项目文章 | 钟辉/魏从文/秦成峰等合作揭示新冠肺炎患者血糖异常升高的新机制及潜在的治疗靶标

2022-04-19 00:34:04, 多层组学定制服务上海欧易生物医学科技有限公司

前言

2022年1月，军事医学研究院生物工程研究所钟辉研究员、魏从文副研究员和秦成峰研究员，广西医科大学附属肿瘤医院吴飞翔教授等为共同通讯作（一作：万禄明、邓永强、柯跃华、麻恩浩、杨欢、林浩天）在Nature Metabolism期刊发表的题为“GP73 is a glucogenic hormone contributing to SARS-CoV-2-induced hyperglycemia”的研究成果，通过磷酸化蛋白质组学、LC-MS靶向代谢组学等研究方法，发现了一个全新的糖异生调控激素——GP73，新冠病毒感染会诱导GP73的产生和分泌，从而导致过度的糖异生。

基本信息

中文标题：GP73是一种促成糖激素，会导致严重急性呼吸综合征冠状病毒诱导的高血糖

研究对象：小鼠

发表期刊：Nature Metabolism

影响因子：13.511

发表时间：2022-01-06

发表单位：军事医学研究院生物工程研究所

运用生物技术：磷酸化蛋白质组学（欧易鹿明提供）、LC-MS靶向代谢组学

研究背景

自2019年新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情以来，在最近的临床数据表明，COVID-19与糖尿病之间存在密切的相互作用。先前存在的糖尿病会显著增加COVID-19的死亡率和发病率。在COVID-19患者中，新发高血糖、糖尿病酮症酸中毒(DKA)和糖尿病发病率通常增加。虽然由于β细胞感染导致的胰岛素分泌受损，但可能有助于在COVID-19患者中观察到的代谢失调，新发 T2D 的致病机制在很大程度上是未知的。

研究思路

1、前期建模实验：

2、后期实验验证：

（点击图片查看大图）

研究结果

在禁食和高脂肪饮食条件下，多个组织诱导GP73含量升高

人类和小鼠的禁食增加了血浆GP73水平（图1a，b），禁食24小时后，观察到GP73的mRNA在心脏、肝脏、肾脏、白脂肪组织（WAT）和胰腺中的强烈上调（图1c）。与这一发现一致，在禁食24小时后，肝脏、WAT和胰腺组织中GP73免疫荧光染色的强度显著增加（图1d）。

图1 | 在禁食和高脂肪饮食条件下，多个组织诱导GP73含量升高

GP73的增加会升高空腹血糖

高血糖原因很多，可能是葡萄糖清除受损，也可能是糖原分解，还可能是糖异生产生过量葡萄糖，为确定导致GP73诱导高血糖的原因，研究人员进行了胰岛素耐量测试（ITT），结果是没有显著差异（图2e）。在葡萄糖耐量试验（GTT）评估胰岛素抵抗时，rmGP73严重损害了葡萄糖清除率（图2f）。丙酮酸耐受性试验（PTT），在过夜禁食，糖原消耗的小鼠中，GP73激发试验后丙酮酸向葡萄糖的转化大大增强，并且抗GP73处理完全阻断了这种效果（图2g）。GP73升高也刺激了丙氨酸驱动的糖异生，处于糖原耗尽状态（图2h）。经过一系列实验证实，rmGP73的增加可能主要通过增强内源性葡萄糖的产生和降低葡萄糖清除率来升高空腹血糖（图3f）。

图2 rmGP73的增加会升高空腹血糖

GP73特异性流向肝脏以刺激糖异生

为了研究GP73在体内的靶标部位，研究者将Cy7标记的rmGP73（rmGP73-Cy7）注射到小鼠中，体外成像发现，rmGP73-Cy7靶向积累到肝脏和肾脏组织中（图3a）。为了评估GP73对肝脏的影响，研究者用rmGP73刺激过夜禁食小鼠中分离的小鼠原代肝细胞（PMHs），发现GP73以剂量和时间依赖性方式促进肝脏葡萄糖（HGP）含量升高（图3c）。

图3 | 循环GP73流向肝脏以刺激糖异生

GP73诱导PKA激酶刺激糖异生

研究发现GP73的表达和分泌受机体营养状态的调控，在饥饿和高脂饮食等状态下，GP73以内分泌和自分泌的方式迅速聚集至肝脏，发挥“升糖激素”的作用。GP73处理小鼠原代肝细胞的磷酸化蛋白质组学结果显示和胰高血糖素一样，GP73能够激活以PKA为核心的cAMP-PKA-CREB信号通路，显著提高肝脏的糖异生能力（图4）。

图4 | GP73诱导PKA激酶刺激糖异生

SARS-CoV-2感染促进GP73的产生和分泌

研究表明在新冠感染病人的血清中检测到了GP73水平的明显升高，并且与病人的空腹血糖呈正相关。新冠恢复患者的血清中GP73仍然维持在较高水平，提示病毒感染造成的肝损伤和细胞因子激活也是GP73异常分泌的原因。细胞学实验研究发现GP73水平的升高是由新冠病毒S蛋白和N蛋白与GP73的蛋白间相互作用介导。利用鼠新冠适应株MASCp6感染小鼠后，研究人员也发现了血糖异常升高伴随着血清GP73水平的升高，证实了新冠病毒感染造成循环中GP73升高这一病理特征（图6、图7）。最后，研究人员利用自主研发的GP73单克隆抗体，成功抑制了新冠病毒感染小鼠肝细胞的糖异生作用，并且能够使小鼠空腹血糖水平恢复正常。