这项研究中出现了两个明显的特征。一组166个基因揭示了人类免疫系统对病毒的反应感染．第二组20个特征基因可以预测病人病情的严重程度。例如，需要住院或使用机械呼吸机。该算法的有效性得到了验证，使用了从死亡患者尸检中收集的肺组织新型冠状病毒肺炎以及感染的动物模型。
“这些与病毒大流行相关的特征告诉我们一个人的免疫系统如何应对病毒感染，以及它可能会有多严重，这为我们现在和未来提供了一张地图大流行加州大学圣地亚哥分校医学院和摩尔斯癌症中心的细胞和分子医学教授Pradipta Ghosh博士说。
Ghosh与Debashis Sahoo博士共同领导了这项研究，Debashis Sahoo博士是加州大学圣地亚哥医学院的儿科助理教授，也是雅各布斯工程学院的计算机科学与工程助理教授，Soumita Das博士是加州大学圣地亚哥医学院的病理学副教授。
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在病毒感染期间，免疫系统会释放一种叫做细胞因子进入血液。这些蛋白质引导免疫细胞到达感染部位，帮助摆脱感染。但有时，身体会释放过多的细胞因子，导致免疫系统失控，攻击自身的健康组织。这种不幸被称为“细胞因子风暴”，被认为是一些病毒感染的患者(包括一些普通流感患者)死于感染而另一些人没有死的原因之一。
但长期以来，人们一直不清楚致命细胞因子风暴的性质、范围和来源、风险最大的人群以及如何最好地治疗。萨胡说:“当COVID-19大流行开始时，我想用我的计算机科学背景来发现所有病毒大流行的共同点——一些普遍的真理，我们可以用它来指导我们试图理解一种新病毒。”“这冠状病毒这对我们来说可能是新的，但我们的身体对感染的反应方式只有这么多种。”
用于测试和训练算法的数据来自于可公开获取的患者基因表达数据——所有RNA都来自于患者的基因转录，并在组织或血液样本中检测到。每次获得来自COVID-19患者的一组新数据时，该团队都会在他们的模型中对其进行测试。他们每次都看到相同的基因表达模式。
Sahoo说:“换句话说，这是我们所谓的前瞻性研究，在研究中，参与者在患病时加入研究，我们使用我们发现的基因签名来导航一种全新疾病的未知领域。”
通过检查这些基因在第一个特征基因集中的来源和功能，该研究还揭示了细胞因子风暴的来源:肺气道衬里的细胞和被称为巨噬细胞和T细胞的白细胞。此外，研究结果说明了风暴的后果:破坏了同样的肺导气管细胞和自然杀伤细胞，自然杀伤细胞是一种专门杀死病毒感染细胞的免疫细胞。
达斯说:“我们可以看到并向世界展示，我们肺部的肺泡细胞通常被设计成允许气体交换和血液氧化，是细胞因子风暴的主要来源之一，因此，充当了细胞因子风暴的眼。”“接下来，我们的类人中心团队正在COVID-19感染的背景下建模人类肺部，以检查急性和COVID-19后的影响。”
研究人员认为，通过提供细胞靶点和基准来衡量改善情况，这些信息也可能有助于指导正在经历细胞因子风暴的患者的治疗方法。
为了验证他们的理论，研究小组用Molnupiravir的前体或sars - cov -2中和抗体对啮齿动物进行预处理，Molnupiravir目前正在临床试验中用于治疗COVID-19患者。暴露于SARS-CoV-2后，对照组处理的啮齿动物的肺细胞显示了与大流行相关的166和20个基因表达特征。而接受治疗的啮齿动物却没有，这表明治疗对抑制细胞因子风暴有效。
“这不是下一次大流行是否会出现的问题，而是下一次大流行何时出现的问题，”高希说。他也是加州大学圣地亚哥分校医学院网络医学研究所所长和人类卓越研究中心执行主任。“我们正在构建不仅与今天的大流行有关，而且与即将到来的下一场大流行有关的工具。”
这项研究发表在eBiomedicine．
来源:加州大学圣地亚哥分校
