新冠肺炎（COVID-19）是由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的新型传染病，自2019年发现以来，在全球范围内迅速传播，严重威胁全球公共健康。目前，尚无特效药物批准上市，且疫苗的应用前景也因突变株的频繁发生存在不确定性。组学技术包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等，可以实现对目标样品的高通量检测和分析，近年来在传染病研究领域得到了广泛应用。
军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心钟武研究员团队在Wiley发行的MedComm发表综述，总结了多组学技术在SARS-CoV-2的突变株监测、诊断方法研发以及致病机制和潜在药物靶标发现等方面的应用[1]。本文通讯作者为军事医学研究院钟武研究员，共同第一作者为军事医学研究院博士生杨晶晶和闫赟政。
随着SARS-CoV-2疫情在全球蔓延，越来越多的证据表明，在人体的自身免疫反应和获得性免疫反应所形成的选择压力下，SARS-CoV-2的刺突蛋白（S）的适应性突变（图1）可显著提高突变株的传播性和免疫逃逸能力[2]。通过基因组学技术加强对“需关注变异株”（variants of concern，VOC）和“需留意变异株”（variants of interest，VOI）的监测，对于疫情走向的预测及防控措施的制定具有重要意义。
图1 Notable mutations carried in circulating variants
SARS-CoV-2的生命周期高度依赖宿主细胞的功能活动。通过对SARS-CoV-2感染的细胞和临床样本进行转录组学和蛋白质组学分析发现，SARS-CoV-2感染可引起天然免疫和获得性免疫反应的过度激活，导致组织损伤，而免疫细胞（如巨噬细胞和T细胞）向病毒入侵器官的浸润，将会加剧以肺部损伤为主的全身性器官损伤。此外，肺部损伤所致供氧不足可引起一系列组织功能紊乱，导致SARS-CoV-2感染相关并发症的发生。因此，发现有应用价值的组织损伤相关生物标记物，及时纠正SARS-CoV-2感染引起的细胞功能和信号通路紊乱，成为疫情防控和治疗药物研发的重要方向。
代谢物作为疾病发病和感染的直接标志，可以帮助研究人员快速明确细胞或组织损伤、发病机制以及潜在的关键治疗靶点。作者从氨基酸代谢、糖代谢和脂代谢三个方面对SARS-CoV-2感染的发病机制、治疗靶点和风险因子等进行了综述（图2）。研究提示，过度激活的炎症反应和肺组织损伤所致缺氧引发了一系列代谢功能紊乱，相关生物标记物的早期检测对于患者的早期干预具有重要意义。
图2 Application of metabolomics in COVID-19 pandemic
综上可知，在COVID-19大流行背景下组学技术可帮助研究人员密切监测SARS-CoV-2突变株的出现和潜在的大规模暴发。转录组学、蛋白质组学和代谢组学技术的联合应用可全面阐述COVID-19的发病机理，有助于发现SARS-CoV-2感染的生物标志物和风险因子以及潜在的药物靶标，从而实现COVID-19的早期诊断和治疗。
参考文献
[1] Yang, J, Yan, Y, Zhong, W. Application of omics technology to combat the COVID-19 pandemic. MedComm. 2021; 2: 381– 401.https://doi.org/10.1002/mco2.90
[2] Cyranoski D. Alarming COVID variants show vital role of genomic surveillance. Nature. 2021; 589: 337-338.
[3] Kamel W, Noerenberg M, Cerikan B, et al. Global analysis of protein-RNA interactions in SARS-CoV-2-infected cells reveals key regulators of infection. Mol Cell. 2021; 81(13): 2851-2867. e7.
引用论文
Yang, J, Yan, Y, Zhong, W. Application of omics technology to combat the COVID-19 pandemic. MedComm. 2021; 2: 381– 401. 
https://doi.org/10.1002/mco2.90
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通讯作者简介
钟武，国家应急防控药物工程技术研究中心，主任，研究员，博士生导师。长期从事应急防控新药的创新和产业化研究，先后获国家科技进步一等奖1项、国家技术发明二等奖1项、省部级一等奖3项和中国专利银奖1项。曾获第十二届中国药学会施维雅青年药物化学奖（2009），并入选第三批国家“万人计划”领军人才（2018年）。在新药研究方面获得国家新药证书10项、其中1.1类新药证书2项；申请中国、美国、欧盟和日本发明专利150余项，获得专利授权80余项；发表SCI收录文章60余篇，他引超过6000次。

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