛋白组学水平上,转录组的变化较小(图4B)。


图4 MAPK通路在SARS-CoV-2感染中上调

在SARS-CoV-2心肌炎组中,补体级联反应中的组成成分C1qB、C1qC、C3、C7、丝氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制剂分支G成员1 (SERPING1)和CD55在蛋白质组和转录组水平上均显著上调(图5A)。另外,由于C1q是由巨噬细胞产生的,作者专门研究了心脏巨噬细胞中这种补体蛋白的丰度,结果显示在EMB切片的免疫荧光分析中,CD68+巨噬细胞中存在C1q,且炎症患者中巨噬细胞C1q中位荧光强度值增加,在SARS-CoV-2感染患者中巨噬细胞C1q中位荧光强度值最高(图5B)。综上所述,在SARS-CoV-2感染的心肌炎症中,心肌巨噬细胞与补体蛋白C1q的丰度增加相关。


图5 补体级联反应在SARS-CoV-2感染中上调

小编小结

在19名参与者中,心肌炎患者心肌组织中CD163+巨噬细胞的丰度普遍较高,而与非SARS-CoV-2病毒相关和免疫介导的心肌炎患者相比,SARS-CoV-2感染患者心肌组织中的淋巴细胞计数较低。在SARS-CoV-2感染患者中,补体级联反应的组成成分,包括C1q亚基和丝氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制剂分支G成员1在蛋白组和转录组中均较其他组患者显著上调。在心脏巨噬细胞中,C1q丰度在SARS-CoV-2感染中最高。对重要信号级联的评估发现丝氨酸/苏氨酸丝裂原激活的蛋白激酶通路也显著上调。

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