陈思凡等27分Cell子刊：破解新冠代谢并发症难题（附专访）| 热心肠日报
今天日报的头条，我们特别报道中山大学孙逸仙纪念医院陈思凡研究员和严励教授、中山大学附属第一医院李梓伦副主任医师、中山大学中山医学院邓凯教授带领的研究团队在国际著名学术期刊Cell Metabolism发表的题为Imatinib and methazolamide ameliorate COVID-19-induced metabolic complications via elevating ACE2 enzymatic activity and inhibiting viral entry的研究论文。新冠肺炎及其并发症是全人类共同面临的挑战，这项研究为改善新冠引起的糖尿病等代谢并发症提供了新思路，具有临床转化前景。我们特别附上对共同通讯作者陈思凡研究员的专访，以飨读者。
陈思凡等Cell子刊突破：激活ACE2酶活性或能改善新冠代谢并发症
Cell Metabolism[IF:27.287]
① 细胞和小鼠实验表明，ACE2通路的下调可能是新冠病毒感染引发代谢障碍的关键；② 通过高通量生信筛选结合实验验证，鉴定出伊马替尼、醋甲唑胺和哈巴俄苷能直接结合并激活ACE2；③ 在胰岛素抵抗小鼠中，伊马替尼和醋甲唑胺通过激活ACE2有效改善代谢紊乱，并减轻新冠病毒感染引发的糖脂代谢紊乱、肺部炎症和病毒载量；④ 这3种化合物通过抑制ACE2与病毒S蛋白结合，减少病毒对细胞的入侵。
Imatinib and methazolamide ameliorate COVID-19-induced metabolic complications via elevating ACE2 enzymatic activity and inhibiting viral entry
02-11, doi: 10.1016/j.cmet.2022.01.008
【主编评语】新冠病毒感染可能引发严重的代谢并发症，累及肝、肾和心血管等组织器官，然而这些并发症的发病机理尚不清楚，也缺乏有效的治疗手段。上周六，中山大学孙逸仙纪念医院陈思凡研究员和严励教授、中山大学附属第一医院李梓伦副主任医师、中山大学中山医学院邓凯教授作为共同通讯作者，在Cell Metabolism发表研究，在这一问题上取得了新突破。他们首次发现新冠病毒感染引起的ACE2（血管紧张素转化酶2，是新冠病毒入侵人体细胞的关键受体）通路下调是新冠肺炎代谢并发症的关键，并通过大规模筛选鉴定出ACE2的酶活性激动剂，在小鼠中证实这些化合物能改善高脂饲喂或新冠感染引起的糖脂代谢紊乱，并能抑制病毒对细胞的入侵。这些发现为治疗新冠肺炎及其代谢并发症、糖尿病及其并发症，提供了新的治疗靶点和候选药物。（@mildbreeze）
陈思凡
中山大学孙逸仙纪念医院研究员。本科和硕士毕业于中山大学医学部，博士毕业于德国海德堡大学，博后工作于哈佛医学院附属波士顿儿童医院。从事2型糖尿病的分子调控机制及防治的研究，主要集中在：1）研究菌群及其代谢产物对糖尿病及其并发症的调控；2）筛选并开发小分子化合物作为防治代谢性疾病的潜在药物。论文以通讯或一作发表在 Cell Metabolism（2篇）、Molecular Cell、Signal Transduct Target Ther、Nature Communications和The FASEB Journal等杂志。
问
祝贺陈老师与团队在Cell Metabolism发表这项重要研究！您们为何会选择确定了这个研究切入点？
答
感谢热心肠日报对我们工作的大力报道。
既往研究及我们合作团队均发现新冠病毒感染诱发糖尿病等代谢紊乱（Montefusco et al. Nature Metab. 2021; He et al. Signal Transduct Target Ther. 2021），但尚未进一步探索其中的机制。而目前针对新冠的治疗药物主要作用机制是中和病毒，抑制病毒入侵、复制、组装等，虽可有效减少感染前期的病毒载量，但对病毒载量较低的重症期、病毒清除后的“后遗症期”造成的代谢并发症无直接作用，新冠代谢并发症防治存在难点。
所以，我们这个课题希望能够以新冠病毒感染诱发的代谢并发症为切入口，去探索其具体机制并寻找可能的治疗策略。
这个研究是一个多团队合作的成果。我们通过与中山大学国家超级计算中心广州中心的团队合作，在卢宇彤教授的指导和陈品工程师的帮助下，利用“天河二号”超算高通量筛选了潜在的ACE2酶活性激动剂。通过与中山大学孙逸仙纪念医院严励教授和中山大学附属第一医院李梓伦副主任医师团队合作，进行了体内体外生物学实验筛选，最终筛选到伊马替尼、醋甲唑胺及哈巴俄苷3种ACE2酶活性激动剂。最后，我们在中山大学中山医学院邓凯教授团队的合作帮助下，完成了伊马替尼及醋甲唑胺对新冠病毒感染小鼠的体内动物实验。
问
这项研究最值得关注的亮点/创新/突破何在？
答
本研究的亮点主要是以下两点：
首先，我们鉴定出了首个ACE2酶活性激动剂。
虽然既往研究提示化合物XNT和DIZE可能是ACE2激动剂（Kulemina et al. J Biomol Screen. 2011），但Haber等发现XNT在ACE2敲除小鼠中仍然有降压效果，而体外及大小鼠肾脏离体实验也证实XNT和DIZE不能增强ACE2酶活性（Haber et al. Hypertension. 2014）。因此尚未有真正的ACE2酶活性激动剂被发现。我们的研究通过非偏倚的高通量筛选及后续实验验证，鉴定出伊马替尼、醋甲唑胺及哈巴俄苷是新型的ACE2酶活性激动剂。
此外，我们明确了激活ACE2酶活性对糖尿病及其并发症、新冠代谢并发症的潜在防治作用。
ACE2蛋白在糖脂代谢调控与新冠病毒感染中均扮演重要角色：一方面，ACE2是RAS（肾素-血管紧张素系统）的重要组成部分，ACE2可剪切血管紧张素II（Ang II）为Ang-(1-7)，ACE2、Ang-(1-7)和其受体MasR组成抗炎抗氧化轴，参与维持代谢稳态；另一方面，ACE2是介导新冠病毒入侵人体的受体蛋白。既往认为，提高ACE2的蛋白表达可能会增加病毒感染的风险，因此推测可通过抑制ACE2来防治新冠。我们的研究成果颠覆了这一观念，率先发现ACE2催化功能受损可能是导致新冠代谢并发症的关键因素。因此，鉴定出ACE2的酶活性激动剂，为糖尿病及其并发症、新冠诱发的代谢并发症防治提供了新的治疗靶点与思路。
问
这项工作涉及的技术和发现，对相关领域研究、临床转化有何指导借鉴意义？
答
在技术应用上，本研究利用“天河二号”超级计算机庞大的计算能力，通过基于结构的虚拟筛选技术，从含76639个小分子化合物的药物分子库中，高通量筛选出能与ACE2结合并潜在激活ACE2的小分子化合物。这一利用计算机来筛选特定蛋白激活剂或抑制剂的技术，可应用于各类疾病的小分子药物研发，大大提高研发效率并减少经济成本。
在临床转化上，3种ACE2激动剂中，伊马替尼、醋甲唑胺分别是治疗白血病或青光眼的临床药物，可以“老药新用”快速进入临床试验，探索其对糖尿病及其并发症、新冠诱发的代谢并发症的潜在治疗作用。我们正在探讨上述药物应用于代谢相关疾病的临床试验的可能性，目前正在积极准备。
问
研究对高脂饮食的肥胖小鼠在感染新冠病毒前进行ACE2激动剂干预，能有效减轻新冠代谢紊乱。如果在病毒感染后干预，效果还可能复制吗？
答
我们还没有进行这方面的体内实验。但我们的体外实验发现，新冠病人血浆高表达的4种炎症因子（TNF-α、IL-4、IL-6及IFN-γ）联合处理细胞可下调ACE2表达及酶活性；而随后通过上述3种化合物干预，可逆转因4种炎症因子联合处理而改变的ACE2下游基因。
因此我们猜测，感染病毒后会下调ACE2通路，之后通过化合物激活ACE2酶活性，可能可以保护病毒感染引起的相关症状及代谢并发症。这将是一个很有趣的未来研究方向。
问
您的课题组在不久的将来还会带来哪些研究成果？
答
我课题组的另一重要研究方向是肠菌代谢产物对糖尿病的调控。我们既往工作首次鉴定出重要的肠菌代谢产物TMAO的细胞内受体PERK，发现TMAO通过激活PERK增加肝糖异生，促进糖尿病进展（Chen et al. Cell Metab. 2019）。目前课题组正在筛查与糖尿病及其并发症相关的其他肠菌代谢产物，以阐明其分子调控机制，并针对相关靶点筛选小分子化合物，以应用于糖尿病等代谢性疾病的药物研发。
（采访完，以下是今天日报的其他内容）
国内团队：肠道菌群或影响新冠疫苗的效果
Gut[IF:23.059]
① 纳入138例新冠疫苗接种者进行前瞻性研究，发现基线时的菌群特征与疫苗后的免疫反应相关；② 对于灭活疫苗（科兴），青春双歧杆菌等肠菌以及菌群碳水化合物代谢相关通路的富集与较高的抗体水平相关，这些关联受体重的影响，且BMI与抗体反应负相关；③ 对于mRNA疫苗（BNT162b2），抗体水平与基线时的R. faecis等有鞭毛和菌毛的细菌丰度相关；④ P. copri和2种巨单胞菌与较少的疫苗副作用相关，提示其可能在宿主免疫反应中起抗炎作用。
Gut microbiota composition is associated with SARS-CoV-2 vaccine immunogenicity and adverse events
02-09, doi: 10.1136/gutjnl-2021-326563
【主编评语】肠道菌群可影响宿主的免疫反应，包括对疫苗的免疫应答。Gut近期发表了来自香港大学黄世万、香港中文大学陈家亮和黄秀娟与团队的研究成果，发现特定的肠道菌群标志物与受试者接种新冠疫苗后的免疫应答和不良事件相关。这些发现提示，靶向菌群的干预方法或能帮助改善新冠疫苗的有效性。（@mildbreeze）
细菌递送的口服mRNA疫苗，帮助仓鼠抗新冠
Molecular Therapy[IF:11.454]
① 开发一种基于多价SFV病毒复制子的mRNA疫苗，靶向新冠病毒的受体结合域、七肽重复域、膜蛋白和nsp13表位，以沙门氏菌作为疫苗的基因递送载体；② 小鼠中，该疫苗能激发Th1主导的强效抗体和细胞免疫反应，且口服递送比肌肉注射引发了更强的黏膜和系统性IgA反应；③ 仓鼠中，该疫苗有效诱导了对新冠病毒的中和抗体（包括对delta毒株的交叉保护抗体），且疫苗的口服递送能更好地抑制肺和鼻腔中的新冠病毒复制，并抵抗新冠肺炎。
Bacteria-enabled oral delivery of a replicon-based mRNA vaccine candidate protects against ancestral and delta variant SARS-CoV-2
02-02, doi: 10.1016/j.ymthe.2022.01.042
【主编评语】Molecular Therapy近期发表研究，报道了一种以细菌作为载体的口服mRNA疫苗，并在小鼠和仓鼠中表明该疫苗能安全有效地引发对新冠病毒及其变异株（delta）的中和抗体，并抵抗新冠病毒感染及其引发的肺炎。（@mildbreeze）
感染新冠的无症状婴幼儿，也有肠道菌群变化
Gut[IF:23.059]
① 分析美国马里兰州的595名0-24月龄的婴幼儿在疫情期间（2020年2月到2021年2月）的769个粪便样本；② 粪便的新冠病毒阳性率为1.7%，最早的阳性样本的出现时间比当地报道的第一个新冠病例早了31天；③ 在13例阳性儿童中，12例无症状；④ 阳性儿童的粪便菌群多样性与匹配的对照儿童相比没有差异，但鉴定出7个菌种的丰度显著降低，包括有抗炎作用的两歧双歧杆菌和Akk菌，其中两歧双歧杆菌在此前研究中发现与成年新冠患者的严重程度负相关。
Gut microbiota changes are detected in asymptomatic very young children with SARS-CoV-2 infection
02-08, doi: 10.1136/gutjnl-2021-326599
【主编评语】Gut近期发表的一篇letter，报道了感染新冠病毒的无症状婴幼儿的肠道菌群变化，包括抗炎菌种减少。（@mildbreeze）
宏量营养素、肠道菌群及机体代谢的复杂性相互作用（综述）
Gut[IF:23.059]
① 基线肠道微生物谱可能是宿主对饮食干预反应的预测因子，该领域的未来研究应考虑肠道微生物和机体代谢表型及其相互作用的详细特征；② 肠道微生物组对机体代谢的影响与碳水化合物和蛋白质的发酵产物有关；③ 了解如何优化蛋白质水解和糖化发酵的平衡，了解结肠发酵部位的重要性，将有助于理解饮食、肠道微生物组和代谢过程之间的相互作用；④ 理解对饮食的不同反应的机制对于精准营养领域向前发展是至关重要的，但目前还有很长的路要走。
Dietary macronutrients and the gut microbiome: a precision nutrition approach to improve cardiometabolic health
02-08, doi: 10.1136/gutjnl-2020-323715
【主编评语】肠道微生物组、饮食和宿主代谢之间的相互作用是多向性及复杂的，这给精准营养的实施提供了很大的挑战。肠道衍生的代谢物，包括短链脂肪酸（来自膳食纤维发酵），可能是宿主代谢的重要健康调节剂，而多数来自蛋白质发酵的代谢物（如TMAO）似乎对代谢健康有不利影响。近期发表于Gut的一篇综述讨论了膳食宏量营养素（特别是膳食纤维和蛋白质）、肠道微生物组和宿主代谢健康之间的复杂性相互作用。（@临床营养陈彬林）
饮食干预对肠道菌群和心血管代谢指标的影响
Gastroenterology[IF:22.682]
① 纳入15项随机对照试验和6项非随机临床试验的结果进行荟萃分析，所有研究的偏倚风险都高；② 多数饮食干预可改变肠道菌群组成，但未发现一致的影响；③ 相比于对照组，饮食干预显著降低了舒张压，高膳食纤维饮食与甘油三酯水平降低相关；④ 饮食干预对其它心血管代谢疾病（如代谢综合征、2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病和冠心病）的相关指标均无显著影响。
A systematic review and meta-analysis of dietary interventions modulating gut microbiota and cardiometabolic diseases – striving for new standards in microbiome studies
02-10, doi: 10.1053/j.gastro.2022.02.011
【主编评语】Gastroenterology上发表的一项荟萃分析结果，总结了15项随机对照试验及6项非随机临床试验的数据后发现，饮食干预可调节肠道菌群、血压及循环甘油三酯水平，但现有研究的方法学异质性较高，偏倚风险高，需更好的对照试验设计。（@aluba）
徐振江+毕玉晶等：高山症中的肠道菌群靶向调控
Microbiology spectrum[IF:7.171]
① 益生菌、益生元和合生制剂治疗可缓解大鼠长期暴露于低压缺氧（模拟海拔5000米）环境下，引起的病理性心脏肥大；② 益生菌、益生元和合生制剂可显著缓解低压缺氧造成的大鼠肠道菌群失调，包括乳杆菌科和普雷沃氏菌科等的改变；③ 低压缺氧改变大鼠血浆短链脂肪酸（SCFAs）、胆汁酸（BAs）、氨基酸、神经递质和游离脂肪酸水平，但不影响粪便总SCFAs和BAs量；④ 靶向治疗能够一定程度恢复血浆中氨基酸和神经递质稳态，但对其他测量的代谢物无效。
Gut Microbiome-Targeted Modulations Regulate Metabolic Profiles and Alleviate Altitude-Related Cardiac Hypertrophy in Rats
02-09, doi: 10.1128/spectrum.01053-21
【主编评语】南昌大学徐振江、军事医学研究院毕玉晶及团队在Microbiology Spectrum发表文章，利用长期低压缺氧相关心脏肥大大鼠模型，阐述高海拔相关疾病（也叫高山症）中肠道菌群及代谢的变化。并提出肠道微生物可能是高山症发病的致病因素之一。（@solo）
吸入柴油废气颗粒影响小鼠的肠道菌群、炎症及心血管标志物
Particle and Fibre Toxicology[IF:9.4]
① 喂食低脂或高脂饮食的雄性小鼠暴露于柴油废气颗粒（DEP）或生理盐水，持续30天；② DEP暴露减少小鼠肠道菌群中的放线菌门，增加疣微菌门及变形菌门，高脂饮食可恶化；③ DEP暴露和/或高脂饮食增加小鼠的循环LPS浓度，并改变细胞因子（IL-1α等）及心血管疾病生物标志物（siCAM等）水平；④ Ecologic® Barrier益生菌（含有8种菌株）治疗可恢复DEP暴露和/或高脂饮食诱导的肠道菌群、细胞因子及心血管疾病生物标志物的变化。
Inhaled diesel exhaust particles result in microbiome-related systemic inflammation and altered cardiovascular disease biomarkers in C57Bl/6 male mice
02-09, doi: 10.1186/s12989-022-00452-3
【主编评语】Particle and Fibre Toxicology上发表的一项最新研究结果，发现柴油废气颗粒暴露可显著改变小鼠的肠道菌群组成，并调节循环细胞因子及心血管疾病生物标志物水平，而益生菌可恢复柴油废气颗粒暴露诱导的表型变化。（@aluba）
短期摄入较多晚期糖基化终产物，未损害肥胖者糖代谢和血管功能
JCI insight[IF:8.315]
① 73名腹型肥胖但其他方面健康的成人被随机分配到精心设计的低或高晚期糖基化终产物（AGEs）饮食组，干预4周；② 低和高AGEs饮食组的竣甲基赖氨酸（CML）、羧乙基赖氨酸（CEL）和MG-H1摄入量差异分别为2.7、5.3和3.7倍，与摄入量相一致地，高AGEs饮食组血浆和24h尿液中游离AGEs（CML、CEL和MG-H1）水平高于低AGEs饮食组；③ 然而，低和高饮食AGEs组之间的胰岛素敏感性、胰岛素分泌或清除、微血管和大血管功能、整体炎症或脂质谱没有差异。
A 4-week high-AGE diet does not impair glucose metabolism and vascular function in obese individuals
02-08, doi: 10.1172/jci.insight.156950
【主编评语】晚期糖基化终产物（AGEs）在体内累积可能导致 2 型糖尿病及其血管并发症的发生发展。AGEs 广泛存在于食物中，但限制 AGEs 摄入量是否能改善 2 型糖尿病和血管功能障碍的危险因素还存在争议。近期发表于JCI insight的一项随机对照试验表明，4周的低或高AGEs饮食对腹型肥胖个体的生物学影响非常有限。但值得注意的是，高AGEs饮食组尿液CEdG（以往研究认为其具有致突变性）水平增加，因此长期高AGEs是否会引起一些癌症风险增加还需另行探讨。（@临床营养陈彬林）
感谢本期日报的创作者：mildbreeze，阿当，白蓝木，临床营养陈彬林，九卿臣，Johnson
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