Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các đặc tính proteomic và tiềm năng chẩn đoán của các hạt hơi thở được thở ra ở bệnh nhân COVID-19
Tóm tắt
SARS-CoV-2 đã được chứng minh là chủ yếu lây nhiễm vào đường hô hấp và hệ thống hô hấp, và thường có một mô hình bệnh lý không thể đoán trước và khác biệt so với các bệnh hô hấp khác. Các công cụ chẩn đoán lâm sàng hiện tại trong y học phổi đã phơi bày bệnh nhân trước bức xạ có hại, quá không đặc hiệu hoặc thậm chí xâm lấn. Phân tích proteomic của các hạt hơi thở được thở ra (EBPs) ngược lại, là không xâm lấn, lấy mẫu trực tiếp từ nguồn bệnh lý và thể hiện như một công cụ khám phá và chẩn đoán mới. Các bệnh nhân có nhiễm COVID-19 được xác nhận bằng PCR (COV-POS, n = 20) và các bệnh nhân có triệu chứng hô hấp nhưng có hơn 2 xét nghiệm phản ứng chuỗi polymerase (PCR) âm tính (COV-NEG, n = 16) và các đối chứng khỏe mạnh (HCO, n = 12) đã được tuyển chọn một cách triển vọng. Các EBP đã được thu thập bằng cách sử dụng thiết bị “hạt trong không khí thở ra” (PExA 2.0). Sự phân bố số hạt mỗi thể tích thở ra (PEV) và các hồ sơ phân bố kích thước đã được so sánh. Protein được phân tích bằng sắc ký lỏng-khối phổ. Một mô hình phân loại học máy bằng rừng ngẫu nhiên sau đó được đào tạo và xác thực trên dữ liệu EBP, đạt được độ chính xác 0,92. Sự gia tăng đáng kể về PEV và những thay đổi trong hồ sơ phân bố kích thước của EBP đã được ghi nhận ở COV-POS và COV-NEG so với các đối chứng khỏe mạnh. Chúng tôi đã đạt được một phân tích proteome sâu rộng của EBP trên ba nhóm với các protein tham gia vào kích hoạt miễn dịch, phản ứng giai đoạn cấp tính, gắn kết tế bào, đông máu, và các thành phần đã biết của dịch lót đường hô hấp, trong số đó. Chúng tôi đã chứng minh kết quả đầy hứa hẹn cho việc sử dụng một panel biomarker EBP tích hợp cùng với nồng độ hạt để chẩn đoán COVID-19 cũng như một phương pháp đáng tin cậy để xác định protein trong EBP. Kết quả của chúng tôi cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn cho việc sử dụng dấu vân tay EBP trong phát hiện biomarker và chẩn đoán các bệnh phổi, một cách nhanh chóng và không xâm lấn với tối thiểu sự khó chịu cho bệnh nhân.
Từ khóa
#SARS-CoV-2 #COVID-19 #hạt hơi thở #phân tích proteomic #chẩn đoán không xâm lấnTài liệu tham khảo
WHO, Pneumonia of unknown cause—China. WHO. World Health Organization. 2020. http://www.who.int/csr/don/05-january-2020-pneumonia-of-unkown-cause-china/en/. Accessed 10 Nov 2020.
Zhu N, Zhang D, Wang W, Li X, Yang B, Song J, et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020;382(8):727–33.
Yang J, Petitjean SJL, Koehler M, Zhang Q, Dumitru AC, Chen W, et al. Molecular interaction and inhibition of SARS-CoV-2 binding to the ACE2 receptor. Nat Commun. 2020;11(1):4541.
Farahani M, Niknam Z, Mohammadi Amirabad L, Amiri-Dashatan N, Koushki M, Nemati M, et al. Molecular pathways involved in COVID-19 and potential pathway-based therapeutic targets. Biomed Pharmacother. 2022;1(145): 112420.
Filchakova O, Dossym D, Ilyas A, Kuanysheva T, Abdizhamil A, Bukasov R. Review of COVID-19 testing and diagnostic methods. Talanta. 2022;1(244): 123409.
Almstrand AC, Bake B, Ljungström E, Larsson P, Bredberg A, Mirgorodskaya E, et al. Effect of airway opening on production of exhaled particles. J Appl Physiol. 2010;108(3):584–8.
Carvalho AS, Matthiesen R. Bronchoalveolar lavage: quantitative mass spectrometry-based proteomics analysis in lung diseases. Methods Mol Biol. 2017;1619:487–94.
Wang S, Yao X, Ma S, Ping Y, Fan Y, Sun S, et al. A single-cell transcriptomic landscape of the lungs of patients with COVID-19. Nat Cell Biol. 2021;23(12):1314–28.
Shen B, Yi X, Sun Y, Bi X, Du J, Zhang C, et al. Proteomic and metabolomic characterization of COVID-19 patient Sera. Cell. 2020;182(1):59-72.e15.
Zeng HL, Chen D, Yan J, Yang Q, Han QQ, Li SS, et al. Proteomic characteristics of bronchoalveolar lavage fluid in critical COVID-19 patients. FEBS J. 2021;288(17):5190–200.
Liu JF, Zhou YN, Lu SY, Yang YH, Wu SF, Liu DP, et al. Proteomic and phosphoproteomic profiling of COVID-19-associated lung and liver injury: a report based on rhesus macaques. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):27.
Broberg E, Andreasson J, Fakhro M, Olin AC, Wagner D, Hyllén S, et al. Mechanically ventilated patients exhibit decreased particle flow in exhaled breath as compared to normal breathing patients. ERJ Open Res. 2020;6(1):00198–2019.
Tyanova S, Temu T, Cox J. The MaxQuant computational platform for mass spectrometry-based shotgun proteomics. Nat Protoc. 2016;11(12):2301–19.
Willforss J, Chawade A, Levander F. NormalyzerDE: online tool for improved normalization of omics expression data and high-sensitivity differential expression analysis. J Proteome Res. 2019;18(2):732–40.
Zhu L, Malatras A, Thorley M, Aghoghogbe I, Mer A, Duguez S, et al. Cell Where: graphical display of interaction networks organized on subcellular localizations. Nucleic Acids Res. 2015;43(W1):W571-575.
Lacombe M, Marie-Desvergne C, Combes F, Kraut A, Bruley C, Vandenbrouck Y, et al. Proteomic characterization of human exhaled breath condensate. J Breath Res. 2018;12(2): 021001.
Muccilli V, Saletti R, Cunsolo V, Ho J, Gili E, Conte E, et al. Protein profile of exhaled breath condensate determined by high resolution mass spectrometry. J Pharm Biomed Anal. 2015;25(105):134–49.
Stenlo M, Hyllén S, Silva IAN, Bölükbas DA, Pierre L, Hallgren O, et al. Increased particle flow rate from airways precedes clinical signs of ARDS in a porcine model of LPS-induced acute lung injury. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2020;318(3):L510–7.
Viklund E, Kokelj S, Larsson P, Nordén R, Andersson M, Beck O, et al. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 can be detected in exhaled aerosol sampled during a few minutes of breathing or coughing. Influenza Other Respir Viruses. 2022;16(3):402–10.
Ihling C, Tänzler D, Hagemann S, Kehlen A, Hüttelmaier S, Arlt C, et al. Mass spectrometric identification of SARS-CoV-2 proteins from gargle solution samples of COVID-19 patients. J Proteome Res. 2020;19(11):4389–92.
Zakharova N, Kozyr A, Ryabokon AM, Indeykina M, Strelnikova P, Bugrova A, et al. Mass spectrometry based proteome profiling of the exhaled breath condensate for lung cancer biomarkers search. Expert Rev Proteomics. 2021;18(8):637–42.
Stenlo M, Silva IAN, Hyllén S, Bölükbas DA, Niroomand A, Grins E, et al. Monitoring lung injury with particle flow rate in LPS- and COVID-19-induced ARDS. Physiol Rep. 2021;9(13): e14802.
Edwards DA, Ausiello D, Salzman J, Devlin T, Langer R, Beddingfield BJ, et al. Exhaled aerosol increases with COVID-19 infection, age, and obesity. Proc Natl Acad Sci. 2021;118(8): e2021830118.
Edwards DA, Man JC, Brand P, Katstra JP, Sommerer K, Stone HA, et al. Inhaling to mitigate exhaled bioaerosols. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101(50):17383–8.
Hallgren F, Stenlo M, Niroomand A, Broberg E, Hyllén S, Malmsjö M, et al. Particle flow rate from the airways as fingerprint diagnostics in mechanical ventilation in the intensive care unit: a randomised controlled study. ERJ Open Res. 2021;7(3):00961–2020.
Broberg E, Wlosinska M, Algotsson L, Olin AC, Wagner D, Pierre L, et al. A new way of monitoring mechanical ventilation by measurement of particle flow from the airways using Pexa method in vivo and during ex vivo lung perfusion in DCD lung transplantation. Intensive Care Med Exp. 2018;6(1):18.
Shu T, Ning W, Wu D, Xu J, Han Q, Huang M, et al. Plasma proteomics identify biomarkers and pathogenesis of COVID-19. Immunity. 2020. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.10.008.
Crestani B, Rolland C, Lardeux B, Fournier T, Bernuau D, Poüs C, et al. Inducible expression of the alpha1-acid glycoprotein by rat and human type II alveolar epithelial cells. J Immunol. 1998;160(9):4596–605.
Hamid EA, Ali W, Ahmed H, Megawer A, Osman W. Significance of acute phase reactants as prognostic biomarkers for pneumonia in children. Biomed Pharmacol J. 2021;14(3):1309–21.
Gordon SM, Hofmann S, Askew DS, Davidson WS. High density lipoprotein: it’s not just about lipid transport anymore. Trends Endocrinol Metab TEM. 2011;22(1):9–15.
Georgila K, Vyrla D, Drakos E. Apolipoprotein A-I (ApoA-I), immunity, inflammation and cancer. Cancers. 2019;11(8):E1097.
Catapano AL, Pirillo A, Bonacina F, Norata GD. HDL in innate and adaptive immunity. Cardiovasc Res. 2014;103(3):372–83.
Lee EH, Lee EJ, Kim HJ, Jang AS, Koh ES, Uh ST, et al. Overexpression of apolipoprotein A1 in the lung abrogates fibrosis in experimental silicosis. PloS ONE. 2013;8(2): e55827.
Schmelter F, Föh B, Mallagaray A, Rahmöller J, Ehlers M, Lehrian S, et al. Metabolic and lipidomic markers differentiate COVID-19 from non-hospitalized and other intensive care patients. Front Mol Biosci. 2021;8: 737039.
Nukui Y, Miyazaki Y, Suhara K, Okamoto T, Furusawa H, Inase N. Identification of apolipoprotein A-I in BALF as a biomarker of sarcoidosis. Sarcoidosis Vasc Diffuse Lung Dis. 2018;35(1):5–15.
Mehrani H, Ghanei M, Aslani J, Golmanesh L. Bronchoalveolar lavage fluid proteomic patterns of sulfur mustard-exposed patients. Proteomics Clin Appl. 2009;3(10):1191–200.
Gomme PT, McCann KB, Bertolini J. Transferrin: structure, function and potential therapeutic actions. Drug Discov Today. 2005;10(4):267–73.
Lum JB, Infante AJ, Makker DM, Yang F, Bowman BH. Transferrin synthesis by inducer T lymphocytes. J Clin Invest. 1986;77(3):841–9.
Yang F, Friedrichs WE, Coalson JJ. Regulation of transferrin gene expression during lung development and injury. Am J Physiol. 1997;273(2 Pt 1):L417-426.
Mateos F, Brock JH, Pérez-Arellano JL. Iron metabolism in the lower respiratory tract. Thorax. 1998;53(7):594–600.
Tang X, Zhang Z, Fang M, Han Y, Wang G, Wang S, et al. Transferrin plays a central role in coagulation balance by interacting with clotting factors. Cell Res. 2020;30(2):119–32.
Krsek-Staples JA, Kew RR, Webster RO. Ceruloplasmin and transferrin levels are altered in serum and bronchoalveolar lavage fluid of patients with the adult respiratory distress syndrome. Am Rev Respir Dis. 1992;145(5):1009–15.
Lan J, Ge J, Yu J, Shan S, Zhou H, Fan S, et al. Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor. Nature. 2020;581(7807):215–20.
Xu Z, Shi L, Wang Y, Zhang J, Huang L, Zhang C, et al. Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome. Lancet Respir Med. 2020;8(4):420–2.
Rühl N, Lopez-Rodriguez E, Albert K, Smith BJ, Weaver TE, Ochs M, et al. Surfactant protein B deficiency induced high surface tension: relationship between alveolar micromechanics, alveolar fluid properties and alveolar epithelial cell injury. Int J Mol Sci. 2019;20(17):E4243.
Oratis AT, Bush JWM, Stone HA, Bird JC. A new wrinkle on liquid sheets: turning the mechanism of viscous bubble collapse upside down. Science. 2020;369(6504):685–8.
Bredberg A, Josefson M, Almstrand AC, Lausmaa J, Sjövall P, Levinsson A, et al. Comparison of exhaled endogenous particles from smokers and non-smokers using multivariate analysis. Respir Int Rev Thorac Dis. 2013;86(2):135–42.
Heching M, Lev S, Shitenberg D, Dicker D, Kramer MR. Surfactant for the Treatment of ARDS in a Patient With COVID-19. Chest. 2021;160(1):e9-12.