阳了浑身乏力?睡不好?代谢组学揭秘新冠感染背后的身体变化

2023-02-02 16:55:39, Calibra 杭州凯莱谱精准医疗检测技术有限公司


在经历了2022年底和2023年初这一波奥秘克戎新冠感染高峰之后,很多人对新冠病毒有了亲身的的体验和感受,也随之产生了很多的疑问。为什么新冠病毒引起的发烧感冒症状相比流感会引起更多的不适?为什么在中招之后会觉得那么的乏力?为什么在有的人阳了十几天核酸也不转阴?在什么样的情况下需要及时就医?为什么中招了感觉心情沉重,睡眠也不好?对这些困扰很多人的问题,除了在社会媒体中寻找各种意见和建议以外,科研工作者们也在一直进行着大量的基础研究工作,希望从更深层的角度发现和解决问题。


自2020年新冠疫情爆发起,凯莱谱实验室就一直在运用多组学技术与研究伙伴一起对新冠病毒感染后人体内的代谢和蛋白等分子的变化进行了系统的研究。从2020年初至今,凯莱谱实验室已经先后在Cell (2020年)[1],Cell Reports (2021年)[2],Cell Discovery[3] 和Frontiers in Pharmacology(2022年)[4] 等杂志发表了多篇新冠相关的多组学研究文章,对奥秘克戎感染相关的多组学研究工作也在进行中。本文基于我们已经进行的相关研究结果,从新冠感染引发的多种常见症状层面做一个总结式的回顾,为希望了解新冠症状背后深层机理的读者从科学的层面提供一些线索和帮助。

感染新冠后浑身乏力与能量缺乏:

这一波阳下来,大家普遍反应得新冠和得流感最大的区别,是感染新冠以后普遍感到浑身乏力和能量缺乏。其实,乏力这一症状的原因,早在2020年凯莱谱实验室联合台州医院、西湖大学在Cell杂志发表的全球“首篇对新冠重症患者的分子特征的研究”(美国国立卫生研究院NIH主任专栏评论)中就有了答案。研究发现,代谢组学发现鉴定出的941个血清代谢物中,绝大多数在新冠患者中相比其他病毒组与健康对照组都发生了显著的下调,特别值得注意的是超过100个脂类代谢物和超过100个的氨基酸类代谢物(图1)。由于脂类和氨基酸类都是构成人体能量代谢的重要化合物,是人体机能运转重要的能量和营养来源,新冠感染引发的脂类与氨基酸类代谢物水平的显著降低将可能直接造成新冠病人普遍感到的乏力症状。

图1 新冠患者血清代谢组学研究提示的代谢物异常


而且,这种乏力的感觉会在阳康后持续相当长一段时间。刚刚获得世界杯冠军的阿根廷“梅球王”梅西在2022年初也曾感染新冠,他在2022年5月30日接受采访时提到,康复回来后一个半月都不能跑步,回到队里的初期运动状态也大打折扣,非常苦恼。其实对于梅球王的体验,除感染引起的上呼吸道症状外,人体关键代谢恢复的缓慢也是重要原因。2022年,在凯莱谱实验室联合嘉兴市第一医院在Frontiers of Pharmacology上发表的新冠轻症患者康复期血清代谢组学研究成果显示,虽然部分氨基酸及其代谢水平会在康复初期逐渐恢复,但对人体运动技能和免疫能力有重要意义的精氨酸,以及对调节情绪有关键作用的色氨酸等关键氨基酸的水平相比健康人的水平仍有显著不足。同时,脂类代谢在新冠初愈患者中也并没有得到全面的恢复,特别是长链脂肪酸和甘油磷脂如十八碳四烯酸和亚麻酸酯等的水平明显较低。这说明感染新冠引起我们体内的代谢紊乱即使在阳康后,仍需要一个渐进的过程才能完全恢复,也解释了为什么即使阳康了,体力和能量的恢复仍需要时间(图2)。

图2 新冠轻症康复者初期与健康人相比的代谢物异常


此外,这段时间大家或许会发现身边的亲友感染后核酸转阴的时间都不尽相同。有的人两三天就能转阴,而有的人虽然退烧了,但从“阳过”到“阳康”却要十多天。2022年,凯莱谱实验室与温州市中心医院、西湖大学合作在Cell Discovery发表的对长病程新冠患者的研究中就发现,“长阳”与“短阳”的新冠患者虽然在病毒载量方面并无显著差异,但长阳患者血中的多种抗炎脂肪酸代谢物如EPA、DHA、癸酸、辛酸等水平较低,说明相对于短阳,长阳的新冠患者表现出了明显的炎症增强和免疫抑制。而且与早期新冠患者研究发现的大量代谢物失衡下调类似,长阳患者相比于短阳患者,脂类和氨基酸类代谢物下降水平更为明显,也预示了“阳康”慢的人,体力和能量的恢复会需要更长的时间(图3)。这其实也提示了,觉得自己感染了“干饭株”的阳过们,好像能阳康的更快一点。

图3 新冠患者第1周至第8周期间动态代谢物分析


所以,在变阳的期间,以及阳康后的初期,不管感染的是不是“干饭株”,大家都应该补充高蛋白、氨基酸丰富的食物,如酸奶、牛奶、鸡蛋、瘦肉等,来快速提升体内的氨基酸水平;也要积极摄入富含长链脂肪酸与有抗炎功效的不饱和脂肪酸的食物,如鱼类、水果、坚果、酸奶、橄榄油、亚麻籽油等。同时,每天适量补充具有抗炎效果的维生素,如维生素D、维生素E等,对于提升免疫功能,恢复机体能量也会有积极的作用。

此外,感染了新冠以后,除了浑身乏力、能量缺乏症状以外,其实还有许多症状,利用多组学研究也可以找到原因以及潜在的应对办法。

01  警惕重症患发生微小血栓

比如在新冠重症患者中高概率发生的血栓,这直接导致了许多重症患者的死亡。近期发布的《北京协和医院新型冠状病毒感染基层诊疗方案建议及适宜技术》第一版中也将抗血栓和抗凝治疗列为新冠重症患者治疗的重要手段。本文提到的2020年发表的Cell文章中,我们从代谢组学和蛋白组学的研究中发现:纤维蛋白原fibrinogen相关的肽段在新冠患者血清中大量积累,与血小板脱颗粒功能相关的蛋白和代谢物如血清素等也都发生了显著的变化,这是新冠病人轻症转重症的一个重要标志,也是为什么新冠重症患者的临床治疗非常强调抗血栓与抗凝治疗的原因 (图4)。

图4 新冠重症患者肺部模拟模型及相关异常蛋白及代谢物

02  新冠患者可能发生肾损伤

从临床诊治的报道中看到,有一部分新冠患者在感染以后发生了肾损伤。2022年,凯莱谱实验室与台州医院、西湖大学在Cell Reports杂志发表的关于新冠轻重症患者尿液多组学研究发现,新冠患者体内发生的强烈的与炎症相关的免疫反应,引起了相对的肾功能的损伤。尿液蛋白组数据发现,参与肾小管重吸收的两个重要调节因子LRP2和CUBN在新冠患者尿液中均呈现下降趋势,表明患者肾小管再吸收过程可能出现紊乱。而新冠病毒感染会打破体内氧化和抗氧化系统之间的平衡而引发氧化应激反应,可能引发免疫紊乱,触发炎症反应、凝血反应以及细胞纤维化最终导致肾功能的损伤 (图5)。所以,如果平时肾功能就不太好,感染了新冠后更要关注肾脏的情况,有异常需要及时就医。

图5 新冠患者肾功能损伤模型

03  新冠患者心情不佳,睡眠不好

感染新冠当然不是件值得高兴的事,不少人患病期间更是睡眠质量大打折扣。这除了“刀片喉”、“水泥鼻”等症状引发的身体不适以及心理的因素以外,其实新冠病毒在我们机体内引发的代谢紊乱也发挥了作用。前面提到的Frontiers of Pharmacology文章发现新冠患者即使在阳康初期色氨酸仍然处于较低水平。色氨酸正是血清素的前体物质,血清素又名五羟色胺,也被称为“情绪调节器”,影响着身体和情绪的运作,对平静心情以及稳定睡眠具有重要作用。而色氨酸水平的降低,直接导致血清素水平的不足,这一点在本文中提到的Cell与Cell Reports两篇文章中都得到了印证 (图6)。所以,阳过们也不必太过担忧,心情不佳、焦虑、失眠等本身就是新冠病毒直接导致的症状,在患病和康复期间,多吃一些富含天然血清素的食物如牛奶、坚果、鱼类等,也会有助于提高人体内的血清素水平,改善心情,提升睡眠质量。

图6 新冠患者血清及尿液中失调的蛋白和代谢物


小结


新冠疫情发生这三年来,人类通过临床医学、公共卫生、基础医学以及各个科学领域持续的努力研究,对新冠病毒已经从未知和恐惧,逐渐发展到可知与可控。随着1月8日新冠病毒感染回归“乙类乙管”,我们每个人都要做好自己健康的第一负责人。而更多科学研究成果的发表,也将给我们每个人做好日常健康管理,抵御病毒感染提供更多的办法和依据。


三年来,凯莱谱一直与医学与科学界的合作伙伴一起,希望能发挥自身的力量,为全社会抗击新冠提供科学上的支持。本文中提到的这些新冠相关研究,凯莱谱均是项目整体设计与执行的核心贡献单位,也是文章的共同第一作者和共同通讯作者。通过几年来对新冠轻症转重症的机制研究,对新冠病程长短背后的机理探索,对新冠患者康复初期代谢紊乱的系统探索,对血液与尿液等不同样品类型的应用研究,我们在组学的层面对新冠患者的血液和尿液样品中的分子特征的变化有了一定的深入了解,也获取了一些初步的答案。但与此同时,随着研究的不断深入,我们也感到,当我们面对新冠病毒这个对人类发展史造成重大影响的病毒时,对许多代谢和蛋白变化背后的深层分子机理我们仍然有大量的领域需要去发现和验证。特别是,自2021年底奥密克戎变异毒株来到人类社会,并成为全球流行的主流病毒,其超强的传染力与快速的进化变异能力为人类带来了更大的未知领域,需要我们开展更多的工作去进行探索。


比如,我们正在进行中的与奥密克戎毒株相关的多组学研究已经发现奥密克戎相比早期毒株,引发了新冠患者血液中新的的分子图谱变化(未发表结果),我们也正在就这些变化背后的机理进行更进一步的研究。这提示我们人类与新冠病毒的对抗将是一个长期而曲折的过程,我们需要不断加深对新冠病毒的科学了解,从而设计出更有针对性更有效的防治方案。凯莱谱作为一家致力于多组学数据驱动产品创新战略的生物技术公司,始终坚持以“用技术创新的加法,为人类疾病做减法”为目标,秉承“用创新诊断成就健康生活”的企业使命。我们将与全社会的伙伴一起,利用创新、精准、可靠的自主技术平台,以及持续积累的研究基础,为人类用科学抗击新冠贡献我们的力量。

参考文献

1. Shen B, Yi X, Sun Y, et al. Proteomic and metabolomic characterization of COVID-19 patient sera. Cell 2020;182(1):59-72. e152.

2. Bi, Xiaojie, et al. "Proteomic and metabolomic profiling of urine uncovers immune responses in patients with COVID-19." Cell reports 38.3 (2022): 110271.

3. Tang X, Sun R, Ge W, et al. Enhanced inflammation and suppressed adaptive immunity in COVID-19 with prolonged RNA shedding. Cell Discovery 2022;8(1):1-183.

4. Chen W, Yao M, Chen M, et al. Using an untargeted metabolomics approach to analyze serum metabolites in COVID-19 patients with nucleic acid turning negative. Frontiers in Pharmacology 2022;13.


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