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COVID-19 患者からの赤血球における構造タンパク質損傷と膜脂質リモデリングの証拠
Evidence for structural protein damage and membrane lipid remodeling in red blood cells from COVID-19 patients.
PMID: 32637980 PMCID: PMC7340206. DOI: 10.1101/2020.06.29.20142703.
抄録
SARS-CoV-2βコロナウイルスは、息切れ、持続的な乾いた咳、および発熱を主な特徴とする COVID-19 疾患の病因となっている。赤血球は酸素を運搬するため、COVID-19患者の低酸素血症の重症度には赤血球が関与している可能性がある。本研究では、最先端のメタボロミクス、プロテオミクス、リピドミクスの各手法を組み合わせ、健康な23人の被験者と分子レベルで診断された29人のCOVID-19患者の赤血球に対するCOVID-19の影響を調査した。COVID-19患者の赤血球は、アンキリン、スペクトリンβ、バンド3のN末端細胞質ドメイン（AE1）の酸化と断片化を伴う解糖中間体のレベルが増加していた。また、脂質代謝の著しい変化も観察され、特に短鎖および中鎖飽和脂肪酸、アシルカルニチン、スフィンゴ脂質の代謝に顕著な変化が見られた。それにもかかわらず，赤血球数，ヘマトクリット，平均赤血球ヘモグロビン濃度などの臨床血液学的パラメータの変化は認められず，平均赤血球容積の増加はわずかであった。以上の結果から、SARS-CoV-2感染は、蛋白質および脂質レベルでの赤血球構造膜の恒常性に大きな影響を与えていることが示唆された。RBCの解糖代謝物の増加は、おそらくCOVID-19誘導性低酸素を打ち消すために、高エネルギーリン酸化合物によるアロステリックな調節の機能として、酸素をオフロードするためのヘモグロビンの能力が理論的に改善されたことと一致している。AE1のN末端がデオキシヘモグロビンを安定化させ、酸素のオフロードを微調整するため、逆に、COVID-19患者からの赤血球は、肺から末梢毛細血管に移動するときにヘモグロビンの酸素飽和度の環境変化に応答することができない可能性があり、そのような、酸素を輸送し、送達するために妥協した能力を持っている可能性があります。
The SARS-CoV-2 beta coronavirus is the etiological driver of COVID-19 disease, which is primarily characterized by shortness of breath, persistent dry cough, and fever. Because they transport oxygen, red blood cells (RBCs) may play a role in the severity of hypoxemia in COVID-19 patients. The present study combines state-of-the-art metabolomics, proteomics, and lipidomics approaches to investigate the impact of COVID-19 on RBCs from 23 healthy subjects and 29 molecularly-diagnosed COVID-19 patients. RBCs from COVID-19 patients had increased levels of glycolytic intermediates, accompanied by oxidation and fragmentation of ankyrin, spectrin beta, and the N-terminal cytosolic domain of band 3 (AE1). Significantly altered lipid metabolism was also observed, especially short and medium chain saturated fatty acids, acyl-carnitines, and sphingolipids. Nonetheless, there were no alterations of clinical hematological parameters, such as RBC count, hematocrit, and mean corpuscular hemoglobin concentration, with only minor increases in mean corpuscular volume. Taken together, these results suggest a significant impact of SARS-CoV-2 infection on RBC structural membrane homeostasis at the protein and lipid levels. Increases in RBC glycolytic metabolites are consistent with a theoretically improved capacity of hemoglobin to off-load oxygen as a function of allosteric modulation by high-energy phosphate compounds, perhaps to counteract COVID-19-induced hypoxia. Conversely, because the N-terminus of AE1 stabilizes deoxyhemoglobin and finely tunes oxygen off-loading, RBCs from COVID-19 patients may be incapable of responding to environmental variations in hemoglobin oxygen saturation when traveling from the lungs to peripheral capillaries and, as such, may have a compromised capacity to transport and deliver oxygen.