感染後12年で回復し たSARS患者の脂質代 Qi Wu, Lina Zhou. Huaiyong Chen

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5567209/#!po=9.82143


患者が感染症に対する肺の感受性、腫瘍、心血管障害、および異常な糖代謝を含むさまざまな疾患を経験していることを示しました。健康な対照と比較して、メタボロミクス分析により、SARS 生存者の血清メタボロームに有意差が確認されました。最も重大な代謝障害は、回復した SARS 患者におけるホスファチジルイノシトールとリゾホスファチジルイノシトールのレベルの包括的な増加でした。これはメチルプレドニゾロン投与の効果と一致し、重度の肺炎を伴うステロイド治療を受けた非SARS患者でさらに調査されました。これらの結果は、メチルプレドニゾロンの高用量パルスが、血清代謝変化に関連する長期の全身損傷を引き起こす可能性があることを示唆しています。




議論
感染後12年で回復したSARS患者の脂質代謝の変化
Qi Wu、Lina Zhou、[...]、Huaiyong Chen

記事の追加情報

関連データ
補足資料
概要
重症急性呼吸器症候群コロナウイルス (SARS-CoV) および SARS 様コロナウイルスは、世界の健康に対する潜在的な脅威です。ただし、SARS 患者における臨床治療の長期的な効果に関するレビューは不足しています。ここでは、感染から12年後に合計25人の回復したSARS患者が募集されました。臨床アンケートの回答と検査所見は、患者が感染症に対する肺の感受性、腫瘍、心血管障害、および異常な糖代謝を含むさまざまな疾患を経験していることを示しました。健康な対照と比較して、メタボロミクス分析により、SARS 生存者の血清メタボロームに有意差が確認されました。最も重大な代謝障害は、回復した SARS 患者におけるホスファチジルイノシトールとリゾホスファチジルイノシトールのレベルの包括的な増加でした。これはメチルプレドニゾロン投与の効果と一致し、重度の肺炎を伴うステロイド治療を受けた非SARS患者でさらに調査されました。これらの結果は、メチルプレドニゾロンの高用量パルスが、血清代謝変化に関連する長期の全身損傷を引き起こす可能性があることを示唆しています。本研究は、コロナウイルス関連の病状の理解を深めるための情報を提供し、臨床治療のさらなる最適化を可能にする可能性があります。

序章
2002 年から 2003 年の間に、コロナウイルス (SARS-CoV) によって引き起こされた重症急性呼吸器症候群 (SARS) は、5 大陸の 30 か国以上に影響を与えました。その後まもなく、HCoV-NL63 は 2004 年に細気管支炎と結膜炎を患った生後 7 か月の乳児で同定され 1 、続いて 2005 年に HCoV-HKU1 が同定されました2。その後、中東呼吸器症候群コロナウイルス (MERS-CoV) が世界中に急速に広がり、致死率は最大 30% に達しました3。最近、SARS に似たコロナウイルスの存在がいくつかの報告で示されました。これは、コロナウイルス関連の気道感染症が引き続き重大な流行の可能性を秘めていることを示しています4 – 6. したがって、コロナウイルス関連疾患に対するより効果的な介入戦略を開発するために、治療の標準化が緊急に必要とされています。

SARS-CoV の突然の発生に続いて実施された臨床治療には、経験的および実験的なタイプが含まれていましたが、それらの有効性と副作用は依然として議論の余地があります。リバビリン、ロピナビル、リトナビルなどの抗ウイルス薬は、SARS-CoV が原因物質として特定された直後に処方されました7 , 8。I型インターフェロンも、SARS-CoV複製に対する阻害効果のために使用されました9。さらに、回復期血漿または免疫グロブリンの使用が、SARS の治療のために報告された10。より頻繁に、免疫病理学的肺損傷を防ぐために、メチルプレドニゾロン単独または抗ウイルス薬と組み合わせたコルチコステロイドが SARS 患者に投与されました11。ただし、ステロイド投与のタイミングと投与量については議論の余地がありました12 , 13。メチルプレドニゾロンの高用量パルスの投与は、精神錯乱、急性ミオパシー、および骨壊死と関連している14 – 16。これらの障害は通常慢性状態に進行するという事実を考慮すると、SARS 生存者は代謝障害に苦しみ、長期的に全身病状を引き起こす可能性があることを提案します。ホスファチジルイノシトール (PI) およびリゾホスファチジルイノシトール (LPI) を含む代謝産物は、呼吸器ウイルスの細胞への侵入および/または排出に関連しています17 , 18. ただし、SARS 感染の回復中に PI と LPI の血清レベルが調整されていないかどうかは不明のままです。

本研究では、超高速液体クロマトグラフィー質量分析法 (UPLC-MS) およびガスクロマトグラフィー質量分析法 (GC-MS) に基づくメタボロミクスを採用して、SARS 患者の血清または尿サンプルの包括的な代謝産物プロファイルを評価しました。臨床的回復から12年。回復したSARS患者は、高脂血症（HL）、心血管異常（CVA）、異常な糖代謝（AGM）など、主に脂質代謝に関連するさまざまな血清代謝障害の影響を受けていることが観察されました。

結果
回復後12年で回復したSARS患者の人口統計
募集された 31 人の SARS-CoV 生存者のうち、25 人が最終的にすべての研究手順を完了し、6 人が研究への参加を中止しました (3 人が脱落、1 人がプロトコルから逸脱し、2 人が同等の健常対照者を失いました)。研究を完了した 25 人の患者には、男性 5 人と女性 20 人が含まれ、平均年齢は 47 歳、平均体重は 67 kg、平均肥満度指数は 24 kg/m 2 で、健康な人と有意な差はありませんでした。ボランティア（表 1）。回復した SARS 患者は、喫煙や飲酒の習慣がありませんでした。SARS-CoV 感染の間、これらの患者は、平均 36 日間、平均 5,454 mg のメチルプレドニゾロンで治療され、1 日最大用量は 381 mg でした (表 1）。

表1
表1
一般的な参加者の特徴 (手段 ± SD)。
アンケートへの回答は、回復後、回復した 25 人の SARS 患者のうち 12 人 (48%) が少なくとも 1 回は再入院したことを示しました。1つは胎児の死亡によるものです。2 人は子宮筋腫、1 人は骨関節症、1 人は頸椎症、1 人は脊髄腫瘍、1 人は乳がんと診断されていました (データは示していません)。回復した SARS 患者のうち 16 人 (64%) は、過去 12 年間に肺感染症を患っていた (表 1）。また、25 人の被験者のうち 13 人 (52%) が過去 1 年間に少なくとも 5 回風邪をひいたと報告したという事実によっても気道の感受性が示唆されました。過去 1 年間で 5 回以上の風邪をひいた (データは示されていない)。さらに、回復したSARS患者は、HL（68％）、CVA（44％）、およびAGM（60％）を持つ傾向がありました（表 1）。尿スクリーニングでは、24 人の SARS 被験者のうち 8 人 (33%) で赤血球が検出されました。これらのうち、2人の患者（8％）が異常な尿タンパク質レベルを示しました。回復した SARS グループの被験者は、健康なボランティア (それぞれ 12% と 0%) よりも、好中球比率と正常範囲を下回るトリヨードチロニン レベル (それぞれ 20% と 8%) を持っていました。同様に、健康なボランティアと比較して、回復した SARS グループのより多くの被験者がトリグリセリド (TG) レベルと正常範囲を超える超低密度リポタンパク質濃度 (VLDL-C) を持っていました (表 1およびS1 )。SF-36健康調査と合わせて（図. 1)、これらのデータは、回復した SARS 患者が回復後 12 年間の生活の質が低く、炎症、腫瘍、およびグルコースおよび脂質代謝障害にかかりやすいことを示しました。

図1
図1
MOS 36 項目簡易健康調査 (SF-36) の結果は、回復から 12 年後に回復した重度の呼吸器症候群患者を対象としています。
血清メタボロームの変化
SARS 患者と健康なボランティアの尿サンプル中の代謝産物の存在量に有意差は観察されなかったが、部分最小二乗判別分析 (PLS-DA) は、回復した SARS 患者と健康な対照の間で血清メタボロームに有意差を示した (図. 2A）。これらのデータ ポイントは、プロット マップ内で 2 つの異なるグループにクラスター化され、回復した SARS 患者と健常者を明らかに分離しています (図 1)。 2A）。2,3,4-トリヒドロキシ酪酸、システイン、長鎖アシルカルニチン (カルニチン C18:0 および C18-OH)、フルクトース、1,2,4-トリヒドロキシベンゼン、ピログルタミン酸、myo など、示差的に発現する代謝産物の大部分αイノシトールリン酸は、健康なボランティアと比較して、回復したSARS患者の血清サンプルでアップレギュレートされました（図. 2B）。健康なボランティアと比較して回復したSARS患者で減少した代謝物には、9,12-オクタデカジエン酸やヘキサデカン酸などのメチルエステル、遊離カルニチン、およびアルギニンが含まれていました（図. 2B）。

図 2
図 2
回復したSARSと健康なボランティアの間の異なる血清代謝プロファイル。( A ) 回復した SARS と健康なボランティア (コントロール) を分離する OPLS-DA スコア プロット。( B ) ガスクロマトグラフィーにより検出された有意に変化した代謝物のヒートマップ - 質量...
回復した SARS 患者の代謝障害の可能性を調査するために、代謝産物量の変化は代謝経路とさらに関連していました。解糖に由来する乳酸のレベルは、健康なボランティアと比較して、回復したSARS患者で上昇しました（図. 3）。同様に、ピルビン酸に変換できるシステイン、アスパラギン酸、およびアラニンのレベル、ならびにトリカルボン酸サイクル（TCA）サイクルの中間体であるコハク酸のレベルが、回復したSARSで上昇していました。健康なボランティアと比較した患者。さらに、プロリン、ヒスチン、およびピログルタミン酸（グルタミン酸に変換され、さらなるエネルギー産生または物質合成のためにTCAサイクルに入ることができます）の血清レベルは、健康なボランティアと比較してSARS患者で増加しました. 健康なボランティアと比較して、SARS 患者の遊離カルニチンのレベルは減少しましたが、カルニチン C18:0 および C18-OH のレベルは増加しました (図 1)。 3）。遊離カルニチンに対するカルニチン (C16 + C18) の比率 ((C16 + C18)/C0) も増加しました (図 1)。 3）、これは、回復したSARS患者のさらなるβ酸化のために、脂肪酸がミトコンドリアに容易に入る可能性があることを示唆しています。サルコシンとスペルミジンの血清レベルは、健康なボランティアと比較して回復したSARS患者で増加しましたが、尿素サイクルの中間体であるシトルリンとアルギニンのレベルは減少しました. 4）、したがって、回復したSARS患者の尿素サイクルでアルギニンの必要量が増加したことを示唆しています.

図 3
図 3
エネルギー代謝に関連する異なる代謝産物のマッピング ( A )。示差的に発現する遊離カルニチン、長鎖のアシルカルニチンの相対血清レベル、およびカルニチン (C16 + C18) とカルニチンの比率 ( B )。表示されているデータ...
図 4
図 4
アルギニンおよびプロリン代謝に関連する異なる代謝産物のマッピング。データは平均 ± SEM として表示されます。* < 0.05、** < 0.01。
脂質代謝の乱れ
上昇した血清脂質には、遊離脂肪酸 (FFA 10:0、15:0、17:0、17:1、20:4、22:1、および 22:2、検出されたすべての FFA の 6.4% を占める)、リゾホスファチジルコリンが含まれていました。 (LPC 18:2、20:2、21:3、および 22:6、検出されたすべての LPC の 23.7% を占める)、リゾホスファチジルエタノールアミン (LPE 18:1 および 22:6、検出されたすべての LPE の 19.4% を占める)、およびホスファチジルグリセロール (PG 36:0) (表 2）。注目すべきは、回復した SARS 患者で LPI と PI の包括的な上昇があったことです。調査した 3 つの LPI と 14 の PI のうち、LPI 18:0、18:2、および 20:4 (検出されたすべての LPI の 100% を占める) および PI 34:1、34:2、36:1、36:2、36 :3、36:4、38:3、38:4、38:5、38:6、40:5、および 40:6 (検出されたすべての PI の 95.7% を占める) が増加しました (表 2）。健康なボランティアと比較して回復した SARS 患者で減少した脂質には、長鎖 FFA (FFA 25:0 および 26:0、検出されたすべての FFA の 0.026% を占める)、エーテルホスファチジルエタノールアミン (PE Os 37:4、38: 6、および 40:7)、PG 36:2、ホスファチジルセリン (PS 38:4 および 40:6、検出されたすべての PS の 3.8% を占める)、スフィンゴミエリン (SM 34:1;3、36:0;2、37 :4;2、および 38:0;2、検出されたすべての SM の 1.9% を占める)、および TG (検出されたすべての TG の 0.69% を占める TG 44:2、44:3、および 47:0)。

表 2
表 2
回復した SARS 患者と健康なボランティアの血清中の脂質の違い。
リン脂質と中性脂質の合成には、リモデリングプロセスによる脂肪酸の再編成を含むいくつかの経路が存在します（図. 5A）。イノシトール-3-リン酸とPIの血清レベルは、健康なボランティアと比較して、回復したSARS患者で有意に増加しました（図. 5A）。さらに、PIレベルは、回復したSARS患者の超低密度リポタンパク質（VLDL）のレベルと正の相関がありました（図. 5BとC）。さらに、VLDLは、対照群と回復したSARS群の両方で総TGと正の相関がありました（図. 5BとC）。これらの結果は、SARS-CoV 感染中または感染後に PI の de novo 合成が促進されたことを示唆しています。

図 5
図 5
リン脂質および中性脂質合成の主要な経路。( A ) 破線は、リモデリング プロセスによる脂肪酸の再編成を示します。超低密度リポタンパク質、ホスファチジルイノシトール、リゾホスファチジルイノシトール、総...
差次的に発現する脂質間の関連性をさらに評価するために、クラスター分析を行った。回復した SARS 患者では、3 つの LPI (LPI 18:0、18:2、および 20:4) と FFA 20:4 が最も密接にクラスター化され、続いて PI と LPC 22:6、LPE 22:6、LPC 18 が続きました。 :2、LPE 18:1 (図 6A）。FFA 20:4、LPI、LPC、および LPE を含むホスホリパーゼ A2 (PLA2) の生成物は、強い正の相関を示しました (図 1)。 6A）。LPI 18:0、LPI 18:2、および LPI 20:4 は、それぞれの前駆体 PI 18:0、18:2、および 20:4 (cij = 0.68、0.6、および 0.67) に関連付けられていました。それにもかかわらず、FFA 20:4 は LPI 18:0/PI (18:0/20:4) および LPI 18:0/PI 18:0 (それぞれ Cij = 0.72 および 0.74) と相関しており、回復したSARS患者におけるPIリモデリング。健康なボランティアと比較して、回復したSARS患者では、FFA 20：4の放出に関連するより多くのLPIが生成されました。これは、PIのレベルが上昇したためである可能性があります。したがって、SARS患者はPLA2活性に対してより敏感である可能性があります（図. 6B）。回復した SARS 患者では、LPI 18:0/PI 18:0 比が上昇し、FFA 20:4/PI 20:4 比が大幅に減少しました。 PIからの:4は、エイコサノイド合成に急速に使用されました(図. 6B）。

図 6
図 6
( A ) 発現差のある脂質のクラスター分析。( B ) ホスホリパーゼ A2 に感受性の回復した SARS 患者におけるホスファチジルイノシトールのリモデリングの結果としての脂肪酸。
脂質代謝に対するステロイド治療の効果
高用量ステロイド治療は、回復した SARS 患者の血清中の脂質代謝の変化に寄与する可能性があります。次に、重度の肺炎を伴う非 SARS 患者に対するメチルプレドニゾロン治療の短期的な効果を調査しました。ステロイドで治療された重症肺炎の 23 人の非 SARS 患者には、13 人の男性と 10 人の女性が含まれていました (67 ± 14 歳、平均 9 日間のメチルプレドニゾロン 301 ± 235 mg)。ステロイド治療を受けていない重症肺炎の 23 人の非 SARS 患者には、男性 15 人、女性 8 人 (68 ± 8 歳) が含まれていました。前者の所見と一致して、検出されたPIのレベルは、ステロイド治療群でステロイド治療なしの群よりも有意に高かった（表 3）。これらの非 SARS 患者に使用されたステロイドの用量は SRAS 患者の場合よりもはるかに少なかったが、これらの結果は、ステロイド治療が血清 PI のレベルを上昇させる可能性があることをある程度示唆していた.

表 3
表 3
重症肺炎のステロイド治療非SARS患者とステロイド治療なしの重症肺炎の非SARS患者の血清中のホスファチジルイノシトールの差異。
議論
SARS-CoV生存者は、ウイルスと炎症を標的とした臨床治療の恩恵を受けましたが、現在の研究で回復した患者は、感染後12年間、生活の質が低下し続けました. 私たちの以前の研究では、回復した SARS 生存者の肺換気機能は正常であることが報告されました19。. これらの回復した患者のかなりの割合が、肺感染症、HL、CVA、AGM、またはその他の後遺症を持っていると報告されました。血清メタボロミクス分析により、これらの患者の全身代謝変化が特定されました。主な代謝調節不全が血清で観察され、PI、LPI、FFA、および LPC の血清レベルが最大の混乱を示しました。他の示差的に発現する代謝物と比較して、回復した SARS 患者では LPI と PI が著しくアップレギュレートされていました。LPIとPIの血清レベルは、これらの生存者で観察された後遺症の影響を受けませんでした （表S2〜S5）。被験者は、メタボリック シンドロームに基づいて再グループ化されました。そのようなサブグループの統計分析は、特定された代謝変化がHL、CVA、またはAGMと関連していないことを示しました（図 S1〜S3）。しかし、我々の結果は、初期のステロイド治療が、回復したSARS患者のPIまたはLPIの血清レベルに影響を与える可能性があることを示唆しています。しかし、ラット実験では、メチルプレドニゾロン群 (10 または 30 mg/kg) を腹腔内注射したラットで検出された PI のレベルは、未治療のラットのレベルと同等であり (表 S6)、血清脂質に対するステロイド治療の 効果が代謝は私たちが考えていたよりも複雑です。

PI は、以前は肺に関連するウイルス感染に関連していました。例えば、エボラウイルス融合ペプチドの膜結合および透過には、標的膜におけるPlの存在が必要である17。PI シグナル伝達経路の下流要素は、ウイルスの侵入に関与することが示されています。エボラウイルスマトリックスタンパク質であるVP40は、広範なオリゴマー化とウイルスの排出にP14,5-二リン酸を必要とすることが最近示された18。Pl 4-キナーゼ IIIβ (PI4KB) は、SARS-CoV スパイクタンパク質を持つ偽ウイルスの細胞侵入に役割を果たしていると仮定されており、SARS-CoV スパイクタンパク質によって媒介される細胞侵入は、PI4KB のノックダウンによって強く阻害された20. したがって、SARS 患者でアップレギュレートされた PI は、SARS-CoV の感染と侵入を促進する可能性があります。しかし、Pls はマウスの呼吸器合胞体ウイルス感染を抑制することも示されました21。続く