对严重COVID-19后康复过程的新见解
从严重的COVID-19中恢复的特点是某些白细胞减少和免疫系统的分子调节改变。这是由DZNE协调的一个国际研究团队得出的结论，该团队在该杂志上对此进行了报道细胞医学报告．科学家们检测了139名接受重症监护的患者的血液。使用一种新的数据分析方法，他们从免疫学的角度确定了具有共同相关性的恢复过程特征的疾病机制——尽管个体在时间进程上存在差异。这些发现证明了一种评估疾病状态的新方法，这可能有助于更有针对性和更有效的治疗。
目前的研究是一项国际努力的结果，DZNE与Helmholtz Zentrum München、以色列技术学院和荷兰拉德堡大学合作。研究人员面临的挑战是识别来自不同患者的数据中的共性。这是因为，与许多其他疾病一样，COVID-19的恢复过程可能因人而异，例如，症状随时间的发展和住院时间的长短就证明了这一点。
“这使得很难确定疾病背后的一般细胞和分子机制。然而，这些见解对于了解疾病的本质和身体的反应是相关的，从而决定最佳的治疗方案，”生物信息学家和基因组研究员Amit Frishberg博士说，他是当前出版物的第一作者。“因此，为了分析数据，我们使用了最近开发的一种新方法。我们的计算方法旨在从不同患者的各种结果中发现可能不明显的共同模式。”
血液分析
COVID-19可影响多个器官。然而，已知这种疾病在很大程度上是由免疫反应决定的。“这种反应会反映在血液中，因为那是白细胞循环,”Frishberg说。“这些细胞是免疫系统的基本组成部分。因此，我们的研究聚焦于患者的血液。”
研究人员总共研究了139名成年人的血液样本，他们的年龄从21岁到86岁不等，其中大多数是男性。这些数据来自三个不同的队列。所有患者均在医院接受过治疗重症监护包括通气在内的ICU: 105人恢复到最后出院，34人死亡。从这里研究的大多数个体来看，有很多血液样本，通常在入ICU后约三周内收集。此外，一些患者在ICU住院(以及随后出院)后三个月的自我报告健康状况。
一条主线
分析显示，恢复过程与所谓中性粒细胞数量的逐渐减少有关。它们是免疫系统中最常见的白细胞，是抵御病原体的第一道防线。“我们发现，严重COVID-19患者血液中有大量成熟的中性粒细胞，即完全发育的中性粒细胞，在康复过程中它们的数量减少。其他白细胞的读数在恢复正常水平时也会发生变化，其中一些下降，而另一些上升。然而，这些变化没有中性粒细胞那么明显，”弗里什伯格说。
“此外，我们发现，在ICU患者中，成熟中性粒细胞的增加在较长时间内很可能导致致命的结果。这可能是因为稳定的增加与过量相关，因此有害的免疫反应。因此，血液中这些细胞的数量可以作为一种生物标志物，在预测疾病发展方面比目前正在讨论的其他生物标志物更重要。”
研究人员在恢复过程中发现了影响免疫系统分子信号通路和调节机制的进一步变化。“我们的发现值得注意的是，所有患者的康复遵循相同的生物学模式，尽管疾病病程的个体差异。可以说，这是一条共同的主线。在我们的数据中，我们没有发现证据表明严重COVID-19后的恢复过程可能遵循不同的轨迹，”弗里什伯格说。
调整转录组
在他们的分析中，科学家们主要依靠血液转录组。这些数据集反映在给定时间内所有血细胞的基因活性。通常情况下，有超过10,000种不同的基因被登记在案。“血液转录组提供了免疫系统发生的非常详细的图像，”德国波恩大学系统医学主任、教授Joachim Schultze说，他也参与了目前的研究。“分析这些非常复杂的数据需要计算技术。这就是我们采用新方法的地方。”
研究人员采用的方法依赖于一种计算算法，该算法将来自不同患者的所有转录组按共享序列排列。“这是基于相似性和所有康复患者最终遵循相同的康复轨迹的假设。这个想法是，每个转录组都是疾病状态的一个快照，它会发展到下一个快照。就像最终有多少个单独的帧组成一部电影，”舒尔茨说。
从这种个体的，通过实验获得的转录组的排序中，可以计算出反映恢复过程的连续过程的模型。在这种情况下，生物动态随时间的变化由算法计算的一个参数来表征。“由于恢复过程可能因人而异，不同的患者可能在不同的时间出现相同的免疫情况，例如，就症状的出现而言。因此，在生物尺度上捕捉恢复过程的发展，按时间顺序的时间并不是一个合适的测量方法，”舒尔茨解释说。“因此，我们的方法是基于计算一个称为伪时间的参数，该参数被分配给每个患者样本。在这种情况下，低假时间表示严重的疾病状态或恢复的初始状态，而高假时间表示恢复的高级状态。”
更好的治疗方法
从这个模型中，研究人员能够得出他们关于中性粒细胞减少和调节机制变化的发现，所有这些都是从原始数据中不明显的。此外，获得来自不同队列的数据使他们能够验证他们的发现，并检查他们的模型所基于的假设是否与实验结果一致。
“我们的研究展示了如何通过算法和建模从复杂数据中提取见解。我们认为这是一种强大的方法，具有广泛应用的潜力。许多疾病的特点是异质和患者特有的恢复轨迹。有鉴于此，我们的分析方法可能也适用于COVID-19以外的疾病研究，”舒尔茨指出。
“底线是，我们的研究提供了一种评估疾病的新方法复苏基于血液转录组的ICU患者状态。在实践中，这可能有助于更有针对性，从而更多有效的治疗COVID-19。考虑到这一点，可能有必要评估这种检查在临床常规中可以实施到什么程度。”
