传染病的生物标志物

技术领域

本发明涉及传染病的生物标志物，涉及硫代谢物。

背景技术

发明人对半胱氨酸氢多硫化物(CysSSH)、多硫化谷胱甘肽(GSSH)等生物体内反应性硫分子种/活性硫分子种(reactive sulfur species，RSS)的生理功能和代谢通路进行了阐明(非专利文献1、2)。

半胱氨酸氢多硫化物(CysSSH)在各种生物中大量产生，但其生物合成和生理学功能几乎是未知的。已经明确的是，大肠杆菌和哺乳动物细胞的含半胱氨酸的蛋白质中普遍有过硫化物的形成，这被认为是由包括生物体内硫代谢物相关化学反应在内的翻译后过程产生的。

存在从底物L-半胱氨酸出发的有效的CysSSH合成，其为由原核生物和哺乳类的半胱氨酰-tRNA合成酶(CARS)催化的反应。对小鼠和人细胞的线粒体CARS进行编码的基因的定向破坏表明，CARS在内源性CysSSH产生中发挥重要作用，提示这些酶在体内(in vivo)作为主要的半胱氨酸过硫合成酶发挥功能。CARS同时也对翻译半胱氨酸过硫化进行催化，与线粒体的生物合成和生物能量的调节相关。

因此，CARS依赖性过硫化代谢物产生机理的阐明有可能对生理学和病理生理学条件下的异常氧化还原信号传导的理解、基于氧化应激和线粒体功能异常的治疗靶标给出提示。

由于多硫化物的反应性或复杂的氧化还原活性特性，多硫化物的化学性质并未完全理解并阐明。但发明人使用RSS代谢谱分析，开发了活性硫代谢组学分析，由此逐渐明确了原核生物与真核生物两者中内生性和普遍性生成的RSS在生物体内的动态。RSS中，活性硫分子维持线粒体的能量代谢(非专利文献2)，另一方面，发挥强抗氧化(非专利文献1)、抗炎症(非专利文献3)以及免疫控制功能(非专利文献3)。

另一方面，作为新型冠状病毒传染病(COVID-19)的原因的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的病理分析和预防/治疗方法的确立是当务之急。作为治疗COVID-19的药物，报道了SARS-CoV-2蛋白酶抑制剂(非专利文献4、5)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Ida T,Sawa T,Ihara H,Tsuchiya Y,Watanabe Y,Kumagai Y,Suematsu M,Motohashi H,Fujii S,Matsunaga T,Yamamoto M,Ono K,Devarie-Baez NO,Xian M,Fukuto JM,Akaike T.Reactive cysteine persulfides and S-polythiolationregulate oxidative stress and redox signaling(活性半胱氨酸过硫化物和S-多硫化调节氧化应激和氧化还原信号转导),Proc Natl Acad Sci USA 111:7606-7611(2014)。

非专利文献2：Akaike T,Ida T,Wei FY,Nishida M,Kumagai Y,Alam MM,IharaH,Sawa T,Matsunaga T,Kasamatsu S,Nishimura A,Morita M,Tomizawa K,Nishimura A,Watanabe S,Inaba K,Shima H,Tanuma N,Jung M,Fujii S,Watanabe Y,hmuraya M,NagyP,Feelisch M,Fuk to JM,Motohashi H.Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteinepolysulfidation and mitochondrial bioenergetics(半胱氨酰-tRNA合成酶控制半胱氨酸多硫化和线粒体生物能),Nat Commun 8:1177(2017)。

非专利文献3：Zhang T,Ono K,Tsutsuki H,Ihara H,Islam W,Akaike T,SawaT.Enhanced cellular polysulfides negatively regulate TLR4 signaling andmitigate lethal endotoxin shock(增强的细胞多硫化物可负向调节TLR4信号传导并减轻致命的内毒素休克),Cell Chem Biol(细胞化学生物学)26:686-698(2019)。

非专利文献4：Zhang L等，Crystal structure of SARS-CoV-2main proteaseprovides a basis for design of improvedαketoamide inhibitors(SARS-CoV-2主要蛋白酶的晶体结构为设计改进型α酮酰胺抑制剂提供依据),Science(科学)368:409-412(2020)。

非专利文献5：Jin Z等,Structure of Mpro from COVID-19 virus anddiscovery of its inhibitors(来自COVID-19病毒的Mpro结构及其抑制剂的发现),Nature(自然)582:289-293(2020)。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明人基于生物体内存在的活性硫化合物的多种生理活性作用，开发了通过抑制病毒来源的蛋白酶来实现具有病毒传染病的预防/治疗效果的药物、“含有活性硫化合物作为主要药效成分的抗病毒药”(日本特愿2020-167343)。本发明的目的在于，基于活性硫代谢组学，实现硫代谢物的有用性。

用于解决课题的方法

本发明人基于活性硫代谢组学将硫代谢物的有用性与活性硫化合物的抗病毒效果关联并进行研究，结果发现，硫代谢物作为传染病相关的生物标志物发挥功能。

即，本发明的特征在于，为含有硫代谢物的传染病生物标志物。硫代谢物可以是存在于呼出气体中的硫代谢物。硫代谢物可以从呼出气体的凝缩液检测。特别地，硫代谢物可以是亚硫酸根离子(HSO

进一步，本发明是用于从呼出气体检测包含硫代谢物的感染诊断用生物标志物的诊断系统，是包括用于回收被测试人的呼出气体的呼出气体回收器、呼出气体回收装置、用于所回收的呼出气体中的硫代谢物的定性、定量分析的分析装置的感染判断、特别是新型冠状病毒感染诊断系统。

发明效果

根据本发明，能够基于活性硫代谢组学，实现硫代谢物的有用性。

附图说明

[图1]为12名未感染新型冠状病毒的健康人的被测试人列表。

[图2]为12名感染新型冠状病毒患者的被测试人列表。

[图3]为健康人和感染新型冠状病毒患者的定量分析结果数据。

[图4]为1名感染新型冠状病毒患者重症化时的亚硫酸根离子(HSO

具体实施方式

以12名未感染新型冠状病毒的健康人(图1)和12名新型冠状病毒感染者(东海大学医学部附属医院入院患者，图2)作为被测试人，进行呼出气体中的硫代谢物的分析。新型冠状病毒感染的有无是基于PCR检测。12名新型冠状病毒感染者中2名为轻症、10名为中症，其中有1名后来重症化。轻症、中症、重症基于饱和氧浓度、呼吸器官症状以及胸部CT图像来分类。关于该分类，例如在新型冠状病毒传染病(COVID-19)、诊疗指导第4.1版中有记载。

呼出气体的回收利用呼出气体回收器(GL-Science株式会社制)和呼出气体回收装置(GL-Science株式会社制)。呼出气体回收装置事先冷却至零下20摄氏度，被测试人介由呼出气体回收器(吹口型、面罩型)呼吸5～10分钟，从而使呼出气体气溶胶迅速冷却，回收到约1ml呼出气体凝缩液。

在25μl呼出气体凝缩液中，以成为5mM的方式添加作为亲电烷基化剂的β-(4-羟基苯基)乙基碘乙酰胺(HPE-IAM，β-(4-hydroxyphenyl)ethyl iodoacetamide)，在37摄氏度发生30分钟烷基化反应。然后，添加甲酸使其为1％，使硫代谢物作为HPE-IAM加成物而稳定化。亲电烷基化剂使硫电子对碱化，抑制硫代谢物的分解。

进一步，对于多种硫代谢物，分别以溶液中的浓度为10nM的方式添加稳定同位素标记HPE-IAM加成物标准品，以此作为质量分析样品。按照非专利文献1(Akaike T等，NatCommun 2017)，使用质量分析装置对亚硫酸根离子(HSO

[表1]

图3针对12名健康人、12名新型冠状病毒感染者分别显示了这3种离子的定量分析结果的数据。呼出气体凝缩液所含的各种硫代谢物的浓度是与生物体内相比整体较低的生成水平。认为这是受到了生物体内的硫代谢物在呼出气体中被稀释、呼出气体回收的效率未必好等的影响。此外还确认到，与健康人相比，中症患者中，亚硫酸根离子(HSO

图2的患者(患者编号3)从中症转成了重症，将重症化时的亚硫酸根离子(HSO

活性硫有抗氧化活性，即可以认为，由于氧化应激、活性氧等而被氧化，因而，由于肺炎重症化、即氧化应激的恶化，硫代谢物的曲线向氧化方向移动。