基于LA-ICP-MS的COVID-19患者干血斑元素特征与抗体水平相关性研究

《Results in Chemistry》：Preliminary studies of dried blood spots elemental signature following diagnosis of SARS-CoV-2

本研究针对SARS-CoV-2感染后血液元素特征变化这一科学问题，通过LA-ICP-MS技术对82例干血斑样本进行多元素分析，结合抗SARS-CoV-2 IgG抗体定量检测，发现Na、Mg、S、K等元素与抗体水平呈正相关，而I、Ba呈负相关。线性判别分析显示97.5%样本可准确归类，首次证实元素特征可作为免疫反应生物标志物，为COVID-19病理机制研究提供新视角。

　　

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起，已成为全球重大公共卫生挑战。该病毒通过血管紧张素转换酶2受体侵入人体，主要攻击呼吸系统，但同时也引发强烈的全身性免疫病理反应。随着病毒持续变异，深入了解感染后的机体反应机制显得尤为重要。在临床诊断中，血清抗体检测是评估免疫应答的重要手段，但传统方法难以提供关于机体代谢状态的全方位信息。

在此背景下，华沙大学的研究团队在《Results in Chemistry》发表了一项创新性研究，首次将激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术应用于COVID-19患者干血斑（DBS）样本的多元素分析，探索血液元素特征与抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平之间的潜在关联。这项研究为理解病毒感染对机体生化状态的影响开辟了新途径。

研究团队采用的关键技术方法包括：1）基于EUROIMMUN Anti-SARS-CoV-2 QuantiVac ELISA（IgG）的抗体定量检测；2）激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）多元素分析技术，监测了从⁷Li到²³⁸U共67种同位素；3）主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）等统计方法。样本来源于45名患者（共82个DBS样本），按抗体水平分为低（L）、中（M）、高（H）三组，确保年龄、性别和疫苗接种状态的均衡分布。

3.1. LA ICP-MS映射分析程序

通过优化激光剥蚀参数（波长213 nm，能量2.5 mJ，点径200 μm），研究人员建立了可靠的DBS元素分布映射方法。选择⁵⁷Fe作为内标，有效克服了血斑分布不均带来的分析挑战。线性剥蚀模式（15条线，间距200 μm）确保了采样代表性，同时通过空白校正和信号峰处理保证了数据质量。

3.2. 结果评估

引入感兴趣区域（ROI）概念，选取150个最强Fe信号对应数据进行后续分析。五个月后重复测量显示良好稳定性（回收率93.0%-112.8%），证明DBS样本在室温下保存的可行性。

3.3. 不同抗体水平样本的元素组成

按抗体水平将样本分为13组后选择7组进行详细分析。结果显示Na、Mg、S、K的信号强度与抗体水平呈正相关，而I、Ba呈负相关。这些元素变化与已知免疫机制相符：钠离子调节体液平衡并影响炎症反应；钾离子外流激活NLRP3炎症小体；镁参与淋巴细胞增殖和抗体产生；碘通过甲状腺激素调节免疫代谢。

3.4. 样本排序

线性判别分析（LDA）基于六种关键元素（Na、Mg、S、K、I、Ba）实现了97.5%的准确分类。主成分分析（PCA）显示PC1值与抗体数量明显相关，进一步验证了元素特征与免疫应答的关联性。与X射线荧光（XRF）对比证实LA-ICP-MS在微量元素检测方面的优势。

3.5. DBS样本元素稳定性评估

长期稳定性实验证实DBS样本元素组成在五个月内保持稳定，为回顾性研究和大规模样本库分析提供了技术依据。

研究结论表明，LA-ICP-MS结合化学计量学方法能有效识别COVID-19感染引起的血液元素特征变化。特定元素（Na、Mg、S、K、I、Ba）与抗体水平的关联性揭示了病毒感染对机体生化状态的深远影响。这项研究的意义在于：1）首次建立DBS元素特征与SARS-CoV-2免疫应答的关联；2）证实LA-ICP-MS可作为补充血清学检测的有力工具；3）为理解COVID-19病理生理机制提供了新视角；4）为疫苗相关不良反应（如心肌炎）的生物标志物研究提供了潜在方法学支持。尽管样本量有限，但该研究为未来大规模流行病学研究奠定了坚实基础，展示了元素组学在传染病研究中的巨大潜力。