隐藏在尿液中的新冠肺炎病的“密码”

该团队从尿液中筛选出20种蛋白质标志物并建立模型，成功实现了轻、重度新冠肺炎患者的分类和预测。本研究表明，从新冠肺炎患者尿液中获得的蛋白质分子可以敏感地反映机体的病理状态。

近日，西湖大学生命科学学院郭天楠实验室与合作团队在《细胞》子刊《细胞报告》发表最新研究成果：联合团队从尿液中筛选出20个蛋白标志物并建立模型，成功实现了轻、重度新冠肺炎患者的分类和预测，指出了新冠肺炎患者潜在肾脏损害的证据。

本研究表明，从新冠肺炎患者尿液中获得的蛋白质分子可以敏感地反映机体的病理状态。

正常尿液中含有成千上万的微量蛋白质，与免疫和代谢密切相关。与血清、组织等相比，无需专业采集手段即可获取尿液，可满足日常实时健康监测需求。

尿液信息是巨大的。

该模型细化了预测值。

确定新冠肺炎患者的严重程度以进行治疗尤为重要。

据了解，联合团队对1494个血清蛋白、3854个尿液蛋白、903个血清代谢物和1033个尿液代谢物进行了定量研究分析，发现尿液中蛋白质的分子量分布与整个人类蛋白质组的分子量分布一致，即尿液样本不会遗漏某个蛋白质，从而导致信息丢失。而且，尿蛋白区分轻重新冠肺炎的能力与血清蛋白基本相同。

“通过蛋白质组学和代谢组学的方法，我们对新冠肺炎患者和健康对照者的尿液和血清样本进行了系统的研究和比较。”郭天楠介绍，从蛋白质水平分析，轻、重度新冠肺炎患者单位体积尿蛋白含量明显高于健康组。这一结果表明，尿液可能对身体疾病水平的变化更敏感。

医学上，我们倾向于通过具体的数值来判断健康状况，比如测量体温、血压等。尿液中含有大量的信息，但不同种类蛋白质的数值显然不够直观。为此，联合团队建立了基于20种尿蛋白的机器学习模型进行操作转换。

“这个算法模型可以理解为一个函数，通过输入‘x’、‘y’和‘z’等数值，就可以得到一个预测值进行评估。”郭天楠介绍，预测值有一个数值范围，从低到高，对应轻、重度新冠肺炎患者的情况。在重度新冠肺炎病患者的康复过程中，该模型的预测值随时间逐渐降低。而在轻度新冠肺炎患者的恢复中，预测值趋于平缓，无明显变化。这项研究的结果进一步证实，这20种尿蛋白有潜力分类和预测新冠肺炎轻、重类型。"该团队开发了一种用于尿液样本收集和高效检测的特殊试剂盒。"郭天楠说。

蛋白质失衡损害肾脏。

免疫紊乱会引发一系列问题。

细胞因子是免疫细胞合成和分泌的一种蛋白质。其中，细胞因子CXCL14参与调节体内多种生物学过程，如炎症免疫反应、肿瘤相关血管生成等。

不受控制的先天性炎症反应引起的细胞因子风暴是新冠肺炎患者高死亡率的主要原因。为此，联合团队重点研究了血清和尿液中细胞因子的变化，对124种血清细胞因子和197种尿液细胞因子进行了定量研究。

淋巴细胞增多症在新冠肺炎患者中非常常见，它与疾病的严重程度密切相关。研究发现，尿中细胞因子CXCL14的含量与新冠肺炎病患者的淋巴细胞计数有显著相关性，或可作为指示新冠肺炎病严重程度的生物标志物。

值得注意的是，通过差异途径分析，本研究获得了许多经常出现在差异表达途径中的蛋白质。rhogtpase家族的CDC42、RAC1/RAC2和RHOA经常出现。

"此外，肾足细胞肌动蛋白的动态调节需要消耗大量的三磷酸腺苷(ATP). "郭天楠介绍，代谢组学数据显示，重度新冠肺炎患者尿液中ATP代谢产物——腺苷含量明显降低，进一步提示患者可能存在足细胞运动障碍和潜在的肾脏损害。

联合小组的研究发现，像其他病毒感染一样，新冠肺炎可以通过打破体内氧化和抗氧化系统之间的平衡来引起氧化应激。基于多条线索，本研究推测新冠肺炎引起的患者免疫紊乱引发的炎症反应、凝血反应和细胞纤维化最终会损害肾脏组织。

“临床数据显示，虽然重度新冠肺炎患者的各类肾损伤指标仍在正常范围内，但与健康对照组相比，发生了显著变化。”郭天楠说，研究表明，新冠肺炎可能会对患者造成肾脏损害，因此有必要密切关注新冠肺炎患者肾脏损害的临床指征，并在新冠肺炎康复后保持对其肾功能的随访观察。