客户案例 | IF 12：利用微流控芯片分离新冠幸存者血浆sEVs进行代谢组学研究

2023-03-17 12:16:40, 麦特绘谱麦特绘谱生物科技(上海)有限公司

多项研究表明，代谢紊乱与包括COVID-19在内的呼吸道传染病密切相关，并在COVID-19的治疗和预后中发挥作用。小胞外囊泡(sEVs，直径<100 nm)是细胞间信息交流的一种重要介质。有研究表明，在急性期sEVs与血浆中的代谢物存在显著差异，而COVID-19幸存者血浆sEVs的代谢特征尚不清楚。

2023年2月15日，武汉协和医院金阳教授团队在Biosensors & Bioelectronics（IF=12.545）上发表题为“Nanopore membrane chip-based isolation method for metabolomic analysis of plasma small extracellular vesicles from COVID-19 survivors”的研究论文，揭示了基于纳米孔膜的微流控芯片分离sEVs（即ExoSEC），与其他几种分离sEVs的方法相比在时间、成本、纯度和代谢组学方面的优势，进而利用ExoSEC分离COVID-19幸存者血浆sEVs进行靶向代谢组学（涵盖306种代谢物）分析，证实了ExoSEC可以为sEVs高通量代谢组学研究提供一种经济实用且高效的替代方案。（麦特绘谱提供Q300全定量代谢组检测服务）

研究流程

图1. 研究概况与流程

图1A，ExoSEC分离sEVs的流程；图1B，通过三种技术(ExoSEC、超速离心UC或sEVs分离试剂REG)分离4名健康人的血浆sEVs，分别对sEVs标记物的大小、浓度、形态、表达和代谢组学特征进行表征。图1C，对75例COVID-19康复（RC）患者（包括16例康复的无症状(RA)患者、29例康复的中度(RM)患者、30例康复的重症/危重症(RS)患者）和17例健康对照组(HC)利用ExoSEC分离血浆sEVs进行靶向（Q300全定量）代谢组学检测，涵盖306种代谢物。

ExoSEC、UC和REG三者分离sEVs的比较

相较于UC和REG方法，ExoSEC分离血浆sEVs的方法具有低成本、高纯度、高产率的优势；并且ExoSEC分离的血浆sEVs鉴定到的代谢物数量更多，涉及苯丙氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、乙醛酸和二羧酸的相关代谢通路更为富集。

ExoSEC在COVID- 19幸存者血浆sEVs代谢组学中的应用

首先分析RC在两个时间点（入院时和康复3个月）的临床指标，包括血液学、生化和凝血参数。RM或RS组的C反应蛋白、肝功能、肾功能、心功能等多项临床指标在入院时升高，康复时恢复，然而仍有部分指标如淋巴细胞、α-羟基丁酸脱氢酶、血尿素氮、凝血酶原时间和葡萄糖等指标未能恢复正常，说明部分肾脏和心脏功能、免疫和凝血系统仍处于受损状态。

随后利用ExoSEC分离RC和HC的血浆sEVs，并通过透射电镜（TEM）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）和Western blotting进行有效性评估。

接下来利用Q300全定量代谢组进行分析差异代谢物和代谢途径，结果显示，相对于HC，RA、RM和RS中50%以上的差异代谢产物为二酰基甘油，10%以上为有机酸；另外，随着病情加重(RA、RM和RS)，血浆sEVs代谢改变更加显著，如氨基酸、脂肪酸、有机酸和碳水化合物的比例随着COVID-19的严重程度而逐渐增加，二酰基甘油的比例逐渐下降。

图2. 两两组比较分析筛选到所有差异代谢物谱

差异代谢物方面，与HC相比，RC的三个亚组中有四个差异代谢物重叠，其中苯甲酸、3-羟基异戊酸和10Z -十七羧酸与疾病严重程度相关。差异代谢途径方面，与HC相比，RM的差异代谢途径主要与硫/丙酸/甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸/乙醛酸和二甲羧酸代谢有关；RM和RS中脂肪酸生物合成和苯丙氨酸代谢均较丰富；RS中丁酸/丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸/精氨酸和脯氨酸代谢富集。此前多数血浆代谢组学研究证明，苯丙氨酸代谢在COVID-19急性期明显异常，苯丙氨酸是反映COVID-19严重程度的标志。

图3. 差异代谢物与通路富集分析

差异代谢物与临床参数关联分析

Spearman相关分析揭示了鉴别性临床指标与差异代谢物之间的复杂关系。RM vs HC和RS vs HC的差异代谢物与临床指标关联性更强。五种差异代谢物，如脂肪酸合成途径中的肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、棕榈反油酸和油酸在RM和RS组中均与红细胞（RBC）和血红蛋白（Hb）呈显著负相关，而在RA组中无显著负相关；3-羟基异戊酸与RBC和Hb呈正相关，10Z-十七羧酸与RBC和Hb呈负相关；肾功能标志物（肌酐、血尿素氮和尿酸）也与RA、RM和RS中的差异代谢物有关。

图4. 差异代谢物与临床指标关联分析

本研究证实COVID-19幸存者在代谢组学水平上的RBC功能性并没有恢复正常，其机制有待进一步研究。这些数据表明，在未来的研究中，仍需对RC幸存者进行更多器官损伤的检查，并且针对这些异常通路的治疗或许可以帮助患者从SARS-CoV2感染中尽快恢复。

参考文献

Huang Q et al. Nanopore membrane chip-based isolation method for metabolomic analysis of plasma small extracellular vesicles from COVID-19 survivors. Biosens Bioelectron. 2023.

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