(原文截选)
前言
母乳的营养成分直接参与新生儿的免疫反应,在病毒感染的情况下母乳成分的变化不仅反映了母亲的生理变化,而且还通过母乳喂养影响新生儿的免疫力和新陈代谢。对新冠肺炎产妇来说,母乳是否会受到新冠病毒影响以及母乳喂养是否安全,这些仍未可知。
今天笔者带来一篇发表于Signal Transduction and Targeted Therapy(IF:18.180)的论文,通过蛋白质组学、脂质组学、代谢组学揭示了COVID-19对新冠肺炎产妇母乳产生的影响。该项目由中科院武汉病毒研究所周溪研究员团队、华中科技大学同济医学院附属协和医院妇产科邹丽教授团队、厦门大学生命科学学院林树海教授团队合作开展研究,谱度众合(武汉)生命科技有限公司在这项研究中也贡献了自己的一份力量。
实验思路
研究团队采集了行剖宫产手术分娩的4名新冠肺炎产妇和2名健康产妇产后3天的初乳样本。在新冠肺炎患者的母乳样本中,SARS-CoV-2血清学和病毒RNA检测均为阴性。此外,所有新生儿的阿普加(Apgar)评分均为10分。通过蛋白质组学、脂质组学和代谢组学技术来分析初乳样本,揭示了新冠肺炎产妇母乳成分的变化。
结果一:脂质组学分析
共鉴定到504种脂类,但在主成分分析中,新冠肺炎患者和健康对照的分类并不明确,只有13种血脂具有显著变化。异丁基肉碱和丁基肉碱水平的升高表明新冠肺炎患者短链酰基辅酶A脱氢酶略有缺乏,可能是由于症状比较轻微。
结果二:蛋白质组学分析
在初乳样本中共定量到1715种蛋白质,通过主成分分析,可以大致区分新冠肺炎患者和健康人的母乳。以|log2(FC)|>0.5, P<0.05为标准,仅鉴定到88个差异表达蛋白质(DEPs),表明新冠肺炎患者母乳蛋白改变较为和缓。
GO和KEGG富集分析结果表明DEPs在参与免疫反应、炎症反应和新陈代谢的过程中富集,并且在这些过程中富集的大多数DEPs下调。中性粒细胞脱颗粒的过程在GO中P值得分最高,母乳中中性粒细胞脱颗粒标志物包括CD44和补体因子备解素(CFP)的水平下调。此外,新冠肺炎患者母乳中参与其他过程(如血小板脱颗粒和白细胞迁移)的DEPs表达也下调。细胞外基质成分ADAMTS3在新冠肺炎产妇的母乳中表达上调,提示SARS-CoV-2感染可能影响淋巴管的生成。这些结果表明,新冠肺炎下调了许多与免疫反应相关的母乳蛋白的表达。
结果三:代谢组学分析
共鉴定到340种代谢物,通过主成分分析可以将新冠肺炎患者和健康人的母乳样本进行分离。对差异代谢物进行的通路分析表明胺酰tRNA的生物合成和芳香族氨基酸(AAA)代谢的改变是新冠肺炎产妇母乳中显著的代谢特征。KEGG富集分析显示蛋白质消化和吸收、胺酰tRNA生物合成和色氨酸代谢等途径被增强。
通过进一步鉴定17种芳香族氨基酸及其衍生物,揭示了色氨酸分解代谢水平在新冠肺炎患者母乳中显著降低。同样,对酪氨酸和苯丙氨酸代谢的分析表明,微生物代谢物,包括参与免疫系统宿主-微生物相互作用的反式肉桂酸和苯乙胺,在新冠肺炎患者母乳中也显著降低。
此外,将芳香族氨基酸及其衍生物整合到一个具有DEPs的调控网络中,发现苯丙氨酸及其脱羧产物苯乙胺与众多免疫介导的DEPs相互作用。综上,这些结果表明新冠肺炎患者母乳中吲哚及其衍生物的水平降低,可能是由炎症反应引起。
总结
本文运用多组学技术揭示了与新冠肺炎相关的大量母乳蛋白、脂质和代谢物的显著变化。新冠肺炎患者母乳中的DEPs主要富集在免疫应答方面,与此同时,母乳中通过细菌途径从芳香族氨基酸衍生的微生物代谢物也发生了显著变化。母乳成分的变化可能是由SARS-CoV-2介导的母乳产生和/或乳腺分泌的效应所致,是母亲对新冠病毒感染产生的生理性应答。因此本研究表明,因新冠病毒感染造成的缺乏免疫相关成分的母乳,可能不利于新生儿早期免疫防御的建立。
为了尽量避免个体差异造成的数据误差,在临床蛋白质组学或代谢组学的研究中,通常需要较多的样本数量。在一定程度上,样本数量越多,组学数据的可信度和临床意义也会更大。但是如果样本来源较为珍稀,研究内容具有较高的临床价值,也能通过完善的分析,总结出具有较高意义的结论,即使样本数量较少,也能进行有价值的研究,发表较高档次的论文。本文即是这种少样本量组学研究的典型示例。