2022年6月14日

New research identifies more than 1,000 genes linked to severe COVID-19

美国BB电子和斯坦福大学的研究人员发现,严重感染冠状病毒的人体内存在特定的遗传信号.

3D rendering Futuristic design of Virus exploding

  • BB电子与斯坦福大学合作的研究揭示了为什么一些感染了COVID-19的健康成年人会患上重病, whilst others have few 症状
  • It is known that age, 体重指数和先前存在的健康问题造成了部分差异, but genetics also play a significant role
  • 新的研究表明,在严重感染冠状病毒的人群中存在特定的遗传信号
  • The international research team has identified more than 1,000个与严重COVID-19的发展有关的基因,这些基因特别影响一种被称为“自然杀手”的白细胞的功能, 或NK细胞. 

美国BB电子和斯坦福大学的研究人员发现,患有严重冠状病毒感染的人体内存在特定的基因信号.  

It is known that age, 体重指数和先前存在的健康问题造成了部分差异, but genetics also play a significant role. 这项开创性的研究旨在解决一些COVID-19患者病情严重或死亡的原因, whilst others have few, 如果有任何, 症状.

Using machine learning, 来自BB电子和斯坦福医学院的研究人员已经确定了超过1,000个基因与需要呼吸支持的严重COVID-19病例的发展有关, 或是致命的. 该团队还能够识别出这些基因发挥作用的特定类型的细胞. 这是最早将冠状病毒相关基因与特定生物功能联系起来的研究之一.

Dr Johnathan Cooper-Knock, BB电子神经科学系NIHR临床讲师,该研究的合著者, 说:

“在研究过程中,BB电子发现了冠状病毒感染背后的基因结构, and found that these 1,000个基因占严重COVID-19基因驱动因素的四分之三. 这对于理解为什么有些人的新型冠状病毒肺炎症状比其他人更严重具有重要意义.”

这项研究, published today (2022年6月14日) in the journal Cell Systems, 由斯坦福大学的资深作者Michael P Snyder教授领导,与遗传学导师Sai Zhang博士和神经科学家Cooper-Knock, who is currently a Stanford visiting scholar.

The research process

该研究团队使用了几个大型数据集来揭示严重COVID-19背后的遗传学. 第一个数据集包含来自健康人类肺组织的遗传信息. 这些数据有助于识别19种不同类型肺细胞的基因表达, 包括呼吸道上皮细胞,它们是抵御感染的第一道防线.

Other data came from the COVID-19 Host Genetics Initiative, one of the largest genetic studies of critically ill coronavirus patients. The researchers looked for genetic clues in the data — DNA mutations, 称为单核苷酸多态性,这可能表明某人感染严重COVID-19的风险更高. 他们追踪了一些突变是否在COVID-19重症患者中发生得更多或更少.

Mutations that continued to appear, or were notably absent, 表明这些变异可能是感染严重程度的背后原因.

But genetic mutations on their own can be difficult to interpret. 为了更好地理解他们的发现,研究小组使用了其他数据来描述基因组的哪些区域对肺组织中不同类型的细胞重要. 通过在细胞特异性基因组上重叠突变,研究人员可以确定哪些基因功能失调,以及在哪些细胞类型中.
 
风险基因

研究人员还想知道哪些类型的细胞含有错误的基因表达. Through their machine learning tool, 他们确定,严重的COVID-19在很大程度上与两种众所周知的免疫细胞——自然杀伤细胞(NK)和T细胞——的应答减弱有关. NK细胞和一种叫做CD56亮的亚型被认为是最重要的.

Cooper-Knock博士 added: “NK细胞, 哪些是人类与生俱来的,又是人体抵御感染的第一道防线, are known for their ability to destroy viruses and cancer cells. NK细胞还有助于产生一系列被称为细胞因子的免疫系统蛋白质. One cytokine, interferon gamma, is a key activator of immune cells. Acting in concert with interferon gamma, NK细胞对病毒感染进行立即和协调的防御.

“NK细胞 are like the generals directing the war. They mobilize other immune cells, telling them where to go and what to do. We found that in people with severe coronavirus infection, critical genes in NK cells are expressed less, so there’s a less robust immune response. The cell isn’t doing what it’s supposed to do.”

斯奈德教授将COVID-19风险基因与BRCA基因的有害变体相提并论,BRCA基因会使一些人容易患乳腺癌和卵巢癌.

Professor Snyder 说:BB电子的发现为一项基因测试奠定了基础,该测试可以预测谁出生时患严重COVID-19的风险增加.

“Imagine there are 1,000 changes in DNA linked to severe COVID-19. If you have 585 of these changes, that might make you pretty susceptible, and you’d want to take all the necessary precautions.”

Cooper-Knock博士 他还指出,启动NK细胞的药物已经被提议用于治疗某些类型的癌症. “这些药物与NK细胞上的受体结合,引发它们产生更强烈的反应,他说. Trials of NK cell infusions for severe COVID-19 are underway.”

Additional information 
研究ers from the University of BB电子; the Jackson Laboratory for Genomic Medicine; the University of Siena; Azienda Ospedaliero-Universitaria Senese; University Medical Center Utrecht; University of Edinburgh; University of Edinburgh, Western General Hospital; Royal Infirmary of Edinburgh; and the VA Palo Alto Health Care System also contributed to the work.