炎癥性心肌病是一種以心臟免疫細胞浸潤為特征的常見疾病，常由病毒、系統性免疫紊亂和藥物毒性引起。近期發現SARS-CoV-2感染的患者也伴有炎癥性心肌病，但是其具體的分子特征仍未知。
 

2021年12月，德國心血管研究中心Christian Schulz和馬克斯·普朗克生物化學研究所Matthias Mann等團隊合作在心血管醫學領域權威期刊JAMA Cardiology（IF 14.7）雜志上發表了一篇參與的題為“Association of Complement and MAPK Activation With SARS-CoV-2–Associated Myocardial Inflammation”的文章。該文章利用4D蛋白組學技術和轉錄組學技術評估了SARS-CoV-2感染患者以及病毒和免疫介導的心肌炎患者心臟的分子特征。

研究材料

非SARS-CoV-2病毒性心肌炎、免疫介導心肌炎、非炎癥性心肌病、SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者心臟組織的福爾馬林固定石蠟包埋 (FFPE) 樣本

技術路線

· 步驟1：不同心肌炎患者的免疫特征分析；

· 步驟2：不同心肌炎患者的蛋白組學和轉錄組學分析；

· 步驟3：富集通路的深入分析。
 

研究結果

1. 不同心肌炎患者的免疫特征分析

本研究共收集了19例參與者，包括4例（非SARS-CoV-2）病毒性心肌炎患者、5例免疫介導心肌炎患者、5例非炎癥性心肌病患者以及5例SARS-CoV-2病毒性心肌炎患者（患者信息見下表）。

表1 心肌炎患者的信息

免疫組織化學分析顯示，在免疫介導和病毒性心肌炎患者中，存在由T細胞(CD3)和巨噬細胞(CD68)組成的炎癥浸潤(圖1A和1B)，非炎癥對照組患者中T細胞缺失，巨噬細胞豐度較低，而在SARS-CoV-2感染患者中，心臟浸潤以巨噬細胞為主，T細胞數量中度增加但較其他患者較高（圖1B）。對巨噬細胞的清除受體CD163（SARS-CoV-2感染患者中巨噬細胞的特征）的研究發現，雖然所有炎癥患者中CD163的表達都有所增加(圖1C)，但SARS-CoV-2組巨噬細胞的量最高(圖1D)。綜上所述，這些發現表明不同炎癥條件下的免疫反應存在差異。

圖1 心臟標本的的組織學特征

2. 不同心肌炎患者的蛋白組學和轉錄組學分析

為了全面探索心肌炎患者心臟的分子特征，作者隨后對患者的心內膜心肌活檢（EMB）樣本進行了轉錄組學和4D蛋白組學分析（分析流程如下圖所示）。

圖2 分析流程圖

相關性分析結果顯示SARS-CoV-2感染患者EMB組織的蛋白組與病毒相關性心肌炎相關性最高，而非炎癥對照組患者的蛋白組相關性較低(圖3A)，表明蛋白質豐度發生了群體特異性的改變。
 

蛋白表達差異分析（圖3B）結果中發現基質相互作用分子1 (STIM1)前體在SARS-CoV-2患者中的表達均顯著高于其他組。
 

通路富集分析結果顯示與非炎癥對照組相比，SARS-CoV-2組中絲氨酸/蘇氨酸激酶信號轉導通路（特別是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和B-Raf通路）以及補體級聯反應通路顯著上調（圖3C），且SARS-Cov-2組中的顯著差異蛋白數目在這兩種信號通路中均較高于其他三個組別（圖3D）。

圖3 SARS-CoV-2相關炎癥性心肌病的分子特征

3. 富集通路的深入分析

作者隨后對MAPK和B-Raf通路和補體級聯反應進行了更深入的分析，結果顯示MAPK通路中的蛋白MAP2K1、MAPK3以及ras相關蛋白--RAP1A, RAP1B和M-Ras，較于非炎癥性心肌患者均顯著上調（圖4A），不過該改變僅是在蛋白組學水平上，轉錄組的變化較小(圖4B)。

圖4 MAPK通路在SARS-CoV-2感染中上調

在SARS-CoV-2心肌炎組中，補體級聯反應中的組成成分C1qB、C1qC、C3、C7、絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑分支G成員1 (SERPING1)和CD55在蛋白質組和轉錄組水平上均顯著上調(圖5A)。另外，由于C1q是由巨噬細胞產生的，作者專門研究了心臟巨噬細胞中這種補體蛋白的豐度，結果顯示在EMB切片的免疫熒光分析中，CD68+巨噬細胞中存在C1q，且炎癥患者中巨噬細胞C1q中位熒光強度值增加，在SARS-CoV-2感染患者中巨噬細胞C1q中位熒光強度值最高（圖5B）。綜上所述，在SARS-CoV-2感染的心肌炎癥中，心肌巨噬細胞與補體蛋白C1q的豐度增加相關。

圖5 補體級聯反應在SARS-CoV-2感染中上調

小編小結

在19名參與者中，心肌炎患者心肌組織中CD163+巨噬細胞的豐度普遍較高，而與非SARS-CoV-2病毒相關和免疫介導的心肌炎患者相比，SARS-CoV-2感染患者心肌組織中的淋巴細胞計數較低。在SARS-CoV-2感染患者中，補體級聯反應的組成成分，包括C1q亞基和絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑分支G成員1在蛋白組和轉錄組中均較其他組患者顯著上調。在心臟巨噬細胞中，C1q豐度在SARS-CoV-2感染中最高。對重要信號級聯的評估發現絲氨酸/蘇氨酸絲裂原激活的蛋白激酶通路也顯著上調。
 

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