美国科学家利用基因芯片分析揭示儿童感染RSV机制

美国全国儿童医院研究所和俄亥俄州立大学医学院的研究人员采用全血基因表达谱分析，估测了儿童RSV感染的发病机制和疾病严重程度，揭示了在儿童中由RSV感染引起的免疫反应的系统学调节异常，表明分子标记能够用来预测疾病的严重程度。相关文章发表于2013年11月12日的《PLOS Medicine》杂志上。

美国科学家利用基因芯片分析揭示儿童感染RSV机制

背景

呼吸道合胞体病毒(RSV，Respiratory syncytial virus)是儿童下呼吸道感染(LRTI)和住院治疗的主要原因，引起世界上相当大一部分严重的儿童呼吸道感染和死亡。

因为人们对这种疾病的发病机制缺乏完整的理解，目前还没有获得许可的疫苗，对该病的治疗仍以症状治疗为主。而且，仅以身体检查和可用的诊断工具为基础，我们不可能判断出哪个感染RSV的儿童将会病情加重需要住院治疗，哪个感染儿童是安全的可以留在家中照顾。

基因芯片分析RSV感染机制

Asuncion Mejias和Octavio Ramilo两位学者带领的研究团队，采用基因芯片分析了儿童严重RSV LRTI的总体宿主免疫应答，定义了RSV感染而非其它常见呼吸道病毒感染的基因表达模式，以鉴定能够指示RSV感染严重程度的生物标记物。

基因芯片分析能够检测例如全血中的基因表达谱(rna转录谱)，一个生物标记物就是一个分子，它在体液或者组织中的水平表明一种疾病可能将如何发展，这有助于对患者进行分类。

研究团队分别比较了因RSV感染、人类鼻病毒或者流感病毒感染(鼻病毒和流感病毒是LRTI的两个另外的病毒起因)入院治疗的2岁以下儿童和健康的对照儿童的全血RNA转录谱。利用“统计组比较”，他们鉴定了超过2000个转录本，这些转录本在来自45个RSV感染儿童和其他14个健康对照者的血液中出现了差异表达。

在RSV感染的儿童中，干扰素功能相关基因和中性粒细胞相关基因，是最多的过表达基因。这个特殊的转录谱，也在其它三个儿童组中得到了验证。而且RSV感染而生病的儿童具有的基因表达模式，不仅与健康儿童不同，而且与其它流感病毒或人类鼻病毒感染的儿童都不同。研究者称这种模式为“RSV生物特征”，能够精确地区别感染RSV和人类鼻病毒或者流感病毒的儿童。

据此他们得到一个基因组“严重指数”，这个指数与疾病严重程度的临床指数、医院治疗的时间长短和补充氧气的需要相关。RSV生物特征也使我们深刻理解患儿的免疫系统的状态：RSV感染与一些炎症基因的水平升高有关，也与非特异性的免疫系统基因的抑制和特定B和T细胞基因的表达减少有关，这在6个月以下的儿童中尤其明显。

结论：RSV低呼吸道感染儿童的血液RNA谱，使得特异性诊断、疾病发病机制的更好理解和疾病严重度的评估成为可能。这项研究“为生物标记物的发现和潜在的治疗或者预防的目标识别打开了一个新的方向，说明大的基因芯片数据集能够被翻译成生物学上有意义的信息，应用到临床环境中。”

在同时出现的另外一个观点中，Peter Openshaw赞成“这项研究，在转录组分析临床应用于严重呼吸道感染儿童的预测和诊断中迈出了重要的几步，”但是他也做出告诫，“仅有外周血可能不会告诉我们完整的信息，这需要补充呼吸道内的响应的详细研究。”

原文摘要：

Whole Blood Gene Expression Profiles to Assess Pathogenesis and Disease Severity in Infants with Respiratory Syncytial Virus Infection

Asuncion Mejias, Blerta Dimo, Nicolas M. Suarez, Carla Garcia, M. Carmen Suarez-Arrabal, Tuomas Jartti, Derek Blankenship, Alejandro Jordan-Villegas, Monica I. Ardura, Zhaohui Xu, Jacques Banchereau, Damien Chaussabel, Octavio Ramilo

Background

Respiratory syncytial virus (RSV) is the leading cause of viral lower respiratory tract infection (LRTI) and hospitalization in infants. Mostly because of the incomplete understanding of the disease pathogenesis, there is no licensed vaccine, and treatment remains symptomatic. We analyzed whole blood transcriptional profiles to characterize the global host immune response to acute RSV LRTI in infants, to characterize its specificity compared with influenza and human rhinovirus (HRV) LRTI, and to identify biomarkers that can objectively assess RSV disease severity.

Methods and Findings

This was a prospective observational study over six respiratory seasons including a cohort of infants hospitalized with RSV (n = 135), HRV (n = 30), and influenza (n = 16) LRTI, and healthy age- and sex-matched controls (n = 39). A specific RSV transcriptional profile was identified in whole blood (training cohort, n = 45 infants; Dallas, Texas, US) and validated in three different cohorts (test cohort, n = 46, Dallas, Texas, US; validation cohort A, n = 16, Turku, Finland; validation cohort B, n = 28, Columbus, Ohio, US) with high sensitivity (94% [95% CI 87%–98%]) and specificity (98% [95% CI 88%–99%]). It classified infants with RSV LRTI versus HRV or influenza LRTI with 95% accuracy. The immune dysregulation induced by RSV (overexpression of neutrophil, inflammation, and interferon genes, and suppression of T and B cell genes) persisted beyond the acute disease, and immune dysregulation was greatly impaired in younger infants (<6 mo). We identified a genomic score that significantly correlated with outcomes of care including a clinical disease severity score and, more importantly, length of hospitalization and duration of supplemental O2.

Conclusions

Blood RNA profiles of infants with RSV LRTI allow specific diagnosis, better understanding of disease pathogenesis, and assessment of disease severity. This study opens new avenues for biomarker discovery and identification of potential therapeutic or preventive targets, and demonstrates that large microarray datasets can be translated into a biologically meaningful context and applied to the clinical setting.