Identification basée sur la spectrométrie de masse des biomarqueurs COVID-19

Dans une récente étude publiée dans la revue Métabolitesles chercheurs ont rapporté que les approches métabolomiques basées sur la spectrométrie de masse (MS) ont un potentiel élevé pour la découverte de biomarqueurs.

La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a provoqué une perturbation importante de la santé publique. Les tests biomoléculaires conventionnels ont joué un rôle central dans le suivi du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2). La métabolomique basée sur la SEP représente les dernières technologies innovantes pour identifier les métabolites en circulation en tant que biomarqueurs COVID-19. Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné le métabolome lié au COVID-19 pour des biomarqueurs potentiels.

Étude: Biomarqueurs diagnostiques, pronostiques et mécanistes de la COVID-19 identifiés par la métabolomique par spectrométrie de masse. Crédit d’image : Intothelight Photography / Shutterstock

Biomarqueurs pronostiques COVID-19

La métabolomique a été mise à profit dans la découverte de biomarqueurs pour identifier les métabolites en corrélation avec les maladies. Plusieurs études ont évalué le métabolome du COVID-19 en appliquant différents critères tels que la gravité pathologique, les résultats, les facteurs de risque de maladie grave, les traitements et l’analyse longitudinale des personnes infectées. Ces critères hétérogènes peuvent compromettre les comparaisons entre études.

Cependant, des études ont adopté une stratégie clinique robuste pour renforcer les analyses métabolomiques. La standardisation clinique peut être réalisée avec des critères d’inclusion stricts et de larges caractéristiques cliniques. La gravité du COVID-19 nécessite une distinction plus précise entre les maladies légères, modérées et graves. De plus, il est essentiel d’évaluer la reproductibilité des mesures et de les évaluer dans des cohortes de validation pour confirmer l’identification des biomarqueurs.

En métabolomique ciblée et non ciblée, les méthodes chromatographiques sont couplées à des spectromètres de masse, avec des combinaisons typiques comprenant la chromatographie liquide (LC)-MS, la chromatographie en phase gazeuse (GC)-MS et la LC-MS ultra-performance (UPLC-MS). La métabolomique non ciblée a stimulé la découverte de biomarqueurs potentiels du COVID-19.

Cette approche facilite la détection complète des métabolites nécessitant une validation ultérieure par une méthode ciblée. Divers analyseurs de masse ont été utilisés pour identifier les biomarqueurs métaboliques du COVID-19, tels que les phénols, les composés de mannose, le fructose, les nucléosides puriques, les acides gras libres et les acides aminés, entre autres. Les algorithmes d’apprentissage automatique ont récemment facilité la détection de biomarqueurs uniques.

Biomarqueurs mécanistes, diagnostiques et pronostiques de la maladie COVID-19.

Caractéristiques diagnostiques et pronostiques du métabolome COVID-19

Une recherche documentaire a été effectuée pour les études appliquant la métabolomique basée sur la SEP dans le COVID-19. Les études éligibles ont recruté des personnes infectées par le SRAS-CoV-2 avec un test positif de réaction en chaîne par polymérase à transcription inverse (RT-PCR) et des témoins sans COVID-19. Toutes les publications ont été examinées pour les biomarqueurs de métabolites reflétant la gravité du COVID-19. Après sélection et exclusions (en raison d’approches méthodologiques non pertinentes ou de textes intégraux inaccessibles), 20 articles ont été inclus.

Une étude sélectionnée a rapporté que cinq métabolites plasmatiques – l’aspartate, le malate, le monophosphate de guanosine (GMP), le D-xylulose-5-phosphate et le phosphate de carbamoyle, étaient régulés à la baisse dans les cas graves de COVID-19. En outre, il a identifié des changements dans le métabolisme des acides aminés chez les individus COVID-19 affectant la glutamine, l’arginine, les acides aminés ramifiés et leurs dérivés.

Ces signatures biologiques ont été maintenues chez les patients atteints de COVID-19 léger/modéré et sévère. De plus, le glutamate est resté dérégulé dans les analyses longitudinales à travers les vagues de COVID-19. Certaines études ont également observé des altérations du métabolisme du tryptophane ; en outre, une association entre les métabolites immunosuppresseurs du tryptophane (acide anthranilique et kynurénine) et la gravité du COVID-19 a également été rapportée.

De telles élévations ont également été observées chez les longs patients atteints de COVID ou de cancer. De plus, de nombreuses études se sont concentrées sur les altérations du métabolisme des glucides et de l’énergie, du métabolisme des purines, du cycle de l’acide tricarboxylique, des polyamines et des métabolites du nicotinamide et ont identifié des changements significatifs dans les glycérophospholipides chez les patients atteints de COVID-19 sévère.

Par exemple, les niveaux de sphingosine-1-phosphate augmentent de manière significative pendant la récupération, tandis que des niveaux plus élevés de créatine et de polyamine acétylée peuvent indiquer un dysfonctionnement rénal chez les patients critiques. De plus, une méta-analyse des métabolomes du COVID-19 a identifié le cholestérol, la tyrosine, la bilirubine, la L-phénylalanine et le D-mannose comme les principaux biomarqueurs, suggérant que la gravité de la maladie était associée à des changements dans les voies impliquant les métabolites indiqués.

L’analyse métabolomique non ciblée d’échantillons de sang/salive a révélé deux molécules (L-proline bétaïne et 3-sulfate d’acide glycolithocholique) prédisant la gravité. Une autre étude a montré que les concentrations salivaires de valine, proline, tyrosine, phénylalanine et leucine pouvaient différencier les patients atteints de COVID-19 léger et sévère.

L’analyse des écouvillons nasopharyngés de patients atteints de COVID-19 léger a identifié le sulfoxyde de méthionine, la carnosine et l’acide bêta-hydroxybutyrique, par rapport à ceux infectés par d’autres virus respiratoires. En outre, une étude a révélé des niveaux élevés d’urée, de lactate et d’acide cyclohexane carboxylique, mais des niveaux réduits de D-cellobiose, de 1-pentadécanol, d’acide propanoïque et de succinate de monométhyle dans les échantillons fécaux de patients atteints de COVID-19 sévère par rapport à ceux atteints d’une maladie bénigne. .

L’augmentation des niveaux de L-cytosine est en corrélation avec l’infection par le SRAS-CoV-2 et pourrait être considérée comme un biomarqueur diagnostique pertinent, bien que la base mécaniste reste inconnue. Compte tenu du manque de validation à grande échelle, il reste difficile de savoir quel type d’échantillon (plasma, salive, urine, matières fécales, etc.) serait optimal pour la détection du COVID-19.

Biomarqueurs mécanistes de la COVID-19

Le COVID-19 amplifie la dégradation de la glutamine et élève les niveaux de glutamate. Curieusement, une étude a révélé qu’une carence en glutamine liée à la comorbidité prédispose les individus à un COVID-19 sévère. Les polyamines sont essentielles au maintien de l’homéostasie cellulaire. Des études ont découvert une surabondance de polyamines et de L-ornithine dans les sérums de patients COVID-19.

De plus, l’acide 3-hydroxybutyrique (3HB) s’est avéré être élevé pendant COVID-19. Le 3HB a des propriétés immunostimulatrices et inhibe l’inflammasome. Dans les modèles de souris, 3HB a augmenté la fonction du cluster de différenciation 4-positif (CD4⁺) lymphocytes T et a diminué la mortalité des souris infectées. Par conséquent, il pourrait servir de métabolite atténuant le COVID-19.

Remarques finales

Pris ensemble, la métabolomique a été continuellement affinée au cours des dernières décennies pour permettre une plus grande couverture du métabolome. Les auteurs ont rapporté un catalogue de biomarqueurs COVID-19-pertinents. Néanmoins, la normalisation du flux de travail métabolomique doit être abordée. Les futures études devraient déterminer quels biomarqueurs, seuls ou en combinaison, reflètent le mieux l’infection et la gravité du COVID-19.