《Frontiers in Immunology》：Common and rare variants in complement genes as biomarkers of COVID-19 infection and severity. A lesson to learn for emerging pathogens
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研究人员分析了补体基因的常见及罕见变异在COVID-19感染与严重程度中的潜在作用。研究纳入154例因重症COVID-19住院的西班牙成年患者全外显子测序（Whole-Exome Sequencing, WES）数据，评估补体相关常见多态性（complotyp
研究人员分析了补体基因的常见及罕见变异在COVID-19感染与严重程度中的潜在作用。研究纳入154例因重症COVID-19住院的西班牙成年患者全外显子测序（Whole-Exome Sequencing, WES）数据，评估补体相关常见多态性（complotype）及罕见补体变异的频率及其与疾病严重程度的关联。结果显示，CFHR4 rs7417769（p.N209S）和CFH rs1061170（p.Y402H）常见多态性与急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS）保护显著相关；C3 rs2230199（p.R102G）和MASP2 rs7255087（p.D120G）多态性分别与低C3水平和高C3水平相关。C1R rs117402032和C8A rs143523574多态性显著富集，且既往与低FCN2和FCN3水平相关的杂合变异携带者频率增加，提示补体激活缺陷与SARS-CoV-2感染率升高相关，支持凝集素途径在COVID-19发病机制中的关键作用。该研究表明，补体基因常见变异可调节重症COVID-19及其临床并发症的易感性，并鉴定出具有潜在应用前景的遗传生物标志物，不仅对SARS-CoV-2，也对未来新兴感染性威胁的防范具有意义。
该研究发表于《Frontiers in Immunology》，旨在探讨补体系统遗传变异在COVID-19感染易感性及严重程度调控中的作用，为新兴病原体的防控提供遗传学依据。
**研究背景与问题**
2019年冠状病毒病（Coronavirus Disease 2019, COVID-19）由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2）引发，是21世纪最重大的全球公共卫生挑战。该疾病临床表现从轻微到危及生命的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、脓毒症及多器官功能衰竭不等。宿主遗传背景是影响COVID-19严重程度与结局的关键因素之一，免疫系统相关基因的多态性变异已被证实可改变感染进程。补体系统作为先天免疫的古老组成部分，在抗病毒防御中具有核心地位，可通过病毒及受感染细胞的调理作用、炎症诱导及适应性免疫调节等多种机制清除病原体。在COVID-19中，补体激活呈现双刃剑效应：早期适度激活有助于阻止病毒入侵和扩散，而后期过度激活则与ARDS及多系统炎症综合征（Multisystem Inflammatory Syndrome, MIS）等有害后果相关。SARS-CoV-2可通过其刺突蛋白（S蛋白）和核衣壳蛋白（N蛋白）直接激活凝集素途径，也可通过替代途径在肺泡上皮和肺血管内皮激活补体。尽管补体系统在COVID-19病理中的作用已获证实，但其遗传变异对疾病影响的系统性研究相对匮乏，尤其缺乏针对西班牙人群的深入分析。
**研究设计与主要技术方法**
研究采用队列观察设计，纳入两个子队列共计154例无关欧洲血统成年患者的WES数据。子队列1包含103例2020年3月至4月于穆尔西亚地区两家大学医院住院的患者，疾病严重程度涵盖轻度至危重症（含ARDS），其中87例具有生物化学和临床数据。子队列2包含51例2020年5月至9月期间于西班牙多家医院重症监护室（Intensive Care Unit, ICU）治疗的危重症COVID-19伴ARDS患者。SARS-CoV-2感染经实时定量逆转录聚合酶链反应（quantitative real-time reverse-transcriptase polymerase chain reaction, qRT-PCR）确诊。WES分别由北京诺禾致源和纽约基因组中心完成，采用SureSelect捕获探针及Illumina测序平台，数据比对至GRCh37/hg19参考基因组。统计分析采用GraphPad Prism 10.6.1软件，包括多重线性回归、Kolmogorov-Smirnov正态性检验、非配对t检验、单因素方差分析（One-way ANOVA）及Bonferroni校正、Fisher精确检验联合Holm-Sidak多重比较校正，计算风险比（Risk Ratio, RR）及95%置信区间（Confidence Interval, CI）。
**研究结果**
**3.1 COVID-19患者补体常见变异**
研究分析了四种常见单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism, SNP）在队列中的分布：C3 rs2230199（c.304C>G; p.R102G）、CFH rs800292（c.184G>A; p.V62I）、CFH rs1061170（c.1204T>C; p.Y402H）及CFHR4 rs7417769（c.626G>A; p.N209S）。这些变异属于补体型（complotype）相关多态性，影响补体溶血活性。
C3 rs2230199（p.R102G）为"高激活"补体型变异，与体外高补体溶血活性及年龄相关性黄斑变性（Age-related Macular Degeneration, AMD）风险相关，导致C3S（慢速）和C3F（快速）两种电泳变异体。该变异次要等位基因在队列中观察到频率为15%，低于预期人群频率（0.7×非芬兰欧洲人），在ARDS亚组（11%）与非ARDS亚组（20.8%）间存在差异，呈现ARDS保护趋势（RR=0.62，校正p=0.20），并与低C3水平显著相关（104.4 mg/dL vs. 131.1 mg/dL，p=0.038），同时与白细胞计数降低相关（p=0.033）。
CFH rs1061170（p.Y402H）与AMD密切相关，其次要等位基因（C）与补体调节减弱及C3过度激活相关。该变异在队列中频率为48%（1.25×非芬兰欧洲人），在非ARDS患者中升至70%（1.83×非芬兰欧洲人），与显著ARDS保护相关（RR=0.32，p=0.0146），且纯合子携带者血清IgG水平显著降低。
CFHR4 rs7417769（p.N209S）在非芬兰欧洲人群中频率约30%，与低FHR4水平及AMD保护相关。该变异在队列中相对富集1.57倍，在非ARDS亚组中显著过度代表（66%），与极强ARDS保护相关（RR=0.18，p=5.06×10
-6）。值得注意的是，同时携带CFH rs1061170和CFHR4 rs7417769的56例患者中，69.6%未发生ARDS，提示这些变异的独立累积保护效应。
**3.2 补体基因罕见多态性变异**
研究筛选频率≤5%且在队列中代表性≥5%的罕见变异，共鉴定七种多态性：C1R rs117402032（c.1030A>C; p.I359L）、C8A rs143523574（c.100C>T; p.P34S）、C8A rs1620075（c.1454G>T; p.R485L）、CFB rs4151659（c.1693A>G; p.K565E）、MASP2 rs72550870（c.359A>G; p.D120G）、FCN3 rs532781899（c.316delC; p.L117SfsX65）及FCN2 rs76267164（c.818G>A; p.R273Q）。
C1R rs117402032在欧洲人群中极罕见（频率0.02%），但在拉丁美洲人和东亚人中相对常见。该变异在队列中观察到频率为7.0%，在非ARDS和ARDS患者中分别富集218倍和454倍，但其临床关联尚未见报道。
C8A rs143523574（p.P34S）在非芬兰欧洲人群中频率为0.028%，在队列中观察到频率达5.1%（184×非芬兰欧洲人），且在ARDS患者中（6.5%）较非ARDS患者（3.0%）更为富集。该变异改变C8A蛋白N末端域保守脯氨酸，邻近对膜攻击复合物（Membrane Attack Complex, MAC）组装关键的第一个血小板反应蛋白域。另一C8A变异rs1620075（p.R485L）为较常见的多态性，但未显示与ARDS的显著关联。
CFB rs4151659（p.K565E）在72例信息完整患者中检测到10例杂合子（6.9%），在ARDS和非ARDS患者中分别富集5.12倍和5.60倍，提示其为SARS-CoV-2感染的风险因素。
MASP2 rs72550870（p.D120G）在队列中频率符合预期（3.11%），未显示与SARS-CoV-2感染易感性或ARDS的显著关联（RR=0.55，p=0.4033），但与高C3水平显著相关（142.8 vs. 120.7，p=0.0256）。
FCN2 rs76267164（p.R273Q）在ARDS患者中富集5.26倍，但未达到与ARDS风险的显著关联。FCN3 rs532781899移码变异在非ARDS亚组中富集2.71倍，该变异预计通过引入提前终止密码子而对FCN3蛋白表达产生有害影响。
**讨论**
研究系统总结了补体系统在COVID-19中的作用机制及遗传变异的影响。补体激活通过经典、替代和凝集素三条途径参与SARS-CoV-2感染，其中凝集素途径识别分子MBL、FCN2和CL-11与病毒N蛋白和S蛋白结合，促进补体激活和沉积。C5a-C5aR1信号通路在ARDS发病中起核心作用，与中性粒细胞胞外诱捕网形成、内皮功能障碍和微血栓形成相关。
CFH/CFHR位点变异的研究揭示了补体调节在COVID-19中的复杂作用。FH作为C3激活的主要可溶性调节因子，通过抑制替代途径C3转化酶（C3bBb）的衰减加速因子活性保护自身细胞表面。FH细胞表面沉积可减少SARS-CoV-2结合和入胞，低FH水平与补体失调和重症疾病相关。CFH rs1061170（p.Y402H）与低IgG水平的关联支持C3消耗减少iC3b/C3d标记抗原可用性、从而影响B细胞抗原呈递的观点，但其ARDS保护效应的机制尚待阐明。CFHR4 rs7417769（p.N209S）通过降低FHR4水平发挥保护作用，FHR4通常促进补体激活并参与经典途径激活，该变异与AMD保护的关联提示其可能通过调节补体活化阈值影响疾病进程。
C3 rs2230199（p.R102G）与低C3水平的关联符合其改变硫酯基团稳定性、减弱FH结合能力从而导致C3消耗增加的已知机制。MASP2 rs72550870（p.D120G）与高C3水平的关联则反映了凝集素途径在COVID-19补体激活中的关键作用，尽管该结果因样本量限制需谨慎解读。
罕见变异的分析揭示了补体系统遗传多样性的临床意义。C1R rs117402032和C8A rs143523574的显著富集提示经典途径和终末途径组分在SARS-CoV-2感染易感性中的潜在作用。FCN2和FCN3功能降低变异的聚集进一步支持凝集素途径在COVID-19防御中的核心地位，与MASP2抑制剂Narsoplimab在COVID-19治疗中显示的有益效应相呼应。
研究人员承认研究存在局限性：生化与临床数据相对匮乏限制了基因型-表型相关性的深入分析；以非芬兰欧洲人gnomAD频率作为参照可能与伊比利亚人群实际频率存在偏差；观察性设计无法计算感染易感性的比值比；且数据来源于2020年第一波疫情，病原体演变和宿主获得性免疫可能影响结果的普适性。
**研究结论**
该研究结论指出，补体基因常见多态性CFH rs1061170（p.Y402H）和CFHR4 rs7417769（p.N209S）与不同程度的ARDS显著保护相关，而C3 rs2230199（p.R102G）和MASP2 rs72550870（p.D120G）次要等位基因分别与低和高C3水平相关。由于这些多态性在非芬兰欧洲人群中频率较高（30%-40%），其作为风险分层生物标志物具有潜在应用价值。此外，C1R rs117402032和C8A rs143523574次要等位基因的显著富集，以及与低水平凝集素途径激活因子FCN2和FCN3相关的杂合变异携带者频率增加，提示补体激活是SARS-CoV-2感染易感性的关键保护因素。这些发现不仅揭示了补体遗传变异在COVID-19中的重要作用，也为应对SARS-CoV-2未来变异株及其他新兴感染性威胁提供了可验证的遗传生物标志物。
