掃碼聯(lián)系客服
m6A Regulator-Mediated Methylation Modification Patterns and Characteristics of Immunity in Blood Leukocytes of COVID-19 Patients
文章涉及基礎(chǔ)概念簡述：表觀遺傳學(xué) (Epigenetics) 是與遺傳學(xué) (genetic) 相對應(yīng)的概念。遺傳學(xué)是指基于基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等；而表觀遺傳學(xué)則是指基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如RNA修飾和染色質(zhì)構(gòu)象變化等。
背景1：RNA修飾是RNA分子化學(xué)成分的轉(zhuǎn)錄后改變，具有改變RNA功能的潛能。雖然RNA中已鑒定出100多個不同的變化堿基，但其中大多數(shù)局限于非編碼RNA，特別是轉(zhuǎn)移RNA和核糖體RNA。對于信息RNA，最普遍的內(nèi)部修飾堿基是N6-甲基腺苷 (m6A)。m6A在調(diào)控mRNA表達(dá)的機(jī)制及其在多種細(xì)胞類型（免疫細(xì)胞）中的功能重要性已被廣泛研究。
背景2：2020年5月，Ziv Shulman團(tuán)隊在Nature Immunology雜志上發(fā)表題為“The RNA modification N6-methyladenosine as a novel regulator of the immune system”的綜述[1]?？偨Y(jié)了m6A在調(diào)控免疫的各個方面的功能，包括免疫識別，先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的激活，以及細(xì)胞命運的決定。其中，“m6A調(diào)節(jié)抗病毒反應(yīng)”與本文內(nèi)容背景相關(guān)。抑制免疫反應(yīng)的信號負(fù)責(zé)誘導(dǎo)快速和有效的抗病毒反應(yīng)，同時抑制反應(yīng)的規(guī)模和持續(xù)時間，以避免隨之而來的毒性。因此，必須嚴(yán)格控制先天免疫識別激活的基因表達(dá)程序。事實上，m6A對參與抗病毒免疫反應(yīng)的幾個中心mRNA發(fā)揮了關(guān)鍵調(diào)控作用。有研究表明，病毒感染增強了RNA解旋酶DDX46與編碼抗病毒蛋白MAVS、TRAF3和TRAF6的轉(zhuǎn)錄本的結(jié)合，導(dǎo)致ALKBH5的募集，從而去甲基化這些轉(zhuǎn)錄本。這種去甲基化反過來導(dǎo)致這些轉(zhuǎn)錄本保留在細(xì)胞核中，降低它們的蛋白水平，從而抑制I型IFN反應(yīng)的產(chǎn)生。
正文解讀：
文章于2021年9月投稿，2021年12月份發(fā)表于Frontiers in Immunology，歷時3個月。研究人群為感染新冠病毒的126個患者，目的探討血液中的白細(xì)胞m6A水平與感染新冠病毒后發(fā)生的變化，以及對患者預(yù)后的影響。下載GEO數(shù)據(jù)庫中芯片數(shù)據(jù)（GSE157103），我們發(fā)現(xiàn)COVID-19患者血白細(xì)胞的m6a修飾水平明顯高于非COVID-19患者，這種差異與CD4 + T細(xì)胞有關(guān)。通過無監(jiān)督聚類鑒定出兩個聚類，以T細(xì)胞活化為特征的m6a聚類A比m6a聚類b預(yù)后更高。代謝水平升高，免疫檢查點阻塞，m6A簇b中m6A評分較低，根據(jù)9個篩選出的基因構(gòu)建保護(hù)性模型，對COVID-19具有良好的預(yù)測價值。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，保護(hù)評分與HFD45、無呼吸機(jī)天數(shù)呈正相關(guān)，與SOFA評分、APACHE-II評分、crp呈負(fù)相關(guān)。我們的研究系統(tǒng)地描述了SARS-CoV-2感染患者中m6a甲基化修飾與宿主淋巴細(xì)胞之間的復(fù)雜相關(guān)性，并為預(yù)測患者的預(yù)后提供了一個良好的模型。圖1
結(jié)果：
Upregulation of m6A Regulators and Activation of the Immune System in COVID-19 Patients
1.參與調(diào)節(jié)m6A的20個基因，在感染和未感染新冠病毒的患者之間存在差異表達(dá)（箱圖）；2.按m6A甲基化專有分類：readers，writers，erasers將上述基因分類，進(jìn)行相關(guān)性分析（相關(guān)性熱圖）；3.根據(jù)感染和未感染新冠病毒的患者的芯片測序數(shù)據(jù)，進(jìn)行通路差異分析（GSVA），結(jié)果顯示兩組之間免疫相關(guān)通路激活狀態(tài)不同，干擾素途徑顯著存在差異（熱圖）；4.免疫細(xì)胞浸潤分析提示感染新冠和未感染新冠病毒患者之間血液的免疫細(xì)胞豐度存在差異，并且激活態(tài)的CD4記憶T細(xì)胞明顯與readers存在相關(guān)性。圖2
Patterns of m 6 A Regulators and Biological Function of Each Pattern
對感染新冠患者血液中的m6A的readers，writers，erasers基因進(jìn)行富集分析：1.首先基于上述20個基因的表達(dá)矩陣，通過無監(jiān)督聚類可以將新冠患者分為兩個亞組；2.感染新冠患者亞組之間這20個基因表達(dá)存在差異；3.顯著表達(dá)差異的m6A調(diào)節(jié)基因為CBLL1, HNRNPC, ZC3H13，IGF2BP1, METTL3, RBM15B；4.顯著差異表達(dá)的m6A調(diào)節(jié)基因中METTL3為甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體，提示亞組B的m6A甲基化水平更高；5.比較亞組A和亞組B之間，新冠患者預(yù)后相關(guān)的基因（既往文獻(xiàn)報道）的表達(dá)差異情況；6.比較不同亞組之間的住院時間，提示亞組A住院時間更短；7.GSVA通路差異分析提示亞組A，B之間，代謝與免疫通路存在差異活化。圖3
Immune Infiltration and Immune Checkpoint Characteristics in m6A Patterns
亞組A,B免疫浸潤分析提示：1.亞組之間CD8和NK細(xì)胞豐度存在差異；2.經(jīng)典的免疫檢查點兩組存在表達(dá)差異；3.根據(jù)免疫浸潤評分發(fā)現(xiàn)亞組之間存在免疫狀態(tài)差異；4.兩組之間差異基因的富集分析提示感染新冠病毒的患者，不同的m6A水平影響患者血液中免疫細(xì)胞豐度的改變，以及潛在通過免疫檢查點或代謝等通路影響患者預(yù)后。圖4
Construction and Validation of an m6A-Related Protective Model
構(gòu)建區(qū)分兩亞組新冠患者的分子模型：1.亞組A,B的差異基因與新冠非新冠患者之間的差異基因取交集，得到4565個共同差異基因，通過lasso回歸篩選出9個候選基因，構(gòu)建預(yù)測模型；2.通過模型對本研究的患者進(jìn)行打分，發(fā)現(xiàn)高低分組之間臨床指標(biāo)存在差異（賦予模型臨床意義）；3.用來構(gòu)建模型的基因的富集分析提示，這些基因參與了與細(xì)胞周期，病毒感染等生物過程。圖5-6
總結(jié)
作者首先發(fā)現(xiàn)m6A甲基化調(diào)控的3類基因在感染和未感染新冠患者血液芯片測序數(shù)據(jù)的表達(dá)水平存在差異。免疫浸潤分析發(fā)現(xiàn)新冠患者的血液中特殊亞群免疫細(xì)胞的豐度存在異常狀態(tài)。GSVA分析發(fā)現(xiàn)患者與對照組的信號通路存在差異。通過無監(jiān)督聚類將新冠患者分為兩個亞群，亞群之間存在不同的免疫浸潤、免疫狀態(tài)和預(yù)后差異。最后，將患者與非患者的差異基因和亞群之間的差異基因取交集，構(gòu)建預(yù)測模型，模型具有良好的診斷效能。
亮點點評
新冠無疑是今年研究熱點，各大期刊也是優(yōu)先發(fā)表的病種。要問生信如何發(fā)的快準(zhǔn)狠，選擇新冠作為研究的疾病不失為一劑良方；
基于m6A甲基化的免疫調(diào)節(jié)背景，恰好可以結(jié)合生信最具代表性的免疫浸潤分析模塊，不僅可以量化免疫細(xì)胞亞型的豐度，還可以利用免疫檢查點、免疫細(xì)胞表型（M2極化，MDSC免疫抑制，Treg細(xì)胞免疫抑制）等熱點問題豐富結(jié)果；3.本文的芯片數(shù)據(jù)，從臨床信息的完整度來講，質(zhì)量要高于一般的腫瘤芯片數(shù)據(jù)，可能也是基于目前疫情的原因，大家極盡所能的想保留患者的臨床信息。
于此，我們不妨再跳躍下思維，感染新冠的腫瘤患者的芯片數(shù)據(jù)是不是有很多，如果芯片數(shù)據(jù)存在，我們是不是又可以來一套新冠相關(guān)的腫瘤生信分析？通過這篇研究的結(jié)果，感染新冠后患者的免疫微環(huán)境發(fā)生變化，影響腫瘤患者的免疫微環(huán)境？進(jìn)而影響患者的預(yù)后。除了m6A，鐵死亡，焦亡，自噬，小眾基因集（TP53基因集、趨化因子基因集、代謝基因集），是否也有不同的結(jié)果，又或者結(jié)合WGCNA等算法，碰撞不一樣的火花呢？ 想發(fā)表新冠的生信文章，一定不要再拖了，打鐵要趁熱呀!
[1]. Shulman, Z. and N. Stern-Ginossar, The RNA modification N6-methyladenosine as a novel regulator of the immune system. Nature Immunology, 2020. 21(5): p. 501-512.
