STTT | 新冠患者体内存在一种与神经功能障碍有关的病毒microRNA

前言

由SARS-CoV-2感染引起的新冠肺炎仍在肆虐全球。截至2022年3月，全球近200个国家和地区已有4.6亿确诊病例，因新冠肺炎导致死亡人数达610万人。除了以疫苗为主的预防病毒感染外，迫切需要在感染后尽早准确诊断新冠肺炎患者。发展一种高灵敏度和高准确度的可靠诊断方法，对判断处于无症状潜伏期的密切接触者是否发生SARS-CoV-2感染具有重要意义。由病毒编码的miRNAs（vmiRNAs）已被报道在埃博拉感染患者的血清中发现，且比病毒基因组更早地被检测到。同时也有文章报道了从SARS-CoV和SARS-CoV-2基因组中发现的vmiRNA。但到目前为止，在SARS-CoV-2感染患者中检测vmiRNAs尚未见报道，对于SARS-CoV-2感染的早期检测具有重要的意义。

近日，由同济大学附属东方医院刘中民院长和俞作仁教授、上海市浦东新区疾病预防控制中心郝莉鹏副主任作为共同通讯作者，在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=18.187）杂志发表了题为“Identification of a SARS-CoV-2 virus-encoded small non-coding RNA in association with the neurological disorders in COVID-19 patients”的研究快讯，报道了从新冠患者中鉴定出了一种由SARS-CoV-2病毒编码的microRNA（vmiRNA），且其可能与新冠肺炎患者的神经系统障碍有关。

研究内容解析

从新冠患者中鉴定出一个由 SARS-CoV-2基因组编码的新的vmiRNA

研究者通过对SARS-CoV-2病毒基因组序列进行计算预测，并结合对新冠肺炎患者样本的vmiRNA筛选分析，成功地鉴定出了一个由SARS-CoV-2编码的vmiRNA及其前体（图1a），研究者将前体命名为Pre-CvmiR-5，将成熟vmiRNA命名为CvmiR-5-5p。对9种冠状病毒的BLAST分析表明，CvmiR-5-5p序列是SARS-CoV-2所特有的，并在SARS-CoV-2及其两个主要突变株Delta株和Omicron株中保守。

为了验证病毒感染后CvmiR-5-5p在人细胞中的生物发生，研究者合成了CvmiR-5前体，通过载体转染人肺泡基底上皮细胞系A549，通过RT-qPCR检测及对扩增产物的一代测序，验证了成熟的CvmiR-5-5p在宿主细胞中的生物发生，其长度在20-23nt之间（图1b和c）。此外，研究者通过对SARS-CoV-2病毒感染的Calu-3细胞小RNA测序公共数据进行分析，同样证明了病毒感染后，宿主细胞中可以检测到CvmiR-5-5p（图1d）。

图1 | 从新冠患者中鉴定出一个由 SARS-CoV-2基因组编码的新的vmiRNA

CvmiR-5-5p用于 SARS-CoV-2感染诊断的潜力

接下来，作者定量比较了患者血清、痰和鼻拭子样本中CvmiR-5-5p的检测灵敏度。对8例不同类型新冠肺炎患者和8例正常对照的血清进行RT-qPCR检测，CvmiR-5-5p在所有患者血清中均可检测到（Ct值范围为约32-35），而在正常对照的血清中均未检测到（图2e）。具有不同症状的患者之间的CvmiR-5-5p水平的比较表明，CvmiR-5-5p的丰度与疾病的进展和严重程度呈正相关（图2f）。

为了比较CvmiR-5-5p在不同类型样本中的丰度，研究者又对5例新冠肺炎患者的血清和鼻拭子样本，进行了RT-qPCR定量。CvmiR-5-5p在血清和鼻拭子样本中都得到了很好的扩增。在五名患者中，有三名患者的血清CvmiR-5-5p水平明显高于鼻拭子，且这三例患者均为无症状感染者。除此之外还有一名患者的血清CvmiR-5-5p水平低于鼻拭子，而他也是一例有症状的患者。

此外，研究者还偶然收集了一名新冠肺炎患者的血清和痰样本。定量分析显示痰中CvmiR-5-5p的水平显著高于血清中的水平（图2h），提示痰标本可能是一种富含CvmiR-5-5p的标本，便于快速检测。

这些结果表明，基于CvmiR-5-5p的SARS-CoV-2检测方法具有较高的特异性，并提示了血清CvmiR-5-5p在患者产生症状前的早期诊断中的潜力，以及痰样本的可用性。当然，这些结论还需要用更大规模的样本进一步证实。
 

图 2 | CvmiR-5-5p用于 SARS-CoV-2感染诊断的潜力

CvmiR-5-5p可能在新冠肺炎患者神经功能障碍的发生中起着重要的调控作用

最后，为了探讨CvmiR-5-5p在新冠肺炎发病机制中的作用，研究者通过Miranda软件预测了CvmiR-5-5p的靶基因并进行了GO和KEGG功能富集分析（图1i）。结果显示，在人类宿主细胞中，共有8610个mRNAs被预测为CvmiR-5-5p的潜在靶点，并且令人惊讶的是，人类神经系统相关通路，包括神经发生、神经元发育和神经元分化的调节，是GO分析中最富集的五个通路（图3J）。此外，研究者还对过表达CvmiR-5前体的A549细胞进行了转录组测序（RNA-seq）分析，将差异表达基因与CvmiR-5-5p的靶基因取交，通过通路分析进一步证明CvmiR-5参与调节免疫系统、神经/感觉系统、病毒感染性疾病和代谢过程。这些提示CvmiR-5-5p在新冠肺炎的发病过程，特别是在新冠肺炎患者神经功能障碍的发生中起着重要的调控作用。

图 3 | CvmiR-5-5p可能在新冠肺炎患者神经功能障碍的发生中起着重要的调控作用

研究结论

（1）鉴定并证明了新冠患者体内存在由SARS-CoV-2基因组编码的vmiRNA，CvmiR-5-5p。

（2）基于CvmiR-5-5p的SARS-CoV-2检测方法具有较高的特异性，并提示了血清CvmiR-5-5p在无症状感染者的早期诊断中的潜力。

（3）CvmiR-5-5p可能在新冠肺炎患者神经功能障碍的发生中起着重要的调控作用

同济大学附属东方医院的赵倩、汪琼、王义兴以及上海市浦东新区疾病预防控制中心的赵冰为共同第一作者。文章中转录组测序及分析服务由欧易生物完成。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41392-022-00969-1