《Frontiers in Immunology》：Transcriptomic and proteomic profiling of pulmonary mucormycosis reveals a failed activation of host immune response
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这篇研究通过首次整合分析肺部毛霉菌病患者的转录组与蛋白质组数据，揭示了在感染部位存在宿主免疫反应“转录上调但蛋白表达受损”的关键矛盾。研究发现，尽管转录层面显示出免疫通路（如B/T细胞受体信号、IL-17信号）被广泛激活，但蛋白质组分析却表明免疫相关蛋白表达被普遍抑制，尤其影响细胞连接和细胞骨架动力学相关通路。这指向了肺部毛霉菌病中宿主防御的“失败激活”，为理解这种高死亡率感染的免疫病理机制提供了新视角，并提示强化局部免疫治疗和抗真菌治疗可能带来新的临床获益。
引言
肺部毛霉菌病是一种极具侵袭性的致命真菌感染，其诊断常被延误且抗真菌治疗手段有限。其发病机制和宿主的免疫应答尚未被完全阐明。本研究旨在通过对患者感染肺组织进行转录组和蛋白质组学分析，首次描绘肺部毛霉菌病的免疫全景图，以期发现新的治疗靶点。
方法
研究纳入了五名接受手术的肺部毛霉菌病患者，获取其感染肺组织及配对未感染的肺叶组织作为对照。通过RNA测序进行转录组分析，并通过数据非依赖采集质谱进行蛋白质组分析。使用生物信息学方法鉴定差异表达基因和差异表达蛋白，并进行通路富集分析。
结果
参与者的临床特征
所有五名患者均患有糖尿病，这是感染的一个重要潜在风险因素。
肺部毛霉菌病的转录组分析
转录组分析揭示了508个差异表达基因，其中194个上调，314个下调。上调基因广泛涉及免疫防御功能。值得注意的是，上调最显著的基因是HAMP（铁调素），它在铁代谢和真菌感染的免疫应答中扮演重要角色。其他与铁稳态相关的基因（HP、TP、LTF）也出现上调。此外，大量与模式识别受体、细胞因子、趋化因子、Fc受体、免疫球蛋白超家族以及淋巴细胞调节相关的基因转录水平升高。
通路富集分析进一步证实了广泛的免疫激活。KEGG和GO分析均显示，大量与免疫应答相关的通路被显著富集，包括B细胞受体信号通路、T细胞受体信号通路、IL-17信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、Th17细胞分化以及造血细胞谱系等。
基因集富集分析结果与上述发现高度一致，进一步支持了宿主在转录层面试图激活广泛的免疫反应来应对病原体挑战。
肺部毛霉菌病的蛋白质组分析揭示免疫功能受损
与转录组结果形成鲜明对比的是，蛋白质组分析发现了656个差异表达蛋白，其中仅有41个上调，而615个下调。这意味着大多数蛋白质的表达受到抑制。
在为数不多的上调蛋白中，只有少数与免疫相关，而大量具有多样功能的蛋白表达量降低。这表明在病原体攻击下，宿主的生理功能，特别是免疫防御功能受损。
通路富集分析更清晰地揭示了这种功能障碍。KEGG分析显示，大多数被富集的通路是下调的，其中许多与免疫防御相关，如内吞作用、白细胞跨内皮迁移以及多种传染病通路。值得注意的是，与细胞连接和粘附相关的通路（如紧密连接、粘附连接、黏着斑）被显著下调，提示肺部抵御微生物入侵的屏障功能遭到破坏。
GO分析结果相似，显示大量与免疫相关的生物过程术语下调，同时细胞连接组织和细胞骨架组织相关术语也显著下调，这可能影响细胞的吞噬功能。这些蛋白质组层面的发现与临床上观察到的难治性真菌感染特征相一致。
整合分析
对比转录组和蛋白质组富集的通路发现，两者共同上调的通路很少，而大多数免疫相关通路仅在转录组层面显示上调。相反，两者共同下调的通路则较多，主要集中在维持组织结构完整性和信号传导的模块，如紧密连接、细胞外基质-受体相互作用和黏着斑等。这表明，尽管转录组分析提示宿主试图激活免疫防御，但在严重感染的肺组织中，宿主防御在蛋白层面的执行可能受到限制。
讨论
本研究首次同时描绘了肺部毛霉菌病的转录组和蛋白质组景观。一个核心发现是转录组和蛋白质组免疫反应之间的不一致性：转录层面显示出广泛的免疫防御功能激活，而蛋白质组层面却提示宿主对抗感染的免疫应答存在缺陷。这种“转录-蛋白不一致”现象可能源于严重的组织破坏、缺氧、代谢失调、真菌的免疫调节策略以及转录后和翻译调控等多种机制。它反映了在肺部毛霉菌病中，虽然宿主试图通过上调基因转录来补偿，但未能成功转化为有效的蛋白质水平应答，这可能是疾病严重和临床预后差的关键机制。
研究还深入探讨了具体免疫相关分子的意义。铁稳态在毛霉菌病中至关重要，上调的HAMP、HP、TP和LTF等基因编码的蛋白可能通过限制真菌获取铁而发挥防御作用。多个模式识别受体的转录上调提示它们可能参与识别真菌病原体，但其具体功能尚待研究。细胞因子和趋化因子网络的激活，以及B细胞和T细胞相关通路的富集，都指向了适应性免疫的参与。特别是，免疫检查点分子CTLA-4的上调以及PD-1/PD-L1通路在动物模型中的治疗潜力，提示免疫检查点抑制剂可能成为增强抗真菌T细胞免疫的新策略。
本研究的局限性包括样本量较小、患者均患有糖尿病且病情严重需手术治疗，因此结果可能无法代表所有肺部毛霉菌病患者。此外，由于人肺组织标本获取困难，未能进行额外的功能验证实验。
结论
本研究首次对肺部毛霉菌病进行了转录组和蛋白质组学联合分析。转录组分析发现大量与免疫防御相关的基因和通路上调，而蛋白质组分析则揭示抗真菌免疫功能存在障碍。这些结果共同表明，在肺部毛霉菌病中，宿主免疫反应未能成功激活。这一发现增进了我们对这种致命感染免疫病理机制的理解，并为开发新的预防和治疗策略提供了新的视角。
