编辑推荐：
为探究 COVID-19 严重程度差异的原因，研究人员开展了对 COVID-19 阳性患者鼻腔甲基化组的研究。通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS），发现鼻腔甲基化差异与疾病严重程度相关，这有助于理解 COVID-19 的发病机制。
自 2019 年 12 月以来，严重急性呼吸综合征冠状病毒 2（SARS-CoV-2）引发的冠状病毒病 2019（COVID-19）在全球肆虐，给人类健康带来了巨大威胁。截至目前，它已导致近 775 million 例感染和超 7 million 人死亡，成为 2021 年美国第三大死因。COVID-19 的症状极为多样，从无症状感染到心肺衰竭甚至死亡，其严重程度的决定因素却一直扑朔迷离。此前，虽然转录组学、蛋白质组学分析以及全基因组关联研究（GWAS）等为揭示其发病机制提供了一些线索，但仍存在诸多未解之谜。而表观基因组学的研究逐渐崭露头角，尤其是 DNA 甲基化，作为一种重要的表观遗传标记，其在 COVID-19 中的作用备受关注。在此背景下，来自美国威斯康星大学医学院和公共卫生学院、儿童慈善医院堪萨斯城基因组医学中心等机构的研究人员开展了一项重要研究，该研究成果发表在《BMC Medical Genomics》杂志上。
研究人员运用的主要关键技术方法有：收集新冠患者及阴性对照的鼻腔样本，通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）获得甲基化数据，经处理后进行差异甲基化分析，还结合基因注释、甲基化分割等多种生物信息学分析方法，深入探究甲基化模式与 COVID-19 严重程度的关系。
下面来看具体的研究结果：
- 鼻腔黏膜调控基因组景观的特征：研究纳入 61 例感染 SARS-CoV-2 的患者，通过 WGBS 分析鼻腔样本。发现与未感染个体相比，COVID-19 阳性个体的低甲基化区域（LMR）与免疫细胞调节元件重叠比例更高，这表明 SARS-CoV-2 感染后鼻腔黏膜免疫细胞被激活，WGBS 可捕捉特定细胞类型的甲基化特征，有助于推断免疫介导途径的差异调节。
- 重症 COVID-19 患者中低甲基化区域占优势：通过对重症和轻症患者的分析，发现重症患者中低甲基化区域（7256 个）多于高甲基化区域（2744 个），且许多低甲基化差异甲基化区域（DMR）位于基因间区。对相关基因的分析表明，这些差异甲基化基因（DMG）与免疫反应相关的生物学过程和信号通路有关，支持了重症和轻症 COVID-19 患者免疫反应存在差异的观点。
- PI3K/Akt 通路中基因的差异甲基化与 COVID-19 严重程度：研究发现，在重症与轻症 COVID-19 患者中，PI3K/Akt 通路相关基因存在差异甲基化。例如，AKT1、ISG15 等基因的启动子在重症患者中相对低甲基化，这表明 PI3K/Akt 通路在 COVID-19 严重程度中可能起着重要作用。
- 重症 COVID-19 病例中免疫细胞表面标记的高甲基化：在重症患者中，FUT4 和 CD8A 的启动子出现高甲基化。FUT4 主要在髓系细胞中表达，其启动子高甲基化可能导致中性粒细胞功能障碍；CD8A 在 T 细胞中强表达，其启动子高甲基化可能与重症 COVID-19 患者中 CD8+ T 细胞减少有关。
- 高甲基化区域中 ELF4 和 ELF5 转录基序的富集：对转录因子结合位点的分析发现，ELF4 和 ELF5 的靶序列在高甲基化区域中显著富集。ELF4 与髓系细胞相关，ELF5 的靶基因在重症患者中相对高甲基化，可能影响宿主对 SARS-CoV-2 的免疫反应。
- 支持性证据：研究人员分析了外部公开数据，发现其与本研究的许多发现相符，如 COVID-19 严重程度相关的生物学过程、候选基因以及 PI3K/Akt 通路的作用等。同时，通过对其他数据集的分析，发现差异表达基因（DEG）与本研究中的 DMG 存在重叠，且许多重叠基因在免疫反应中起关键作用。
- 重症 COVID-19 中差异甲基化基因与遗传位点重叠：研究发现，本研究中确定的差异甲基化基因与 COVID-19 宿主遗传学倡议报告的遗传位点存在重叠，如 ABO、FDPS 等基因，这为研究 COVID-19 的遗传和表观遗传机制提供了新的线索。
- PI3K/Akt 通路与 COVID-19 严重程度相关：利用其他研究的基因表达数据集，研究人员发现 PI3K/Akt 通路相关基因在重症和轻症患者中的表达存在差异，且与甲基化分析结果一致。此外，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据也显示，PI3K/Akt 相关基因在不同疾病严重程度的个体中表达不同，进一步支持了该通路在 COVID-19 严重程度中的重要作用。
研究结论和讨论部分指出，该研究全面分析了 SARS-CoV-2 感染患者鼻腔甲基化组，发现甲基化与宿主对 SARS-CoV-2 的免疫反应相关。鼻腔甲基化组的差异似乎通过影响中性粒细胞功能和 T 细胞群体，调节先天免疫和适应性免疫反应，还可能与免疫耐受有关。然而，研究也存在一些局限性，如样本量较小，难以确定甲基化差异是疾病严重程度的原因还是结果，且缺乏直接的基因表达测量。尽管如此，这项研究仍为理解 SARS-CoV-2 的病理生理学提供了重要线索，强调了进一步研究潜在致病途径的必要性，为开发针对 COVID-19 的治疗方法提供了新的方向。
