Lupberger, J. et al. Combined Analysis of Metabolomes, Proteomes, and Transcriptomes of Hepatitis C Virus-Infected Cells and Liver to Identify Pathways Associated With Disease Development. Gastroenterology 157, 537-551.e9 (2019).
作者
Senior Author:
- Nathalie Pochet：Department of Neurology, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts;
- Thomas F. Baumert: Université de Strasbourg (IVH), Strasbourg, France.
背景
HCV感染的機制尚不完全清楚。
方法
- 細胞模型：HCV感染Huh7.5.1（hepatocyte-like cells），進行RNAseq，蛋白組，代謝組檢測，並進行整合分析。
- HCV感染者血清處理的uPA/SCID小鼠：8周，肝臟標本，RNAseq和蛋白組
- 臨牀樣本驗證：216HCV感染者，早期肝硬化，99例肝細胞癌患者的配對標本，其中還包括17例脂肪性肝炎。
主要結果
- 第一部分主要是介紹了基因、蛋白組的總體表達變化。主要發現HCV感染從轉錄和轉錄後過程中關閉了非關鍵性的步驟，但是同時抗病毒應答和炎症應答以及病毒信號通路（proviral signaling pathways）是呈現上調趨勢。
- HCV感染損傷了過氧化物酶體功能、脂質代謝、脂肪酸代謝和膽汁酸代謝。其中過氧化物酶體在脂質合成、信號通路、脂肪酸氧化和過氧化氫的脫毒方面起到重要的作用，因此後續文章主要研究過氧化物酶體相關的內容。
（1）這一部分主要是通過細胞的組學發現，採用了患者、小鼠模型的組學研究予以驗證。
（2）通過患者樣本（作者既往發表的結果）的GSEA結果，鑑定了46個perosisome的指紋基因（同時在細胞模型和患者肝臟組織中受到損傷的）。
（3）通過細胞實驗，檢測peroxisome的marker蛋白catalase的表達驗證了HC感染確實可以損傷peroxisome的功能。
（4）但發表的HBV感染的數據表明HBV感染可增強peroxisome的功能（GSE數據庫內的數據）（見討論部分） - 損傷的PPAR信號與peroxisome的功能損傷有關（very long-chain fatty acid 激活PPAR，高糖則損傷這一過程）
（1）研究同時觀察到了PPAR的損傷（這與既往的HCV感染損傷PPAR的表達相一致）。
（2）作者研究了細胞代謝的過程，發現了HCV感染導致糖代謝產物的濃度增加（succinate, pyru- vate, 3-phosphoglycerate, citrate and lactate)，是損傷PPAR和perosxisome的主要原因之一。
（3）通過<font color=red>Enrichr</font>分析與peroxisome相關的變化基因的commone transcription factors（binding to more than 2 genes)，並且也被HCV感染調節的。發現了PPAR和RXRB（PPAR的partner）在其中。
（4）採用HCV-host interaction數據庫的信息（Kwofie SK, Schaefer U, Sundararajan VS, et al. HCVpro: hepatitis C virus protein interaction database. Infect Genet Evol 2011;11:1971–1977.），發現HCV core protein與PPAR和RXRB可以結合。
（5）採用體外WB驗證HCV感染對PPAR的調節
（6）採用AMARETTO算法，預測調節網路（採用RNAseq數據），發現IL6R是driver genes - 採用RNAseq，對患者的樣本進行檢測，根據RNSseq的結果將患者分爲peroxisome抑制和激活組（另外採用了CAT作爲peroxisome功能的marker），比較死亡率等，結果發現peroxisome功能下調的患者的預後較差。
討論
- 慢性肝臟疾病均是從脂肪變性（steatosis）、炎症、纖維化、肝硬化，最終進展爲肝癌。同樣的進展過程提示可能有共同的機制推動疾病進展。
- HCV感染可誘導天然免疫系統mRNA轉錄的激活，但是蛋白質翻譯受阻。
- Peroxisome在VLCFA代謝和過氧化物代謝中起到重要作用。HBV感染誘導peroxisome，而HCV感染抑制其功能。這與：
（1）peroxisome與脂質代謝有關，與HCV誘導的脂肪積聚相一致
（2）HCV感染可作爲研究NASH的疾病模型之一 - 本研究採用了轉錄組、蛋白組、極性代謝物和脂類代謝物聯合分析，探究了peroxisome的功能及其與糖代謝和HCV誘導的細胞因子信號的關係。
- 本研究產生的數據可爲未來研究者的工作提供幫助。
補充
- persoxisome的基本定義：a cytoplasmic cell organelle containing enzymes (such as <font color = red > catalase</font>) which act in<font color = red > ** oxidative reactions</font> and especially in the production and <font color = red>decomposition of hydrogen peroxide**</font>。