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抵抗力和训练对冠心病患者心血管,性能和血液氧化参数影响
心血管,抵抗力和综合运动训练对冠心病患者心血管,性能和血液氧化还原参数的影响:为期8个月的训练减量随机干预 3.2. 氧化还原状态变量 在运动前水平上,评估的氧化还原状态变量组之间无显着差异。 CVT导致在训练的4个月(40%)和8个月(45%)时GSH明显升高(表3)。但是,一个月的训练取消了上述海拔。其他两种培训形式并未导致GSH发生任何变化。 CVT后,GSSG显着降低了约20%,这是导致该变量发生显着变化的唯一训练形式。 GSSG的较低水平一直持续到训练的第一个月,然后才恢复到初始水平。在训练4个月和8个月后,GSH和GSSG的先前反应分别显着增加了210%和180%。但是,GSH与GSSG的比率在训练一个月内恢复了基线值。所有形式的运动训练都会导致在训练4个月后PC和TBARS的水平降低。但是,经过8个月的训练,PC恢复到基线水平,而在DP期间仍保持在该水平。在进行各种形式的训练后,TAC的应答明显增加,在训练期间TAC的水平恢复到基线水平,但RT除外,因为在DP的3个月内它保持了阳性应答。 表3.心脏病患者训练和减训练后与氧化还原状态相关的反应。 *同一组的Sig vs. pre(p <0.05),同一组的$ Sigvs. pre(p= 0.05),‡同一组的Sig vs. pre(p = 0.07),CVT:心血管训练, RT:抵抗训练,CT:联合训练。 图3.在心脏病患者中进行训练和训练后与表现相关的反应。 *同一组中的Sig vs. pre(p <0.05),§同一组中的Sig vs. pre(p <0.001),同一时间点的#Sig vs.对照(p <0.05),¥Sig vs.在同一时间点进行CVT,CVT:心血管训练,RT:阻力训练,CT:综合训练。 4. 讨论 据我们所知,这是第一项研究,研究了三种不同类型的运动对CAD患者的心血管,性能和氧化还原状态标记的影响,进行了8个月的运动训练和3个月的运动训练。与其他类型的锻炼相比,CVT似乎影响了最多的性能和氧化还原参数。在我们的研究中,CVT组的患者改善了他们的身体组成,降低了血压,增加了他们的柔韧性,肌肉力量和最大摄氧量,并在更长的时间内对大部分氧化还原参数产生了积极影响。 4.1. 心血管和身体特征参数 尽管运动训练导致腰围和髋围明显改变,但腰臀比在任何评估组中均未改变。先前的工作表明,与基线相比,经过8个月的训练,CVT和CT组的体重降低了2.5%至4.5%,而减员时的体重仍然较低,而RT组则恢复了基线[ 34]。分别评估腰围和臀围,发现在CVT和CT组中,两种测量均主要降低,但在任何组中,该比率均未显着改变。在文献中众所周知,通过运动获得的能量消耗以及通过运动可能产生的负能量平衡会导致身体成分发生变化。已经提出减少腰围和循环中的甘油三酸酯以及改善心肺功能,作为改善心血管健康和降低心脏代谢风险的措施[61]。 考虑到高血压的负面影响,需要制定非药物治疗策略来对抗这种情况。通过适当的营养和锻炼来改善健康生活的生活方式改变已被提议作为降低血压的手段。运动训练导致SBP和DBP发生了显着变化,而CVT和CT之后出现了深刻的变化,并且在整个训练期间都保持了这些结果。训练导致的SBP降低百分比在8.5%至18.6%之间,而DBP的降低约为5%。先前的研究显示了与该研究相似的结果。有氧运动训练可使SBP和DBP分别显着降低约10%和7%[62,63],而最近的系统综述和荟萃分析表明,运动干预可引起血压显着降低,有氧运动表现出最大的降低可以大幅降低24小时全天候白天和夜间的动态血压[64]。我们研究的血压结果可归因于多种因素,包括外周血管阻力降低,交感神经系统[65]以及炎性状态,内皮功能,动脉顺应性和氧化应激的有利变化[66]。此外,在这项研究中,运动训练后氧化还原状态的几个参数得到了改善,氧化应激和炎症的减少可以部分解释运动训练对血压的积极影响。综上所述,这些结果表明,在针对CAD患者的干预运动训练计划中,最重要的运动类型是有氧运动。 运动训练后的表现(柔韧性,最大VO2max,IPTE)得到了提高,并且不同类型的训练产生了不同的时间依赖性变化。 CVT和综合训练导致灵活性的显着变化,即使经过3个月的训练也仍然保持较高水平。另一方面,可再生能源培训并没有产生任何重大变化,不仅如此,在减员评估的3个月中,这种变化有所减少。这些结果与以前的工作相反,后者表明抵抗训练本身可以提高老年人的柔韧性[67]。然而,在前述研究中,据报道柔韧性变化是强度依赖性的,并且大于1RM的60%的强度更有效地产生柔韧性。我们的抵抗训练方案的强度是1RM的60%,因此强度可能是不足以提高灵活性。仅在进行CVT和阻力训练后,有氧运动才有所提高,并且在几乎所有的训练期间都保持有氧运动。就运动训练而言,先前的研究显示了与本研究类似的结果[68]。令人惊讶的是,没有发现联合训练后有氧运动能力有任何显着变化。也许综合训练中有氧和阻力训练本身的刺激作用不足以引起有氧能力的显着变化。无论进行何种训练,运动训练后IPTE都会增加。 RT产生了最大的绝对增加,并且这些收益在DP中仍然显着更高。这些结果与以前的研究结果一致,这些研究表明,在进行中度至高强度的抵抗训练时,老年人的肌肉力量在训练后的2到31周内可以保持在基线水平之上[29-33]。然而,这项研究的新发现是,即使在DP期间,低风险心脏病患者的有氧运动能力和体力增加仍然保持。因此,重要的是要了解,运动训练的益处可以在训练计划停止后的较长时间内保持,并指出需要进行更多的研究以阐明维持这些积极作用的最长时间。 4.2. 氧化还原状态 众所周知,在动物模型和临床研究中,心血管疾病和内皮功能障碍均与慢性炎症和氧化应激有关[1,69],并且ROS水平升高导致血管功能障碍[70-73]。 ROS水平低可能对血管紧张度,内皮和心脏功能有有益作用。但是,当产生大量ROS时,它会干扰细胞功能并导致细胞损伤[3,4]。有几项研究表明,经常锻炼可以上调主要抗氧化酶的表达,并减少前氧化剂分子[74,75]。此外,运动介导的自由基的生成似乎对于激活细胞转导途径至关重要,而细胞转导途径将促进有益的适应,从而导致抗动脉粥样硬化作用[9]。这项研究检查了运动训练对氧化还原状态的影响的结果支持了上述发现。 CVT训练后,大多数评估的变量均受到积极影响,显示出最显着的时间依赖性变化。涉及动物和人类的研究结果与本研究相似,表明CVT训练可提高抗氧化能力[25,74,76-78]。健康的老年人在每周进行3天的中等强度运动24周后,脂质过氧化和炎症降低,总抗氧化活性更高[25]。与未经训练的男性参加并锻炼8周的设计类似的研究表明,所有三个训练组(CVT,抵抗力,综合训练)均提高了抗氧化能力,并降低了脂质过氧化作用[28]。此外,遵循阻力训练计划的肥胖老年人可以提高他们的力量和有氧运动能力,并降低脂质过氧化水平[26]。此外,低强度的有氧运动训练可以防止与衰老有关的抗氧化活性下降[79]。最后,Soares等人。 [18]表明,在接受CVT和RE联合训练16周后,健康男性的DNA氧化损伤减少,而体质和总抗氧化能力增加。总体而言,我们的研究结果首次表明,在低风险的心脏病患者中进行运动训练可能会增加抗氧化能力并降低氧化应激指标。这一点非常重要,因为氧化还原状态的改善将减轻心脏反复发作的风险。 4.3. 减员 术语“减员”是指由于缺乏或不足的训练刺激而完全或部分丧失训练所致的适应能力[80]。值得注意的是,有人提出,减量作用对CVD和氧化应激的影响同等重要。与运动训练有关的是重要的,因为它调节了与心血管有关的适应能力将减弱的时间范围[45]。由于无法预测的原因可能会导致短期或较长时间的暂时性培训中断,因此了解哪种运动类型/方式会在很大程度上影响培训效果非常重要。我们的研究表明,无级变速是导致DP保留最显着效果的训练类型。关于此主题的先前工作是有限的。然而,最近的一项研究表明,持续足够时间的中等强度的体育锻炼会导致对大鼠氧化还原状态的有益适应,在训练期间可能会部分丢失[49]。此外,阿加瓦尔(Agarwal)及其同事建议,进行2周的训练不足以完全消除运动引起的有益效果[50]。另外,Padilha及其同事认为,训练12周并不能完全逆转12周放疗程序所引起的老年妇女氧化应激生物标志物的变化[2]。相反,以前的研究报告称,训练3至4个月可能会导致运动训练所提供的心脏保护作用完全逆转[81,82]。据我们所知,以前没有针对心脏病患者进行运动训练和减训练的研究。先前关于对心脏患者的脂质谱进行训练-抑制作用的研究表明,CVT以及CVT与阻力训练之间的组合对脂质谱和炎症的影响最为明显[34]。需要进一步的研究以阐明在训练期后氧化还原状态随时间的变化。 5. 结论 大量研究表明,运动训练对心血管疾病的结局具有良好的作用。这项研究的结果表明,进行为期8个月的系统运动训练可降低血压,提高运动表现并改善氧化还原状态。从训练的前四个月就可以明显看出这些结果,并且在停止训练后的几个月内可以将血压和表现反应保留下来。但是,经过3个月的训练后,大部分氧化还原状态的积极作用都消失了。似乎有氧运动训练是对氧化还原状态具有更明显和积极影响的训练形式。未来的研究应该评估不同的运动强度和持续时间,以期确定最佳的运动刺激方法,以激发心脏病患者有益的心血管健康。最后,还应评估运动训练与饮食和/或补充操作的结合。 参考 1. 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2021-03-09 20:06:06
心血管,抵抗力和综合运动训练影响:为期8个月训练干预
心血管,抵抗力和综合运动训练对冠心病患者心血管,性能和血液氧化还原参数的影响:为期8个月的训练减量随机干预经过:TryfonasTofas,Ioannis G. Fatouros 1,Dimitrios Draganidis 1,Chariklia K. Deli 1,Athanasios Chatzinikolaou 2,Charalambos Tziortzis 3,GeorgePanayiotou 3,YiannisKoutingakis 1,4和Ath anasios Z. Jamurtas 1,* 1.希腊色萨利大学体育与运动科学学院,希腊特里卡拉421002.希腊色雷斯的德cri克利特大学体育与运动科学学院,希腊69100科莫蒂尼;3.塞浦路斯欧洲大学卫生科学系Diogenis Str.6,2404 Engomi,P.O.Box 22006,1516Nicosia,Cyprus;c.tziortzis@euc.ac.cy(C.T.);4.伍尔弗汉普顿大学体育,表演艺术与休闲学院,沃尔萨尔校区,英国沃尔索尔WS1 3BD Gorway Rd 摘要:长期/定期运动可改善冠心病(CAD)患者的心血管功能,降低氧化应激并增强其抗氧化能力,这是有据可查的。但是,关于这些患者中不同类型的训练和减训练对心血管功能的慢性影响以及氧化应激和抗氧化状态的水平的证据不足。因此,本研究旨在调查心血管疾病,抵抗力和联合运动训练以及随后三个月的训练时间对CAD患者心血管功能,身体机能和血液氧化还原状态参数的影响。 60例冠心病患者被随机分为心血管训练(CVT,N = 15),抵抗训练(RT,N = 11),心血管和抵抗训练相结合(CT,N = 16)或对照组(C,N = 15)组。培训小组参加了为期8个月的有监督的培训计划(每周培训3天),随后为期3个月的培训期,而对照组仅参加了测量。身体成分,血压,与性能有关的变量(有氧能力(VO2max),肌肉力量,柔韧性)和与血液氧化还原状态有关的参数(硫代巴比妥酸反应性物质(TBARS),总抗氧化能力(TAC),还原型谷胱甘肽(GSH) ,氧化谷胱甘肽(GSSG),过氧化氢酶活性(CAT),蛋白羰基(PC)的评估在研究开始时,经过4个月和8个月的训练以及经过1个月,2个月和3个月的脱训练(DT)后进行了评估。 CVT引起了最显着和最显着的血压变化(收缩压降低约9%,舒张压降低约5%)和氧化还原状态,因为它对所有与氧化还原相关的变量(范围从16到137)都具有积极作用%)。 RT和CT训练对某些评估的(TAC,CAT和PC)氧化还原相关变量产生积极影响。与性能相关的变量保留了训练的积极响应,而对于所有训练组,大多数氧化还原状态参数在DT周期结束时恢复到接近运动前的值。这些结果表明,运动训练对CAD的氧化还原状态有重要影响。三个月的训练足以消除运动引起的对氧化还原状态的有益影响,表明为了获得更好的抗氧化状态,运动必须是终生的承诺。 关键词:心血管疾病;氧化应激有氧健康;血压;抗氧化剂 1. 介绍多年来,不同的研究报道了冠状动脉疾病(CAD)和内皮功能障碍的特征是慢性炎症和氧化应激[1,2]。此外,一些研究表明,氧化应激在CAD的发病机理和发展中起着重要作用,包括动脉粥样硬化,局部缺血-再灌注损伤,慢性缺血性心脏病,心肌病,心力衰竭,高血压,血脂异常,糖尿病,心肌梗塞,心绞痛胸大肌和随之而来的心律不齐[3,4]。然而,有强有力的证据表明,轻度,反复运动引起的氧化应激和相关的适应性调节内源性抗氧化剂防御机制[5],这可能自相矛盾地改善了CAD患者的健康和寿命[6]。此外,与不健康或老化的肌肉相比,健康组织通过增加内源性抗氧化系统的活性来维持氧化还原稳态,从而对慢性运动后的氧化应激反应良好[7]。众所周知,长期运动可以通过减少活性氧(ROS)的产生和增加抗氧化能力以及提高一些器官和系统的线粒体效率来减少氧化应激和损伤[9]。此外,通过减少不同组织(心脏,肝脏,血液或肌肉)中的动脉抗氧化酶,运动引起的氧化应激本身可能是有益的。最近的证据表明,有氧和无氧运动训练均有益于改善人体中的氧化还原平衡,任何类型的运动训练均有助于改善针对过度ROS介导的疾病的潜在危险因素的氧化还原平衡[10]。尽管有几项研究证实了定期体育锻炼对氧化还原状态的好处,但也表明,以一定强度和持续时间进行的急性体育锻炼可能会导致ROS的产生增加[11,12]。然而,与第一轮相比,重复一轮运动可减轻肌肉损伤和血液氧化应激[13]。因此,定期的运动训练似乎是减少肌肉对运动引起的损伤的敏感性的有效方法,并且一些研究表明,这种保护作用与肌肉抗氧化酶(包括超氧化物歧化酶,过氧化氢酶和谷胱甘肽)的活性增加有关。过氧化物酶以及抗氧化剂,例如维生素C,维生素E,类胡萝卜素和谷胱甘肽[14,15]。有氧健身可能与更高的抗氧化能力有关。此外,心血管训练(CVT)可以通过代谢和氧化还原挑战触发与运动相关的适应性反应[16,17]。与运动训练有关的氧化损伤的减少也可以通过抗氧化剂和代谢效率的增加来解释,这可能阻止了DNA修复酶活性的刺激[18]。这些发现增强了定期运动在预防DNA损伤蓄积中的重要性,DNA蓄积与衰老[19]和某些与年龄有关的疾病,包括心血管疾病[20]有关。此外,慢性有氧运动[16,21]和阻力运动[22]均可提高肌肉线粒体密度,并减少不同组织的氧化应激[23]。运动对氧化应激的持久影响及其与心血管疾病的关系是有争议的,这主要是由于文献中发现的运动计划的类型,强度,频率和持续时间之间的差异。此外,与体育锻炼和相关氧化应激有关的大多数研究都集中在CVT [24,25],阻力训练(RT)[26]或心血管和阻力训练(CT)的结合[18, [27,28]主要针对健康个体的氧化应激。与运动训练的氧化还原适应相反,关于氧化应激标志物的训练效果的数据有限[2]。大多数训练研究都集中在对肌肉力量[29-33],脂质代谢[34-37],身体成分[37,38]骨矿物质密度[39],功能适应性[40],记忆功能[41]的影响上。和心血管反应[42-45]。然而,仍不清楚训练适应性是否持续[29,32,46-48]或在训练期(DP)之后是否完全丧失[40,42,44,45]。据我们所知,之前没有研究评估运动训练后加DP对CAD患者氧化还原状态的影响。对大鼠[2,43,49,50]或健康个体[2]进行过少数研究研究了对氧化应激的抑制作用的研究,并且训练时间太短。另外,没有信息说明在训练期后不同的训练模式(CVT,RT和CT)是否对氧化还原状态标记有不同的影响。因此,本研究旨在比较心血管疾病,抵抗力和综合运动训练以及随后三个月的训练时间对CAD患者的心血管功能,身体机能和血液氧化还原状态的影响。2. 方法2.1. 参加者和实验设计本研究的主要目的是评估CVT,RT和CT在调节氧化还原状态以及随后的训练期对CAD患者的影响方面的功效。根据美国心血管和肺康复协会建立的标准,招募重点关注低危患者[51]。使用G * Power软件(3.0.10)进行的初步功效分析表明,每组需要8-12名参与者的样本,以六个重复的测量点来检测四组之间在统计学上有意义的差异(效应大小> 0.55,α错误概率)为0.05,两尾α级功效为0.9)。患有CAD的患者通过提供给医疗服务提供者的信息,张贴,报纸,媒体广告和口口相传。所有预期受试者均完成了健康史调查表,并由医师进行了检查,并进行了静息和运动标准超声心动图检查和ECG。如果满足以下条件,则将他们包括在研究中:(a)是低风险的CAD患者,(b)没有显示出心绞痛或其他明显症状(例如,不常见的呼吸急促,头晕或头晕),(c)是在休息或运动压力测试期间未显示出病理性ECG改变;(d)并未表现出技术局限性,例如超声心动图图像质量差;(e)没有不受控制的充血性心力衰竭,不受控制的糖尿病,不稳定的心律不齐和控制的系统性高血压,(f)没有关节炎或其他肌肉骨骼和炎症性疾病,(g)当前或以前未使用抗炎药或烟草制品,(h)没有任何肌肉骨骼损伤。最初招募了73个人,并对其资格进行了检查。所有参与者先前都接受过冠状动脉搭桥术(CABG,n = 37)或经皮腔内冠状动脉成形术(PTCA,n = 36)。在最初招募的受试者中,有60名受试者进入了研究,56名受试者完成了研究[两名受试者由于个人原因退出研 究,一名受试者由于肌肉受伤而退出,另一名受试者由于不佳的舞蹈(参加培训课程少于80%))]。在研究的最后入选受试者中,其中15人患有单支血管疾病,28名患有双支血管疾病,11名患有三支血管疾病,2名患有四支血管疾病。所有受试者均接受抗凝治疗。采用受控的,随机的,四组,重复测量的设计。图2说明了研究设计和数据收集的时间点。参与者被随机分配到:(i)仅参加测量的对照组(C,N = 15,年龄=64±68岁,体重=86.0±3.6 kg,身高= 1.68±1.4 m),(ii)心血管训练组(CVT,N = 15,年龄= 61±7岁,体重=87.5±2.9公斤,身高= 1.68±1.4 m),(iii)阻力训练组(RT,N=11,年龄= 62±8岁,体重= 88.7±3.6公斤,身高= 1.68±2.6 m)或(iv)联合训练组(CT,N = 15,年龄=64±6岁,体重= 85.2±2.1公斤,身高= 1.69±1.7 m)。所有最初入组的患者先前都接受过冠状动脉搭桥术(CABG,n = 37)或经皮腔内冠状动脉成形术(PTCA,n = 36)。其中的19个患有单支血管疾病,34支患有双血管疾病,13支患有三支血管疾病,5支患有四支血管疾病和2支患有五支血管疾病。CVT组中完成研究的CABG和PTCA患者分别为7名和8名,RT组分别为4名和7名,在CT组中分别为8和7名,C组分别为7个和8个。 图2.研究设计和数据收集的时间点。 (A)代表心血管训练小组(CVT); (B)代表抵抗训练小组(RT); (C)代表联合训练小组(CT); (D)代表对照组(C)。 三个培训小组(CVT,RT和CT)中的每一个小组在开始的八个月中都遵循有监督的培训计划,随后被放弃三个月的培训(培训期为9到11个月)。在训练的4个月和8个月后,在基线进行身体成分(腰围和臀部围度),收缩压和舒张压以及血液采样和性能测量[最大耗氧量(VO2max),肌肉力量和柔韧性]。训练期间每月一次。在获得书面同意之前,所有参与者均已充分了解研究目的和实验程序以及相关的风险和收益。程序已获得塞浦路斯国家生物伦理委员会的批准(代码:EEBK /EΠ/ 2006/37),并根据赫尔辛基的声明完成。2.2. 培训干预所有培训方案均在连续8个月的非连续日内,每周3次在监督下进行。每次训练都在一天的同一时间开始(以避免昼夜节律变化),并进行10分钟的热身,包括低强度自行车运动或在跑步机上跑步和伸展运动,最后以5分钟的冷却时间结束。建议参加者在整个训练期间和随后的3个月的训练期中保持其正常的饮食习惯。运动训练是在大学运动馆进行的,该运动馆配备齐全以支持参与者的训练计划。心血管训练(CVT):CVT是在跑步机或自行车测功机上进行的,由10分钟的间隔组成,在HRmax为60-75%的情况下重复四次,并穿插6分钟的恢复时间。跑步速度和骑行速度都是单独调整的,确保所有受试者均按规定的运动强度进行运动,并基于在基线和训练4个月后进行的分级运动测试。阻力训练(RT):RT程序包括八种不同的锻炼方式(胸部按压,肩部按压,滑轮行,全腹,躯干旋转,腿部按压,腿部伸展,腿部弯曲),以上肢肌肉群为目标进行和下半身。每次训练持续50–60分钟,每套运动包括两组12–15次重复,两次运动之间休息60–90秒,两次运动之间休息5分钟。运动强度设置为一次重复最大值(1RM)的60%。在基线时和训练4个月后为每次运动确定1RM,以在整个8个月的训练期间维持所需的工作量。联合训练(CT):CT程序在同一疗程中结合了CVT和RT,每次疗程持续50-60分钟。热身后,参与者在跑步机或脚踏测力计上以HRmax的60-75%进行两次10分钟的间隔,并穿插6分钟的恢复时间。然后,他们继续进行RT,在此期间,他们在与RT相同的练习中执行了一组12-15次重复,两次练习之间以60-90秒的间隔休息,其强度对应于1RM的60%。对照组(C):C组参与者未接受任何正规的体育锻炼。他们被要求保持当前的日常体育锻炼水平,并且仅参加测试程序。2.3. 人体测量如所述[52],使用带平衡计的光束平衡仪(Beam Balance-Stadiometer,SECA,Vogel&Halke,德国汉堡)分别测量体重和身高,精确至0.5 kg和0.5 cm。腰围和臀围是根据世界卫生组织的数据收集协议进行测量的(WHO,2012)。使用提供恒定100 g张力的抗拉伸胶带,在最后一个可触及肋骨的下边缘与and顶部之间的中点评估腰围。臀围是在臀部最宽的部分测量的,胶带平行于地板。2.4. 静息血压评估收缩压和舒张压根据美国心脏协会制定的标准化程序进行测量[53]。使用校准的手动血压计进行测量,将参与者仰卧,休息5分钟后进行测量。使用第一和第五次Korotkoff声音记录收缩压和舒张压,并且每次评估均一式两份,取两个值的平均值。2.5. 性能测试如[54]所述,使用改良的就坐和伸手可及性测试,在5分钟的热身后评估了下背部和绳肌的柔韧性。如前所述[55],使用计算机控制的等速测力计(Cybex Norm Lumex,Ronkonkoma,NY,美国)测量了右腿的膝部伸肌(IPTE)的最大等距峰值扭矩。在测试之前和在自行车测功机(Excite,Technogym,意大利)上进行8分钟的预热后,应用了熟悉的方案,在等速测功机上进行了次最大(<50%最大值)等距重复。在等距测试期间,在膝关节屈曲60°时进行了三个最大重复(持续时间为3秒),中间间隔60秒,记录了最大扭矩值(N.m)。评估期间不断给予视觉反馈和言语鼓励[56]。 IPTE的重测可靠性为0.97。2.6. 心血管压力测试心血管压力测试是根据Bruce规程(Bruce RA和Hornsten,1969年)使用分级多级跑步机和Ultima™CardiO2进行的气体交换分析系统(圣保罗,明尼苏达州,美国),用于确定最大摄氧量(VO2max),如[57]所述。最初,跑步机速度设置为2.7 km / h,坡度设置为10%。在每个3分钟的阶段之后,速度和坡度分别逐渐增加〜1.5 km/ h和2%,并且当受试者达到最大运动能力(6至12分钟内)时,测试结束。在测试的每个3分钟阶段以及测试后5分钟内进行十二导联心电图(ECG),心率和血压测量。持续鼓励患者达到最大运动能力,当受试者显示精疲力竭或心电图显示出异常的节律或局部缺血时,测试即告终止。此外,运动过程中胸痛的发作,严重的ST段压低,心律不齐或非心脏症状导致测试的提前终止。当满足以下四个标准中的三个时,确定最大摄氧量:(i)疲劳疲劳;(ii)随着工作率的提高,VO2升高<2mL / kg / min;(iii)呼吸交换率1.10和(iv)心率等于或大于受试者预期HRmax(按220岁计算)的85%。峰值耗氧量(VO2peak)被确定为在运动的最后60s期间观察到的最高VO2 20s平均值。气体分析仪的校准是在每个受试者进行测试之前进行的。2.7. 血液采样与分析一夜之间禁食后,在08:00–09:00之间(为了避免昼夜节律变化)获取所有血液样本。使用配备有Vacutainer管固定器(Becton Dickinson,Franklin Lakes,NJ,美国)的20号一次性针头从肘前臂静脉抽取样品(〜10 mL),使受试者坐下。为了分离血清,将一部分血液(约4 mL)收集到Vacutainer管中,使其在室温下凝结30分钟,然后离心(1500 g,4℃,15分钟)。将上清液分装成多个等分试样(放入单独的微量离心管Eppendorf™管中),并储存在80℃下,以供以后分析总抗氧化剂能力(TAC)。将另一部分血液(〜4 mL)收集到装有乙二胺四乙酸(EDTA)的Vacutainer管中,并立即离心(1370 g,4℃,10分钟)进行血浆分离。将上清液(血浆)收集到微量离心管Eppendorf™试管中(多个等分试样),并保存在80℃下,以便以后分析硫代巴比妥酸反应性物质(TBARS)和蛋白羰基(PC)。如[58]所述裂解进入Vacutainer管的红细胞,并将裂解物分装成多个等分试样,并储存在80℃下,以用于以后的过氧化氢酶(CAT),还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)的分析。TAC,TBARS,CAT,GSH,GSSG和PC的分析是根据先前已描述的协议进行的[59,60]。简而言之,为了进行TAC分析,将血清样品与磷酸钠钾盐(10 mM,pH 7.4)和2.2-二苯基-1甲基苄基肼(0.1 mM)混合,在黑暗中于室温下孵育30分钟。离心(20,000 g,3分钟)后,在520 nm处读取吸光度。通过向混合的血浆样品中添加35%TCA(200mM)和Tris-HCL(pH7.4)来分析TBARS,并在室温下孵育10分钟。然后,将Na2SO4(2M)和硫代巴比妥酸(55 mM)添加到溶液中,并在95℃下孵育45分钟。孵育后,将样品冷却5分钟,添加70%TCA,混合并离心(15,000 g,3分钟),然后在530nm处测量上清液的吸光度。在红细胞(RBC)裂解物中测定CAT活性。最初,将磷酸钠钾(67 mM,pH 7.4)添加到样品中,混合,然后在37℃下孵育10分钟。随后,添加30%的过氧化氢,并在90秒内在240nm处读取吸光度的变化。为了进行GSH分析,将RBC裂解物与磷酸钠钾(67 mM,pH8.0)和5.5-二硫代双-2-硝基苯甲酸酯(1 mM)混合,然后用5%TCA处理,然后在室温下于黑暗中孵育25分钟。 45分钟孵育后,在412nm处读取吸光度。对于GSSG测量,首先要处理样品(RBC裂解物)含5%TCA(pH7.0-7.5)。然后,加入2-乙烯基吡啶,并将样品在室温下孵育2小时。孵育后,将样品与磷酸钠(143 mM,pH7.5),NADPH(3 mM),5.5-二硫代二-2-硝基苯甲酸酯(10 mM)和蒸馏水混合,并在室温下孵育10分钟。之后,加入谷胱甘肽还原酶,并在3分钟内于412nm读取样品的吸光度。使用市售试剂盒(Dutch Diagnostics BV,祖特芬,荷兰)测定红细胞裂解液中的血红蛋白,以估算GSH,GSSG和过氧化氢酶的最终水平。为了测定血红蛋白,将10 µl经5%TCA处理的红细胞裂解液与2500 µl工作试剂(pH 7.3;按1:10稀释)混合。立即将样品涡旋并在25℃下放置至少3分钟。为了测定血浆中的PC,将样品与20%TCA混合,在冰浴中孵育15分钟并离心(15,000 g,4℃,5分钟)。然后,弃去上清液,并向样品中加入2.4-二硝基苯肼(在2.5N HCl中为10 mM),而在每个空白中均加入HCL(2.5 N)。之后,将样品和空白溶液在黑暗中于室温下孵育15小时,每15分钟进行短暂混合。孵育后,将样品和空白溶液离心(15,000 g,4℃,5分钟),将10%TCA添加到沉淀中(弃去上清液后),并在15,000 g,4℃下再次离心5分钟。然后除去上清液,将乙醇-乙酸乙酯(1:1v/v)添加到沉淀中,并离心5分钟(15,000 g,4°C)。最后的过程再重复两次,然后弃去上清液,将沉淀物与5M尿素(pH2.3)混合,并在37℃下孵育15分钟。最后,将样品和空白溶液离心3分钟(15,000 g,4℃),并在375 nm下读取上清液的吸光度。所有分光光度测定均使用Hitachi2001UV/ VIS(日立仪器公司,日本东京)进行,所有测定的测定内和测定内变异系数分别为2.4%至7.5%和3.4%至8.1%。2.8. 统计分析数据以均数SD表示,所有统计分析均使用IBM SPSS软件(IBM SPSS Statistics 20)进行。使用2X6重复测量ANOVA来识别组和时间差异以及可能的相互作用。使用单向重复测量方差分析(ANOVA)分别识别每组与时间相关的差异。使用Shapiro-Wilk检验验证了正态性。统计显着性水平设置为p <0.05。3. 结果在运动过程中,任何患者均未观察到持续的心律不齐或其他心血管并发症。在任何评估变量中,四组参与者之间在基线特征方面没有差异。3.1. 人体测量,生理和性能变量在所有训练组和对照组中,训练4个月后的髋关节围度(表1)均显着降低,而在CVT和RT组以及C组中,在训练3个月后,髋关节围度显着降低。在CVT和RT组以及C组接受4个月的训练后,腰围显着降低,而在CVT和RT组以及C组进行了3个月的训练后,腰围也显着降低。但是,腰臀比在评估的任何时间都没有显着变化。血压反应列于表2。经过4个月的运动训练,CVT和CT组的收缩压(SBP)显着降低,直至DP的第三个月结束。在进行了8个月的运动训练后,SBP显着下降,并在DP的第一个月末恢复至基线值。训练8个月后,CVT,RT和CT组的SBP值与C组的值显着不同。仅CVT组在4个月后舒张压(DBP)显着下降,并且直到DP的第2个月末,与基准相比仍显着降低。经过8个月的阻力训练后,DBP显着下降,但经过一个月的训练后,DBP恢复至初始值。与对照组相比,CVT和RT组在训练8个月时的DBP值显着降低。表1.心脏病患者训练和减训练后的腰围和臀围及其比例。 表2.心脏患者训练和减训练后的收缩压和舒张压反应。*同一组中Sig vs. pre(p <0.05),#sig vs.对照在同一时间点,$ p = 0.06,SBP:收缩压,DBP:舒张压,CVT:心血管训练,RT:阻力训练,CT:综合训练。 训练和减训练后与表现相关的反应如图3所示。CVT和CT训练4个月后,柔韧性显着提高,而训练8个月后,柔韧性仍保持较高水平。 CT组保留了灵活性的提高,直到训练结束后3个月。逆转录训练组在训练后一个月和两个月的柔韧性显着降低。 CVT后有氧能力(VO2max)在第4天(11%)和第8个月(18.5%)显着增加,并且进入DP的两个月内仍显着升高。在训练的4(12%)和8(18%)个月时,RT还导致有氧运动能力提高,在DP的3个月时,这种反应仍然显着增加。训练期后,CT没有观察到明显变化。培训使所有培训组的IPTE都有显着改善,并且在DP中保留了此响应。此外,训练后和DP后,训练组的IPTE值明显高于对照组。点击查看:查看文章下部分内容更多医学分类文章使用文档翻译功能使用病例翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-03-09 19:52:17
在美国发现了许多冠状病毒变体,但威胁尚不清楚
加强的测序工作正在帮助识别可能促进传播或帮助病毒逃避免疫反应的突变。 埃文·卡拉威(Ewen Callaway) 驾车者在美国最大的COVID测试站点排队,位于加利福尼亚洛杉矶的道奇体育场外。信用:赵林歌/祖玛线 对于过去一年研究了数十万个冠状病毒基因组的科学家而言,美国一直是一个谜。尽管拥有世界领先的基因组测序基础设施,并且比其他任何国家都遭受更多的COVID感染,但美国直到最近才在冠状病毒基因组测序和发现令人担忧的变体方面远远落后。 但是最近几周,美国研究人员发现了许多新的变种,包括在加利福尼亚,纽约州,路易斯安那州和其他地方。他们将继续加大SARS-CoV-2测序工作的力度。这就带来了另一个挑战:弄清所发现的变体。它们带有潜在的令人担忧的突变,并且可能会变得越来越普遍,但是缺乏有关变种如何传播的数据意味着它们所构成的威胁尚不清楚。 资料来源:CDC “这是狂野的西部,”位于什里夫波特的路易斯安那州立大学健康科学中心的病毒学家杰里米·卡米尔(Jeremy Kamil)说,他领导了一个团队,该团队上个月在路易斯安那州,新墨西哥州和其他地方发现了一种快速上升的变种。卡米尔说,在缺乏有关变体行为的清晰数据的情况下,“似乎有一种非正式的政策,即每个变体都是值得关注的变体,除非另行证明”。 挑战的一部分是美国冠状病毒测序和监测工作的分散性。纽约市哥伦比亚大学的病毒学家戴维·霍(David Ho)说:“现在是各个实验室,州或城市发挥作用”,他的团队上周在该市发现了一个变异体,该变异体可能破坏免疫反应。由于这项零星的工作,纽约,加利福尼亚和华盛顿等州分别贡献了数千个序列,而爱荷华州,田纳西州和新罕布什尔州等其他州则从少得多的COVID病例中获得了序列。 资料来源:CDC 何和其他美国研究人员羡慕英国,该国与公共卫生,医学和研究机构紧密合作以识别变异的全国测序工作已经产生了300,000多个冠状病毒基因组。由于其数据的精细性,英国在2020年底的研究表明,名为B.1.1.7的变体的传播速度明显快于其将要取代的循环菌株。随后的研究表明,B.1.1.7可能更致命,但不会危害疫苗。 是否想更快地追踪流行病变种?解决生物信息学瓶颈 何说:“我认为我们没有那样的东西。” 他希望,美国国立卫生研究院和疾病预防控制中心(CDC),负责生物医学研究和公共卫生的联邦机构,“将使该国更加协调一致地前进”。由疾病预防控制中心(CDC)领导的一项工作于11月启动,目标是每周对大约7,000个样本进行测序(该目标在2月下旬首次实现),最终达到25,000。 令人担忧的突变 在缺乏明确的流行病学或医学数据的情况下,科学家们可以通过携带的变异来评估变异的某些潜在威胁。根据实验室和流行病学研究,研究人员已经提出了越来越多的突变列表,这些突变可能会增强传播或帮助病毒逃避免疫反应。 Ho的团队在纽约发现的变种(也称为B.1.526)带有一个臭名昭著的突变E484K,该突变已在南非和巴西发现的变种中发现。多个实验室的研究表明,E484K的变化(位于识别宿主细胞的冠状病毒刺突蛋白的一部分中)削弱了通常可以使病毒失活的抗体的效力。这可以帮助解释这样的观察结果:在南非和巴西,类似的变体落后于再感染病例,并且在田间试验中降低了疫苗效力。 基于这些担忧,由Ho和哥伦比亚大学微生物学家Anne-Catrin Uhlemann领导的团队建立了一个监视网络,以识别纽约市携带E484K的病毒。B.1.526变体的第一批病例出现在11月,到1月中旬增长到该市总病例的5%,到2月增长到12%。在公共测序数据库中,研究人员发现了B.1.526在美国东北海岸的上下游,甚至远至新加坡。E484K的声名狼藉还激发了帕萨迪纳加州理工学院结构生物学家Pamela Bjorkman和Anthony West带领的团队研究公共测序数据,发现了在纽约出现的血统。 Ho承认B.1.526需要更多的研究。尚未显示出它可以躲避免疫反应,并且其频率的明显升高可能与任何生物学特性无关。“英国变种[B.1.1.7]花费了几个月的时间才显示出更具传播性和更强的毒性。我认为我们也需要这样做。”他说。 罕见的变体 加强美国测序工作正在寻找具有新的或罕见的突变的变体,这些变体更难理解。卡米尔(Kamil)与新墨西哥州的研究人员合作,是因为他们还观察到了由一个被称为鹈鹕的变异引起的病例数上升,这种变异带有从未见过的突变。他们在美国测序数据中发现了其他类似变化的变体。(所有人都被赋予了小鸟的昵称,包括罗宾,Yellowhammer和知更鸟。) 名为Q677P的突变位于刺突蛋白的一个区域附近,该区域需要卡扣成两个,以使病毒颗粒进入宿主细胞。该区域的突变发生在快速传播的变种中,例如B.1.1.7,但卡米尔说,鹈鹕变种目前是值得关注而不是担心的变种。他说:“现在还没有科学的信心说这是一个特别令人担忧的突变,还为时过早。” 上周,加利福尼亚的研究人员对那里发现的带有刺突蛋白突变(称为L452R 1)的变体提出了警告。加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)的一个研究小组发现,具有该突变的变异体在一个城市附近迅速上升,从11月的16%测序样本中出现到1月中旬的一半以上。据媒体报道,另一个加州大学旧金山分校的团队在实验室测试中发现,具有L452R突变的变体更具感染性,对抗体的敏感性更低。 但是许多研究人员对L452R变体的重要性表示怀疑。惠康统计统计学家杰弗里·巴雷特(Jeffrey Barrett)说,这种突变尚未在实验室研究中出现,该研究已标记出其他令人担忧的变化,例如E484K,并且相同的L452R突变已在美国其他地方突然出现,并且增长并不迅速。英国欣克斯顿的桑格研究所。他说:“从根本上讲,这些问题可能不会成为其中之一。” “这是观望加利福尼亚和其他地方情况的问题。” 虽然研究人员试图弄清新近发现的美国变体,但加倍的测序工作也使更多与全球关注的变体有关的病例增多。到目前为止,美国的研究人员仅发现了与南非和巴西发现的逃避免疫变异有关的少数病例。但是在英国发现的B.1.1.7变种的案例正在稳步上升-在欧洲和中东的其他国家中也屡见不鲜。 研究人员说,哪种变体将占主导地位,研究人员说,但是随着疫苗接种的增加,诸如B.1.1.7之类的易感变体可能会减少,而能够部分逃避免疫力的那些变体可能会引发区域性爆发。巴雷特说:“我认为我们不会有多年的'纽约变体'和'加利福尼亚变体'。弄清楚正在发生的事情,不仅取决于对更多样本进行测序,还取决于建立理解样本的能力。何说:“美国必须在这些方面做得更好。” 点击查看:更多有关冠状病毒文章 更多医学分类文章 使用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:nature
2021-03-08 14:25:23
油腻叛徒助长癌症
Cancer aided by greasy traitors 油腻叛徒助长癌症 如果免疫抑制性调节性T细胞辅助,癌症可以逃避免疫系统的破坏。这些细胞取决于肿瘤环境中的脂质产生途径,这种脆弱性可用于靶向它们。卡罗琳·佩里(Caroline Perry)&乌尔夫·H·贝尔 称为调节性T细胞(T reg细胞)的免疫细胞是选择性抑制免疫反应的T细胞的一个子集。他们通过抑制促炎性T细胞的激活以及分泌抗炎因子来做到这一点。这种使免疫反应迟钝的方法很有价值,因为它可以防止免疫系统打开人的身体,这是自身免疫疾病中发生的一种功能失调。但是,T reg细胞可以通过抑制攻击癌症的免疫细胞(例如CD8 T细胞(也称为杀伤性T细胞))使肿瘤受益。 Lim等人在《自然》(Nature)杂志上发表的文章确定了肿瘤微环境中T reg细胞的代谢依赖性,这一发现揭示了T reg细胞在那里的运作方式。免疫疗法被用于临床,以克服肿瘤逃避的杀伤性T细胞。该方法可以包括针对T reg细胞的抗体治疗。尽管这种疗法增强了抗癌免疫反应,但它可能对体内其他地方的T reg细胞产生负面影响,有助于保持免疫系统的平衡。结果,接受这种治疗的人经常会患上自身免疫性疾病。因此,主要的未满足需求是免疫疗法,该疗法仅靶向肿瘤附近的“坏” T reg细胞,同时不影响有益的T reg细胞。 为了找到一种方法来分离不需要的T reg细胞,Lim及其同事使用了一种小鼠,该小鼠患有一种称为黑素瘤的肿瘤。他们将从肿瘤附近提取的T reg细胞的基因表达谱与从动物体内其他地方提取的T reg细胞的基因表达谱进行了比较。仅肿瘤相关的T reg细胞表达基因,其表达受一组称为固醇调节元件结合蛋白(SREBPs)的转录因子控制。这些蛋白质驱动编码产生脂质的酶的基因的表达,例如脂肪酸和胆固醇(图1),这是包括细胞信号传导和细胞膜构建在内的过程所必需的。 图1 |肿瘤微环境中调节性T细胞(T reg细胞)的关键途径。 Lim等人报告说,当免疫系统的T reg细胞接近肿瘤时,有两种脂质合成途径起作用。 a,一种途径产生脂肪酸,并需要SREBP转录因子蛋白,该蛋白可促进脂肪酸合酶(FASN)的表达。该途径使T reg细胞活化和成熟,这取决于膜蛋白CD44和GITR。 b,另一种途径称为甲羟戊酸途径,也需要SREBP,一种酶。这种途径中称为HMG-CoA还原酶(HMGCR)的药物是降胆固醇他汀类药物的目标。甲羟戊酸分子中增加了磷酸基团(P)的途径酶甲羟戊酸激酶(MVK)在自身炎症性疾病甲羟戊酸激酶缺乏症(MVKD)中发生了突变。通过这种途径制备的香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)分子通过称为异戊二烯化的步骤与蛋白质结合。这是由香叶基香叶基转移酶(GGT)催化的,该酶可以被抑制剂(GGTI)靶向。 c,蛋白质PD-1的表达大概需要一个异戊二烯基化的蛋白质(因为PD-1表达需要GGPP)。 PD-1阻止其他免疫细胞靶向癌症,并阻断促炎蛋白干扰素-γ(IFN-γ)的表达。 为了测试这种产生脂质的转录标记在功能上是否重要,Lim及其同事使用了基因工程小鼠,其中SREBP介导的基因表达途径在T reg细胞中被特异性关闭。这组作者监测了移植到动物皮肤下的肿瘤细胞的生长情况,发现与两种具有功能性SREBP的动物相比,这种SREBP的中断导致两种形式的癌症产生了更好的抗肿瘤免疫反应。 没有接受肿瘤移植但缺乏SREBP介导的基因表达的小鼠没有显示出自身免疫性疾病的迹象。这表明肿瘤环境外部的T reg细胞正常运行,而无需SREBP介导的基因表达。即使操纵这些动物发展出类似于人多发性硬化症的自身免疫性脑病,它们的疾病严重程度也与具有正常T reg细胞的小鼠相同。该结果表明,在肿瘤环境中,T reg细胞需要SREBP介导的基因表达,但对于其他T reg细胞却是必需的。 为什么肿瘤T reg细胞需要SREBP介导的脂质产生?癌症从周围环境中提取脂质,并利用这些分子为其能量和生长提供燃料。从理论上讲,肿瘤周围脂质的稀缺可能意味着肿瘤T reg细胞必须产生自己的脂质。但是,对SREBP的这种要求不仅仅是满足T reg细胞的细胞增殖和能量需求。 Lim及其同事确定了SREBP的两个关键角色(图1a,b)。首先,他们表明肿瘤T reg细胞需要SREBPs才能产生脂肪酸合酶,一种脂肪酸合成酶。如果缺少该酶,则与具有该酶的T reg细胞相比,肿瘤T reg细胞不会完全成熟,失去效力并显示出减弱免疫反应的能力。 其次,Lim等。证明,为了使T reg细胞在肿瘤环境中发挥其通常的抗炎作用,它们依赖于所谓的甲羟戊酸途径(图1b)。此SREBP依赖性途径可产生胆固醇以及其他分子,包括香叶基香叶基香叶基磷酸(GGPP)。 GGPP通过称为异戊二烯化的过程与蛋白质结合。 GGPP的添加改变了目标蛋白的化学性质,与其他类型的蛋白质修饰(例如磷酸化和乙酰化)改变修饰的蛋白质的方式几乎相同。 Lim和他的同事提供了证据,证明甲羟戊酸途径通过GGPP的产生与编码称为PD-1的免疫抑制蛋白的基因的表达有关。推测PD-1表达所需的异戊二烯化蛋白尚不清楚。然而,作者证明,没有GGPP,肿瘤T reg细胞不会上调编码PD-1的基因。他们表明PD-1是“稳定”肿瘤T reg细胞所必需的:用能阻断PD-1功能的抗体治疗荷瘤小鼠会导致通常与T reg细胞不相关的基因表达,例如编码促炎蛋白干扰素-γ(图1c)。产生γ-干扰素的T reg细胞不能屏蔽肿瘤免受免疫系统的攻击。 在癌症的背景下发现的T reg细胞群体在代谢上脆弱,这一事实具有深远的启示。这可能为开发毒性较低的免疫疗法(选择性地靶向破坏性T reg细胞)的方法指明了方向。目前正在进行的数百项临床试验正在研究如何增强抗癌免疫反应,毫无疑问,通过靶向Lim及其同事强调的途径来破坏肿瘤T reg细胞的尝试无疑将引起人们的兴趣。 特异性抑制甲羟戊酸途径的药物已经在临床上用于对抗心血管疾病。例如,他汀类药物是一类降低胆固醇的药物,自1980年代以来已被数百万人使用。确实,正在服用他汀类药物的肿瘤患者的死亡率较低-对于包括多发性骨髓瘤,食道癌和胰腺癌的癌症观察到这一发现。中断甲羟戊酸途径作为治疗癌症的想法正在得到支持,因为已经发现,与正常细胞相比,一些肿瘤细胞对在该途径下游产生的分子的需求增加。令人惊讶的是,推测T reg细胞可能有助于这些早期的临床观察。甲羟戊酸途径的抑制剂或GGPP介导的烯丙基化的抑制剂也许会在未来的抗癌治疗中发挥作用。 脂肪酸合酶在肿瘤T reg细胞功能中的关键作用是一个有趣的发现,因为其他研究表明,对乙酰辅酶A羧化酶1的抑制作用(该酶在同一途径中是脂肪酸合酶上游的一步)与Lim及其同事使用的相同的自身免疫性脑病小鼠模型,可增强T reg细胞的形成和功能。这些发现表明,通过中断SREBP依赖性脂肪酸合成来破坏T reg细胞功能的作用是上下文相关的。在肿瘤环境之外,破坏脂肪酸合酶没有作用,而抑制乙酰辅酶A羧化酶1实际上赋予了T reg细胞功能的好处。 Lim及其同事的研究具有超越癌症领域的意义。一种罕见的自身炎症性疾病,称为甲羟戊酸激酶缺乏症,是由编码甲羟戊酸激酶的基因,该酶在甲羟戊酸途径中起作用。人们认为该疾病是由蛋白质异戊烯基化缺陷引起的,但是对潜在病因缺乏清晰的机制理解,阻碍了开发有效治疗方法的努力。 Lim及其同事的证据提出了PD-1或T reg细胞是否可能与这种疾病有关的问题。这种可能性值得进一步调查。Lim等人的研究。强调需要了解代谢途径与免疫系统功能调节之间的关系。正如这项工作所显示的那样,这种见解在治疗癌症的努力中可能至关重要。 点击:查看更多生物学文章 查看更多医学文章 使用pdf文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:nature
2021-03-03 16:38:05
糖尿病患者的功能障碍、代谢和心血管健康:研究治疗新方向
查看上部分内容已有研究表明,脂质和支链氨基酸(BCAAs)在引起T2DM中胰岛素抵抗方面可能具有协同作用,但对它们对β细胞功能的影响知之甚少[ 127 ]。几个研究已经报道在肥胖和2型糖尿病[升高的血浆支链氨基酸128,129 ]。据报道,在啮齿动物中,BCAAs刺激胰岛素分泌并激活mTORC1,这与β细胞的质量和功能有关[ 130 ]。mTORC1的是自噬的负调节[ 131 ],和热量限制调制自噬,该过程已知调节脂质代谢[ 132,133,134,135]。有矛盾的报告,以人减肥后的BCAA水平的变化是否与本身或糖尿病状态[减肥134,135 ]。生长和分化因子15(GDF-15)涉及营养应激,并且在T2DM和CVD [升高136,137 ]。此外,成纤维细胞生长因子21(FGF-21)由肝脏分泌,并在胰腺中高表达。FGF-21强烈与肥胖症和2型糖尿病脂质和葡萄糖代谢[的调节器相关联138,139,140 ]。它选择性促进脂肪细胞中的葡萄糖摄取,从而促进TG存储在脂肪细胞和脂肪酸氧化在其它组织中[补充瘦素和脂联素的功能140,141,142]。FGF-21水平在2型糖尿病患者,可能暗示其功能[电阻117,138,143 ]。在啮齿动物中,FGF-21能刺激脂联素,其表现出神经酰胺酶活性,降解毒性神经酰胺和提高胰岛素敏感性[ 144,145,146 ]。此外,据报道FGF-21的肝表达,以增强细胞过程,导致脂肪组织[褐化147,148 ]。值得注意的是,褐色脂肪组织通过葡萄糖和脂质的氧化而有助于调节身体的新陈代谢和能量消耗,在女性中更为丰富[ 149]。此外,已经表明,在肥胖症中,FGF-21使VLDL-TG的吸收从白色脂肪组织转移到棕色脂肪组织[ 150 ]。有趣的是,发现FGF-21通过加速由CD36和LPL功能介导的脂肪组织摄取来调节小鼠肝脏VLDL-TG的分泌[ 150 ]。对细胞应激和分化的通用生物标记物的鉴定。将理解β细胞衰竭和在T2DM恢复的基本机制中的光的缺乏的β细胞特异性标志物功能障碍[有用136,138,139 ]。需要进一步的工作来了解GDF-15,FGF-21和BCAA与人类脂质代谢和β细胞功能有关的确切功能。6.胰腺内脂肪和胰腺形态尽管胰腺是糖尿病最重要的器官,但对它的研究仍然有限。胰腺的临床和观察研究自然集中在胰岛功能本身,而是腺泡细胞的内分泌功能相关性很少被认为是[ 151,152,153,154 ]。胰腺体积小在T2DM,与胰腺边界[显着不规则性155,156 ]。腺泡细胞质量反映了胰岛的总体积,胰岛和导管系统贡献了约5%。此外,胰腺的脂肪含量中度升高在T2DM [ 25,27,157 ],胰腺体积负相关[155 ]。最近,我们已经证实,胰腺内脂肪含量的正常化可通过最大β细胞容量的正常化恢复β细胞功能[ 158 ]。T2DM患者的死后胰腺研究表明,外分泌组织的纤维化与β细胞减少和α细胞质量增加有关[ 159 ]。在ZDF大鼠,脂肪替代腺泡细胞的发展成纤维化[ 160 ],可能导致胰岛和β细胞功能障碍[破坏153,160,161,162 ]。此外,衰老过程中老鼠的腺泡细胞转分化为脂肪细胞,这是通过c-Myc转录因子的表达调控的[ 163]。这些报告的腺泡细胞变化是与β细胞功能丧失相关还是继发于β细胞功能丧失是一个重要的问题。在T2DM发生过程中胰岛素分泌不足可能解释了由于胰岛素对胰腺组织缺乏营养作用而导致的胰腺体积萎缩[ 164 ]。值得注意的是,胰腺体积是在人1型糖尿病(T1DM)小时胰岛素分泌不存在[ 165,166 ]。在高浓度的胰岛素例如经验丰富的营养作用由下列一餐胰腺组织可能是相当大的[ 164,167 ]。胰岛素样生长因子1(IGF-1)水平低在T1DM,老化,和T2DM [ 168,169,170,171 ]。IGF-1受体与胰岛素受体具有高度同源性,并且胰岛素与IGF-1受体的交叉反应性在高胰岛素浓度下引起组织生长作用。T2DM中腺泡细胞量的损失可能与IGF-1和胰岛素的缺乏有关。需要进一步研究潜在的分子机制,尤其是IGF-1和c-Myc的作用,以了解胰腺形态与T2DM发病机制的相关性。据报道,在具有T2DM的人类供体的腺泡细胞中脂质滴更常见[ 86 ],而CD36脂肪酸转运蛋白的较高表达与胰岛素分泌不良有关[ 39 ]。最近,我们证明了T2DM的缓解和β细胞功能的恢复与胰腺形态的逐渐正常化有关(图3)[ 172 ]。去除多余脂肪后胰腺体积的增加表明,这可能是由于餐后胰岛素激增和其他因素引起的。胰腺组织的再生是已知的,这可以解释在糖尿病缓解期间观察到的胰腺体积增加[ 173]]。β细胞和腺泡细胞之间脂肪酸毒性作用的潜在机制是否相似尚需在人类中阐明。最终,这可以为维持β细胞功能并保持正常胰腺健康提供新策略。图3. 2型糖尿病缓解2年后胰腺形态和β细胞功能的恢复。代表应答者的胰腺形态的表面渲染图像(A),胰腺体积(B),分形维数(C)和最大胰岛素分泌(D),基线,5个月,12个月和24个月时与非糖尿病对照组相比。水平虚线表示非糖尿病对照的水平。与每个时间点的基线配对的数据表示为胰腺体积和分形维数的平均值(SD),以及胰岛素分泌的中位数(IQR)。*响应者与非糖尿病比较者组。†响应者vs基线。该图经《柳叶刀》杂志糖尿病和内分泌学[ 172 ]许可发表。7. T2DM的脂蛋白代谢和CVD风险患有T2DM面CVD的风险显着地增加,由于无序脂蛋白代谢[ 32,174,175 ]。历史上,动脉粥样硬化的风险归因于富含甘油三酸酯的VLDL的肝分泌增加,HDL胆固醇的减少以及致密的小LDL颗粒的增加[ 175 ]。然而,与传统使用的LDL胆固醇水平相比,ApoB被认为是确定CVD风险更有用的因素[ 176 ]。据报道,罹患T2DM的风险是由脂蛋白颗粒的大小决定的,而不是由脂质含量决定的,因此是由脂蛋白分泌和肝脏清除的动力学决定的[ 177]]。目前还增加了脂蛋白的影响(一),它被发现是心血管疾病[危险因素利息178,179 ]。载脂蛋白(载脂蛋白B / ApoE基因)是用于脂蛋白[装配和间隙重要50,180,181 ]。报道缺乏脂蛋白残余的清除可能与干扰经由载脂蛋白C-III [高肝表达的ApoB / ApoE基因受体的结合182,183 ]。但是,最近有报道说,ApoC-III可以促进LPL活性,而不受ApoE介导的脂蛋白清除的影响[ 184 ]。有矛盾的报告作为与ApoE的血浆水平是否可以预测CVD [ 185,186]。但是,应该认识到,并不是循环中的所有LDL颗粒都带有ApoE,因此ApoE的水平不一定反映整个脂蛋白群体的致动脉粥样硬化性质。载脂蛋白E基因和载脂蛋白C-III的多态性进行了报道,以增加发展中国家T2DM和心血管疾病,这需要进一步调查的风险[ 181,187 ]。此外,胰腺胰岛内ApoC-III的高表达导致小鼠β细胞衰竭[ 53 ]。因此,ApoC-III表达的下调可用作增强脂解,减少β细胞损伤和预防CVD风险的治疗靶标。女性有2型糖尿病的风险较低和心血管疾病比男性[ 13,14 ]。然而,一旦T2DM的发展,风险上升到男性[很高的水平188,189 ]。男性的VLDL-TG血浆水平高于女性[ 190 ],表明肝脂蛋白输出和清除率存在差异。足够的皮下脂肪储存能力可能可以安全清除女性肝脏输出的脂肪。但是,一旦这些存储区发炎或达到最大容量以安全存储多余的脂肪,女性尤其容易受到过多脂质的损害。女性瘦素和脂联素的含量较高与这些标志物在发生T2DM和CVD中的保护性一致[ 17,113,149 ]。欧洲糖尿病研究协会(EASD)和欧洲心脏病学会(ESC)的最新指南建议使用他汀类药物降低男女T2DM患者的脂质分布并预防CVD死亡率,尽管男女之间的潜在差异突出显示[ 191 ]。8.减肥后T2DM的缓解机制减肥的研究强调了对β细胞功能的多余脂肪可能有害影响25,26,27 ]。在T2DM,肝脂蛋白出口与高胰内脂肪蓄积和β细胞功能[损失有关的26,27,43 ]。减少了肝和胰腺内脂肪是糖尿病缓解与去除此代谢应激[的后恢复功能的β细胞的能力最终依赖性的先决条件27,43 ]。此外,还发现体重的增加和缓解的丧失与肝脏VLDL-TG的产生和血浆VLDL-TG浓度的大幅增加有关(图2)。)。这些数据与被提出来解释T2DM [病因和可逆性的“双循环”的假设一致28,192。从肝脏输出的脂蛋白中已知对β细胞有毒的棕榈酸的这种特定富集与对β细胞功能障碍的致病作用一致。体重减轻,脂蛋白出口,和重量的稳定性的程度是主要的预测因子缓解[ 43,193 ]。还需要其他研究减肥后长期维持体重的分子机制的研究。脂肪和骨骼肌活组织检查的RNA测序表明,酰基肉碱可以决定减肥后的体重恢复[ 194]。这一结果与我们最近发现的体重减轻和失去缓解期间VLDL-TG内棕榈酸增加的发现是一致的[ 43 ],也与CerS6依赖的C16:0神经酰胺对体重增加的调节功能相一致。小鼠[ 47 ]。总体而言,这些数据突出了未来治疗肥胖和T2DM的新颖方法。减肥手术长期以来可有效地使血糖正常化并实现T2DM的缓解[ 195 ]。我们已经表明,手术后糖尿病逆转的基本生理学与饮食减肥相同,并且与肝脏和胰腺中异位脂肪的去除有关[ 157 ]。的机制的一般相似性也已经报道由他人[ 196,197 ]。虽然在β细胞功能轻微改善手术后一周内发生,长期正常化需要更长的时间来从胰腺[去除多余油脂157,198]。手术后立即餐后胰高血糖素样肽1(GLP-1)的水平升高不太可能有助于观察到的空腹血浆葡萄糖快速正常化。这很可能是有关鉴于GLP-1水平没有饮食减肥后,尽管类似的血糖改善[更改手术程序本身,119,199 ]。与此相反,以下的膳食重量减轻的生长素释放肽的水平增加,但不肥胖治疗手术后[ 119,193,195 ]。两者合计,体重减轻后GLP-1和ghrelin均未引起糖尿病的缓解,这些激素水平的升高分别反映了对手术和饥饿影响的反调节机制。长期超负荷的营养导致β细胞的丧失分泌胰岛素的专业功能,去除脂毒性的环境会降低毒性脂质的吸收,恢复胰岛β细胞功能[ 22,28 ]。去除代谢应激以下体重减轻后β细胞功能的展示返回不与β细胞死亡或“细胞凋亡” [兼容10,24,98 ]。β细胞的再生是另一种过程,可以解释缓解后β细胞的恢复,据报道有些药物具有这种增殖作用。然而,β细胞复制或增殖的证据是缺乏成人[ 108,200,201]。适当的饮食对于DNL调节和代谢健康至关重要。包含碳水化合物的高电平的饮食是已知会增加DNL率,而生酮饮食具有相对的效果[ 202,203 ]。限制蛋氨酸的低热量饮食可延缓小鼠的糖尿病发展[ 204 ]。此外,限制BCAA可以改善小鼠和人类的代谢健康[ 205 ]。考虑到BCAA对β细胞的胰岛素分泌刺激作用[ 130 ],在肥胖症和T2DM中观察到的高水平的BCAAs可能表明有害的长期作用或对其功能的抵抗性类似于肥胖症中FGF-21的作用[ 128,129,138 ]。最近有报道说,限制BCAA会加重生酮作用,并引起小鼠线粒体的氧化功能障碍[ 206 ]。从理论上讲,生酮饮食可能是一种有用的方法,可以燃烧多余的卡路里并通过细胞利用较少的能量,尽管随机对照试验仅显示了较小的影响[ 207 ]。但是,应该进行更多的研究来评估这种极端饮食的不良代谢影响,包括高循环NEFA及其潜在的脂毒性作用[ 203 ]。β细胞工作量假说也已经提出以解释在β细胞量功能障碍和下降在T2DM [ 64,208 ]。这主要是基于对肥胖症中β细胞增加胰岛素分泌的最终需求,最终导致β细胞死亡或功能障碍。该假设还解释了在肥胖症和2型糖尿病患者中,β细胞增加体重的能力方面,亚洲人和白种人之间的种族差异。下面的减肥正好符合若的“脂毒性”的背景下讨论的工作量假说和功能障碍β细胞,而不是死亡[对糖尿病和胰岛β细胞功能的回归缓解最近的报告10,158]。限制热量摄入不仅可以减轻β细胞遇到的长期营养负担,还可以消除刺激物,从而产生过量的循环胰岛素。这在触发细胞过程中至关重要,该过程有利于能量的利用而不是通过脂肪生成基因的下调和肝脂质代谢的正常化来进行存储。进一步研究以了解减肥后β细胞恢复的确切机制对于持续缓解T2DM至关重要。9.研究胰腺和脂质介导的β细胞功能异常的新方向在正常生理条件下,棕榈酸能刺激β-细胞分泌在胰岛素[ 61,62,209 ]。然而,长期β细胞暴露于这种刺激作用会引起应力,这是脂肪毒性或β细胞功能障碍[的触发器23,59 ]。慢性刺激β细胞可能会通过改变肝脂蛋白代谢和脂肪组织生物学而间接导致β细胞功能障碍和CVD的发展。因此,健康的β细胞功能对于预防T2DM和维持正常的心血管健康至关重要[ 7]。从长远来看,目前增加胰岛素分泌的药物疗法(例如磺酰脲类)可能对β细胞有害。未来的治疗方法应以消除脂毒性环境为目标,从而支持β细胞恢复正常功能。在诊断为T2DM时,大多数β细胞(60–70%)已经丧失功能。虽然这一过程需要近十年,目前尚没有方法来T2DM现有的开发过程中的非侵入性评估胰腺的进行性恶化上升的血糖水平[的105,210 ]。我们的工作表明,β细胞和胰腺体积下降不全者与糖尿病病程[高水平的胰腺内脂肪和增加相关26,155。合理地推测,T2DM中胰腺形态异常是由引起β细胞功能异常(“脂毒性”)的相同机制驱动的,而肝DNL可能是引发因素[ 43]。]。DNL途径可以在T2DM进展期间的早期进行调节。尽管它已经被广泛接受,但用于解释β细胞功能异常的“脂毒性”假说尚未得到证实,特别是在人体研究中[ 57 ]。需要进一步的研究以鉴定潜在的毒性脂质种类或组合,并确定它们如何精确地诱导细胞功能障碍。进入人体胰腺组织至关重要,尤其是在利用先进的成像技术时[ 211]]。精确切割的胰腺切片上的先进成像质谱(IMS)技术对于胰岛附近胰组织内脂质种类的原位定位非常有用。在这方面,时间-飞行二次离子质谱(TOF-SIMS)系统可以在亚细胞分辨率[获得脂质物种的完整的个人资料很有用212,213 ]。它可用于确定脂肪细胞内部以及单个β细胞或腺泡细胞内脂质滴中脂质的化学结构。MALDI(TOF / TOF)成像也可用于脂质结合蛋白受体(CD36)的共定位[ 214]。IMS数据可通过高分辨率电子和共聚焦显微镜成像确认。流式细胞术成像,metabolimetry,和活细胞成像是互补技术,也可能是有用的[ 215,216,217 ]。另外,沿袭追踪研究可能会为鉴定胰腺组织内β细胞,α细胞和脂肪细胞的起源提供启发[ 218 ]。脂肪组织的过度扩张改变了脂肪细胞的生物学特性,降低了其脂肪因子的分泌能力。这种不健康的状况将激活促炎性巨噬细胞,后者会产生包括肿瘤坏死因子α(TNFα)和白介素6(IL-6)在内的炎性细胞因子[ 219]。可以检测出脂肪组织炎症早期迹象的非侵入性成像技术可用于评估脂肪储存的能力,将其作为发展T2DM和CVD的危险因素。此外,了解脂肪组织扩张的分子基础对于建模其功能至关重要。过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)是脂肪细胞成熟的转录调节子并介导这些细胞因子和胰岛素分泌[调节的功能的要素220,221 ]。发现脂环素5(PLIN5)是脂肪细胞的另一种转录调节因子,它以cAMP依赖性方式调节人和小鼠胰岛中的胰岛素分泌,并防止对β细胞的脂毒性损伤[ 222,223 ]。胰岛素过多分泌可能通过改变肝脂蛋白代谢并促进脂肪组织的不健康扩张而间接导致β细胞功能障碍并最终发展为CVD。需要人类和动物研究的结合,以了解脂质种类对β细胞功能的毒性以及上述转录因子对脂质代谢和β细胞存活的作用。最终,这可能会引领新策略的发展(图4),以预防和缓解T2DM(目前的钝器减肥方法除外)。需要通过开发新的体内成像技术来早期监测胰腺健康。此外,有毒脂质种类的定位对于通过开发先进的离体成像方法在细胞和亚细胞水平上了解潜在的机制至关重要。此外,在T2DM的发展过程中对脂蛋白和脂质相关部分的潜在氧化翻译后修饰的鉴定将为将来的先进靶向治疗打开新的窗口。图4. 开发用于治疗2型糖尿病的新疗法的新研究方向。T2DM:2型糖尿病;GDF-15:生长分化因子15;FGF-21:成纤维细胞生长因子21;C-myc:细胞性骨髓瘤病致癌基因;β细胞:β细胞;CD36:簇分化36;DNL:新生脂肪形成;ApoB:载脂蛋白B;ApoE:载脂蛋白E;ApoC-III:载脂蛋白C-III;LP(a):脂蛋白(a);VLDL-TG:极低密度脂蛋白甘油三酸酯;PPARγ:过氧化物酶体增殖物激活受体-γ;PLIN5:周磷脂5。10.结论胰腺是肝脂质的关键调节剂,健康的胰腺功能对于调节全身代谢至关重要。腺泡细胞量的减少和β细胞功能的丧失是与T2DM中胰腺内脂肪过多相关的两个主要病理过程。因此,早期的非侵入性诊断方法可用于维持胰腺健康,预防T2DM和相关的心血管并发症。“脂毒性”的经典定义不应该局限于脂肪酸的有害作用。它应该扩展到包括其他脂质种类的作用,包括与脂质相关的标志物和信号分子。尽管间接证明了T2DM中β细胞功能具有脂毒性作用,但仍需要更多工作来鉴定潜在毒性脂质物种的性质和功能。先进的原位成像在亚细胞分辨率下鉴定和共定位脂质物种将是无价的。通过使用中和抗体或配体可以减少或调节细胞对这些有毒产物的摄取,这将为开发新的治疗策略提供参考。例如,减轻T2DM的新治疗策略应集中在减肥后受到调控的关键病理生理途径上。有效的策略应首先减少过量的胰岛素并改变脂毒性环境。使用胰岛素分泌增强药物会增加剩余β细胞的代谢负担,可能导致不可逆的损害。值得注意的是,应将肝脂蛋白输出途径作为目标,以确保多余卡路里的安全储存。这可以通过饮食或药物手段,通过靶向关键调控元素(即DNL,ApoC-III,LPL)来实现。遗传,细胞和转化研究以及先进的体内成像和质谱技术将在未来增加我们对脂肪组织不健康扩张和β细胞功能障碍背后机制的了解。应该利用它来设计新颖的策略,以促进脂肪从异位部位转移出来并减少细胞对有毒脂质的暴露。在这方面,FGF-21在调节过量甘油三酸酯的摄取和脂肪组织的选择性扩张方面具有很大的作用,并且可能潜在地导致有吸引力的治疗选择。参考部分因文字数量限制无展示,可至原网站进搜索行查阅点击:查看更多医学文章 查看更多生物学文章 试用免费文章翻译功能 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2021-02-26 19:00:23
2型糖尿病患者的研究和新治疗策略的新方向
经过:艾哈迈德·阿尔·布拉比(Ahmad Al-Mrabeh)英国纽卡斯尔,纽卡斯尔NE2 4HH,磁共振中心,转化中心和临床研究所,医学科学学院学术编辑:Istvan Kovanecz生物医药 2021,9(2),226;收到:2020年12月31日/修订:2021年2月9日/接受:2021年2月17日/发布:2021年2月23日(本文属于《糖尿病并发症》:从病理生理学到新型治疗方法) 摘要:心血管疾病(CVD)仍然是2型糖尿病(T2DM)患者的主要问题,而血脂异常是这两种代谢疾病的主要驱动因素之一。在这篇综述中,在肝脂质代谢异常和心血管健康的背景下,讨论了T2DM中β细胞功能障碍和恢复的主要病理生理和分子机制。(i)在正常健康中,胰腺持续暴露于营养刺激下会增加对β细胞的需求。从长远来看,这不仅会给β细胞造成压力并降低其胰岛素分泌能力,而且还会减弱对胰岛素的细胞反应。(ii)在糖尿病前期,β细胞通过胰岛素的过度分泌来补偿胰岛素抵抗。这增加了压力β细胞的代谢负担,并改变了肝脂蛋白的代谢和脂肪组织的功能。(iii)如果不清除这种具有脂毒性的高胰岛素环境,则β细胞开始失去功能,并且由于较低的脂蛋白清除率,CVD风险会增加。(iv)一旦开发出来,T2DM可以通过减肥来逆转,这一过程最近被称为缓解。然而,卡路里限制导致脂蛋白代谢正常化并恢复β细胞功能的精确机制尚未完全建立。了解缓解期间β细胞衰竭和恢复的病理生理和分子基础对于减轻β细胞负担和功能丧失至关重要。这篇综述的目的是强调脂蛋白输出和T2DM中脂质驱动的β细胞功能障碍之间的联系,以及这与心血管健康的关系。第二个目的是了解减肥后β细胞恢复的机制,并探索新的研究领域,以开发出更有针对性的未来疗法来预防T2DM和相关的CVD事件。 关键词:2型糖尿病;脂蛋白代谢;β细胞功能障碍;脂毒性;脂肪组织;减肥;糖尿病缓解;心血管疾病;新疗法1.简介2型糖尿病(T2DM)已成为全球关注的问题。它影响到世界人口的4.25亿,并加倍在未来的几十年[预测1,2]。西方国家平均有10-15%的国家卫生预算用于管理T2DM及其并发症,包括心血管疾病(CVD),这是全球主要的死亡原因[3]。然而,现有的药物在控制这一流行病相对无效,且有迫切需要其他手段来管理T2DM和防止心血管疾病[发展4,5,6]。对于患有T2DM的人和科学家们来说,仍然困扰着的主要问题之一是:“即使我不像没有糖尿病的朋友那么重,我为什么也要开发T2DM?” 有许多因素影响该疾病的病理生理,包括体重,脂肪量,年龄,种族,性别,遗传因素和环境因素[7]。但是,这些因素中的大多数是可以改变的,并且在很大程度上由生活方式干预(包括饮食和体育锻炼)控制。虽然它被认为是一个危险因素,肥胖本身并不致病T2DM [的8,9]。众所周知,大多数超重人群不会患上T2DM [10]。这种“代谢健康”表型是通过以更高的皮下相关的等位基因遗传决定的,并降低异位脂肪沉积[11,12]。另一方面,正常体重的人可能由于皮下脂肪储存能力有限,并伴有胰腺内的胰岛素产生细胞(β细胞)对这些不良代谢状况的敏感性而患上了T2DM,而个人脂肪阈值的概念解释了这种现象[9]。皮下脂肪组织代谢允许良好耐受的脂肪储存,并且这可以部分解释为什么有些人在正常体重指数开发T2DM(BMI)[9,10]。事实上,妇女通常对T2DM和心血管事件较不敏感,并且在妇女大皮下脂肪面积可以提供过量的甘油三酯保护β细胞和其他易感组织免受过量脂质[的有害影响的存储安全区7,13,14]。对胰岛素或生存的不利的代谢条件β细胞的能力高需求期间相关于增加质量和功能的β细胞的能力的遗传因素应考虑[15,16]。动物研究工作支持的皮下脂肪和β细胞的易感性的遗传基础的有益效果,以增加的葡萄糖水平和脂肪酸在肥胖和2型糖尿病[17,18]。在脂肪营养不良的小鼠模型(A-ZIP / F-1)中,皮下脂肪的移植使肝脏脂肪水平恢复到正常并调节了血糖水平[19]。此外,对来自祖克糖尿病脂肪(ZDF)大鼠模型的分离胰岛的预融合研究表明,脂肪酸和葡萄糖的同时预融合在纯合大鼠中引起β细胞功能障碍,而在杂合同窝动物中则没有[18]。全基因组关联研究(GWAS)也强调了皮下脂肪在肥胖和2型糖尿病中的保护作用[12]。迄今为止,大多数在T2DM鉴定多态性的都涉及到β细胞分泌功能,而不是胰岛素函数本身[20,21]。但是,应该认识到,当前的研究确定了不到10%的遗传因素有望导致T2DM的病理生理,并且预计将来会发现更多的遗传基因座[15]。基于从糖尿病缓解期临床试验(直接)最近的证据的基础上,减肥治疗2型糖尿病,目前纳入英国国民保健系统(NHS),从而降低心血管疾病的风险[4,5]。然而,实现和维持体重减轻是困难的,并且需要强有力的动力和长期支持以坚持饮食条件并防止体重减轻。此外,这种方法并不适合所有人,包括那些体重正常的人。迫切需要开发更具针对性的T2DM缓解策略,而无需大量减轻体重。“脂毒性”是最广泛接受的假设来解释的β细胞功能障碍的基本机制在T2DM之一[16,22,23,24]。正常脂质体内平衡的维持是通过体内许多器官(包括肝脏,胰腺和脂肪组织)之间的串扰实现的。图1是可能与T2DM中胰腺功能有关的脂质相关因子的示意性假设表示。这篇综述概述并讨论了血脂异常和心血管健康的背景下T2DM中β细胞功能障碍和恢复的主要病理生理和分子机制。此外,它将突出显示新的领域,以供将来研究开发针对T2DM的新颖疗法。是否可以在早期阶段阻止脂蛋白递送的这些有毒脂肪酸和脂质中间体的β细胞摄取,以保护β细胞并最大化其存活率,这需要进行研究。图1. 2型糖尿病患者肝脏极低密度脂蛋白甘油三酸酯(VLDL-TG)出口与胰内脂肪相互作用的示意图。胰腺功能是通过内分泌和外分泌区室之间的协同作用来实现的。脂质代谢异常是影响整个胰腺结构和功能的代谢事件的驱动因素。每个彩色三角形的范围代表该参数的功能程度(灰色表示功能丧失)。脂质驱动的变化可能导致2型糖尿病(T2DM)β细胞功能异常和腺泡细胞质量下降,这可能与肝脏VLDL-TG的输出和胰腺内脂肪的增加有关。β细胞:Beta细胞;VLDL-TG:极低密度脂蛋白甘油三酸酯;FGF-21:成纤维细胞生长因子21;NEFA:非酯化脂肪酸;BCAAs:支链氨基酸;GDF-15:生长分化因子-15;GLP-1:胰高血糖素样肽1 ; C-myc:细胞性骨髓瘤病致癌基因;IFG-1:胰岛素样生长因子-1;DNL:新生脂肪形成;ApoE:载脂蛋白E,ApoC-III:载脂蛋白C-III;SAT:皮下脂肪组织;增值税:内脏脂肪组织。 2. T2DM的脂质代谢和病因改变过量的热量摄入和异位脂肪沉积是T2DM的病理生理学[主要决定因素25,26,27,28 ]。肥胖本身,定义为固定切断的身体质量指数的(BMI),是不致病因素[8,9],和超重的人患有糖尿病释放可具有与安全脂肪储存并[a“代谢健康”表型12,29]。另一方面,那些在较低BMI时患T2DM的人可能具有(i)有限的储存能力或紊乱的脂肪组织功能,(ii)对有毒脂质代谢产物的敏感性不同,以及(iii)在脂肪过程中未能适当增加β细胞的质量组织扩张和对胰岛素的需求增加[ 15,29,30 ]。在T2DM,脂质代谢异常,直接关系到极低密度脂蛋白(VLDL)由肝脏[生产过剩31,32,33 ]。这是通过转录因子激活脂肪生成基因,包括碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP基因)和固醇调节元件结合蛋白1C(SREBP1c),这是由葡萄糖和胰岛素,分别激活[表达加速34,35 ]。因此,肝脂肪酸从头合成(DNL)的发生率在T2DM大幅度上升下血糖和胰岛素[水平升高34,36,37]。肝功能对于通过脂蛋白中脂肪的输出(VLDL-TG)以及从循环中吸收游离脂肪酸的摄取来调节脂类代谢至关重要[31]。然而,这种机制在T2DM [障31,32]。由于肝脏无法维持脂肪吸收和输送之间的平衡,因此当皮下贮库无法容纳更多的甘油三酸酯时,多余的脂肪将被异位储存。因此,非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是常见的,并且直接参与T2DM [发病机制38,39,40,41]。过多的脂肪不仅会损害肝脏调节血糖水平的功能,还会溢出到其他异位部位,包括胰腺和肌肉,从而干扰β细胞功能和细胞胰岛素信号传导。使用磁共振成像(MRI)和脂肪乳输注技术,我们已经报道的肝脂肪和肝VLDL-TG生产T2DM主要增加升高的水平,并认为这是糖尿病的缓解后归一化[ 26,27,42 ](图2)。如果DNL是肝脂肪过多积聚和肝VLDL-TG产生的驱动因素,则有望在T2DM缓解期间减少,这可能是未来预防和缓解计划的目标。图2. 2型糖尿病缓解和复发期间脂质参数和β细胞功能的变化。从基线的变化在空腹血糖(甲),空腹血浆胰岛素(乙),肝脏脂肪(Ç),肝VLDL1-TG生产(d),空腹VLDL1-TG(É),总血浆甘油三酯(TGS)(˚F),5个月时的胰腺内脂肪(G)和β细胞功能(H)(应答者n = 38;复发者n= 13),12个月(分别为n= 28 /n= 13)和24个月(n= 20 /n= 13)。响应者以黑色实线表示,重复器以虚线表示。虚线是y值= 0时的网格线。显示了基线和每个时间点之间的配对数据。数据以平均值±SEM表示,除了第一阶段胰岛素(IQ范围的中位数)与复发者5个月的比较:*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。该图已获得许可[43]。 肝脏的另一重要功能是摄取和清除血液中的脂蛋白残留物,这是由富含甘油三酸酯的脂蛋白分解代谢产生的。这包括从循环中去除乳糜微粒残留物,中等密度脂蛋白颗粒(IDL)和高度动脉粥样硬化的低密度脂蛋白颗粒(LDL)。该过程由肝细胞上的某些受体介导,并受几种载脂蛋白(包括apoB,apoE和ApoC-III)的功能控制。因此,肝功能是CVD的主要决定因素。的重量损失如何逆转脂肪肝和实现的基本机制糖尿病的缓解在很大程度上仍然不清楚[ 10,27,43]。从啮齿类动物的研究最近数据肝蛋白质的ε同种型的激活突出显示的二酰基甘油(DAG)的作用激酶C(PKCε),这损害胰岛素的功能,并且报告重量损失来逆转该过程[ 44,45,46 ]。另外,长链的饱和脂肪酸也有报道激活Toll样受体4(TLR-4)和产生有毒的神经酰胺抑制胰岛素信号[ 46,47,48 ]。胰岛素是脂质代谢的主要调节剂。已知通过抑制激素敏感性脂肪酶(HSL)的功能来抑制脂解以维持非酯化脂肪酸(NEFA)的水平[ 49 ]。胰岛素通过下调ApoC-III和微粒体甘油三酸酯转移蛋白(MTP)的转录间接地调节肝VLDL的产生[ 50 ]。它也是转录因子叉头框蛋白(FoxO1的),其除了糖异生的调节上调载脂蛋白C-III和MTP的表达的调节剂,并由此由肝脏[增强脂化和VLDL分泌51,5]。小鼠β细胞中ApoC-III的表达受损胰岛素分泌[ 53],而FoxO1表达保护β细胞免受不良代谢条件的影响[54]。此外,原蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶kexin 9型(PCSK9)可能对T2DM的脂质代谢和β细胞功能有影响,并且使用抗PCSK9单克隆抗体可能在将来预防新发糖尿病。目前缺乏[55]。T2DM中的β细胞功能异常是毒性脂质的结果还是与β细胞自身或其他器官产生的其他效应蛋白有关仍是一个悬而未决的问题,这是目前研究的一个活跃领域。肥胖和T2DM中已知缺氧和氧化应激[ 56]。这种新的氧化还原环境可能是改变脂蛋白代谢和反应性脂质种类生成的起始因素,继而改变了脂肪组织的功能和β细胞的生物学特性,以在这些脂毒性条件下生存。因此,在糖尿病的发展和缓解期间对脂蛋白和相关脂质产品的生化变化的研究可能会为新的治疗目标指明道路。在这方面,使用先进的质谱技术进行的蛋白质组学和代谢组学研究将揭示脂蛋白和脂质相关分子的生物化学和功能的潜在变化。 3.脂质毒性和β细胞功能障碍β细胞功能的丧失是T2DM发病机理的关键因素。尽管对术语的争论,“脂毒性”仍然是最被广泛接受的假说来解释β细胞功能障碍的2型糖尿病[16,23,24,57]。本文旨在对脂质对胰腺和β细胞功能的不良影响的证据进行综述,但未详细涵盖“脂毒性”或“糖毒性”。有关更详细的信息,最近的其它评论覆盖细胞和分子水平[话题16,23,24,58,59,60]。在正常生理条件下,脂肪酸是已知的,从胰β细胞[刺激胰岛素分泌61,62]。因此,饱和脂肪酸是现代饮食的主要组成部分,可能是基础胰岛素过多的诱因。反过来,这允许包括胰岛素抵抗,NAFLD和血脂异常在内的一系列主要代谢异常[59]。各种假说解释在T2DMβ细胞功能的糖脂毒性效应已经假定,包括细胞凋亡,内质网(ER)应激,氧化应激,炎症,线粒体功能障碍,自体吞噬和去分化[16,22,23,63,64]。然而,如何毒性脂质可诱导应力和β细胞的功能障碍,最终的精确机制仍然极为重要要建立[7,22]。关于“脂毒性”的大多数可用数据基于对β细胞系或分离的胰岛的体外研究,并且大多数证实了棕榈酸酯在与高浓度β细胞孵育时对ER应激或细胞凋亡的有害作用[65,66]。与任一油酸(C18:1)组合:β细胞与棕榈酸(0 C16)一起温育或花生四烯酸(C20:4)防止了诱导单独棕榈酸[所述细胞损伤65,67,68]。在另一方面,孵育β细胞与花生四烯酸增强β细胞增殖和在培养的细胞系和β细胞[胰岛素分泌增加67,68]。重要的是要考虑到所有这些体外研究都使用了生理条件下不会遇到的高浓度脂肪酸,因此,尚无具体的体内证据证明所提议的脂肪酸对人的脂毒性作用[57]。在生理条件下,β细胞会暴露于包括葡萄糖,脂肪酸和氨基酸在内的多种营养物质的混合物中,因此Prentki等人最近提出了“营养压力”一词。比“脂毒性”或“糖脂毒性”更合适[23]。据报道,脂肪酸基于脂肪酰基链中的碳数和饱和度而导致β细胞功能障碍。饱和脂肪酸与长链(即,C16:0棕榈酸)已经报道了诱导细胞死亡或细胞凋亡,而不饱和脂肪酸(即,C18:1油酸)也相反的作用[59,60,68,69]。在支撑这些细胞的研究结果的,它已经证明,棕榈酸诱导ER应力是由硬脂酰基-CoA去饱和酶和ELOVL6的表达在啮齿动物中调制的[70,71]。在β细胞脂毒性体内工作在30年前被率先由Roger H. Unger的在啮齿类动物中[18,72]。在ZDF大鼠中,胰岛的甘油三酸酯含量在T2DM发生期间,高血糖发生发生前几周增加了10倍,并且与循环脂肪酸密切相关。另外,胰岛脂肪的这种增加与缺乏葡萄糖刺激的胰岛素分泌和β细胞的GLUT-2的低表达有关[18]。使用相同的模型,发现在年长的动物中输注脂质和葡萄糖会降低β细胞功能,而在年幼的动物中则不会[73]]。但是,重要的是要考虑脂质体内主要含有不饱和脂肪酸,据报道该不饱和脂肪酸对β细胞没有毒性作用。的脂肪酸脂毒性作用的证据是在人类不太显著,虽然有关于血糖的2型糖尿病的协同作用和脂肪酸对β细胞功能障碍[总协议23,57,74]。细胞在葡萄糖和脂肪酸代谢之间切换的“代谢僵硬性”是众所周知的[75],这得到了我们最近的间接量热数据的支持,该数据显示脂质氧化的减少伴随着T2DM缓解后葡萄糖氧化的增加[27]。它最近报道,棕榈酸不是在啮齿类动物中[有效燃料β细胞76,77],这可能部分解释了T2DM中的β细胞功能异常。一些观察和脂质输液研究报告NEFA和人类的胰岛β细胞功能之间的关联,而其他没有发现这样的证据[23,57,78,79,80]。有趣的是,使用正电子发射断层扫描(PET),研究人员发现,与正常体重对照组相比,肥胖个体中胰腺摄取的脂肪酸更高,这与葡萄糖摄取和血流量降低有关,与β标记物负相关-细胞功能[81]。要认识到的NEFA区域一级是胰岛素的严密控制之下是很重要的,而这通常是由脂肪组织胰腺[肝脏之间的串扰,以及调节49,82]。另外,循环NEFA只能使胰腺遇到的一部分脂肪酸发生,血液中NEFA的浓度很低[83]。β细胞摄取脂肪酸还有其他几种来源。(I)脂蛋白脂肪酶(LPL)以及因此从循环甘油三酸酯中摄取可以调节β细胞功能[84]。(II)脂肪细胞浸润在靠近在T2DM胰岛和甘油三酯含量的水解是对β细胞[脂肪酸的其它来源65,85]。(III)在T2DM中发现了β细胞内脂质滴的形成[86],并且以高脂肪饮食喂养小鼠后,β细胞中HSL的高表达降低了胰岛素分泌,这与甘油三酸酯的积累较低有关与野生型小鼠相比,转基因小鼠的胰岛内[87]。此外,毒性脂质中间体从脂肪酸包括二酰基和神经酰胺酸代谢被证实造成损害胰岛素信号的肝细胞和心肌细胞内[衍生88,89],但较少有人知道这种毒性代谢物如何影响β细胞[7,57]。因此,血浆NEFA与β细胞功能障碍之间缺乏相关性,并未提供针对脂质对β细胞功能的脂毒性作用的证据。早先的研究声称,细胞凋亡可在T2DM [解释在β细胞量和功能丧失64,90,91,92]。但是,无论从动物或人类研究[以支持β细胞死亡没有有力的证据23,30,93]。在另一方面,专业β细胞表型(去分化)的损失可通过糖脂毒性[说明63,94,95,96,97],这是最可能的机制后解释β细胞功能的返回T2DM [缓解10,98]。下的多余的脂肪和最终葡萄糖代谢的条件下,一些β细胞失去它们的身份成为胰高血糖素产生α-细胞[96,99]。决定性的数据证实β细胞去分化是有限的,特别是在人类中[63,96]。需要更多的工作来确认去分化/再分化是否是T2DM中β细胞功能障碍和恢复的主要潜在分子机制。4.脂蛋白输出与β细胞功能障碍之间的联系是否有明确证据表明脂蛋白输出与β细胞的“脂毒性”或功能障碍之间存在联系?“双周期”假说假设肝脂蛋白输出是将多余的脂肪输送到胰腺并最终导致β细胞功能障碍的上游途径[28]。然而,到目前为止,尚无直接证据支持VLDL-TG出口是胰腺内脂肪堆积的来源这一观点,这仍然是一个假设(图1)。间接地,我们已经表明,糖尿病的缓解与肝脏VLDL-TG的输出下降有关,而回到糖尿病状态与血浆VLDL-TG的水平升高有关[43]。由β细胞VLDL颗粒的直接摄取报道在人类,并且在小鼠和受影响胰岛素分泌[发现β细胞内LPL的表达84,100]。与表达LDL受体的小鼠相比,从缺乏LDL受体的小鼠中分离出的胰岛显示出更低的LDL摄取和更高的存活率[101]。此外,据报道,LPL在胰岛的毛细血管中表达,这确保了餐后脂肪酸从乳糜微粒向β细胞的转运[83]。胰腺胰岛内ApoC-III的局部表达已导致小鼠β细胞衰竭[53]。相比之下,发现高密度脂蛋白(HDL)在β细胞中的表达对内质网应激具有保护作用[102]。在靠近高胰内脂肪含量和脂肪细胞浸润的胰岛在T2DM [是已知的65,103]。最近,我们已经证明肝脏脂肪含量和肝VLD-TG出口的正常化与VLDL-TG的棕榈酸成分的下降有关,VLDL-TG是将脂肪输送到包括胰腺在内的周围组织的途径[43]。这种脂肪酸是DNL的强制性产物,是高浓度和长时间暴露于β细胞的毒性最高的脂肪酸[69]。有趣的是,发现糖尿病复发期间β细胞功能的丧失与VLDL-TG血浆水平升高,富含棕榈酸的血浆水平升高以及胰内脂肪水平升高相关(图2)。尽管有证据表明有毒脂质在NAFLD发病机理中的作用,但关于对人β细胞的这种作用的数据有限[57]。这主要是由于接近人类胰腺组织的机会有限。与肝脏不同,胰腺活检是一个非常侵入性的过程,在临床实践中不可行。人类的可用数据来源于在手术过程中从死后捐献的器官和切除的组织中收集的胰腺样本,这不是理想的条件,可能部分解释了相互矛盾的报道[104]。由于这些障碍,迫切需要开发非侵入性成像技术来研究体内β细胞,并且目前正在开发使用安全示踪剂的新型PET-MRI方法[105]。人们已经知道了很长时间的是胰岛的生物学和结构在人和啮齿动物不同,这反映在β细胞的适应不良代谢条件[能力106,107,108 ]。因此,最近的工作应集中在人类研究上,考虑物种之间的这些主要差异。来自人类胰岛的最新RNA测序数据表明,饱和脂肪酸诱导的β细胞应激独立于主要的炎症途径[109]。最近的一项研究报告说,簇分化36(CD36)受体的更高表达与肥胖捐赠者患有T2DM的β细胞中胰岛素分泌缺陷有关[110]。CD36是一种转运蛋白,可决定β细胞对脂肪酸的摄取,并且可能是阻断这些有毒脂质产物对β细胞摄取的潜在靶标。此外,发现该CD36受体位于人β细胞的胰岛素颗粒上,并可以控制脂肪酸对胰岛素分泌的刺激[111]。需要进一步的工作来鉴定潜在的毒性脂质种类及其对β细胞功能的毒性作用的潜在机制,从而为T2DM的替代治疗提供依据。5.脂肪因子和脂质相关标记肝脏,胰腺和脂肪组织之间的高度协调可维持人类的脂质稳态。尽管人们长期以来一直认为它是储藏库,但是在发现瘦素和脂联素之后,近年来脂肪组织的代谢功能引起了更多关注[112]。因此,在讨论β细胞功能障碍,T2DM和CVD时应考虑脂肪组织的功能。瘦素主要由脂肪细胞产生,血浆水平反映了人体总脂肪量。因此,瘦素水平在女性中总是高于男性在任何给定BMI [113,114]。瘦素调节脂肪储存以及食欲和已经与两个葡萄糖和降脂作用相关[18,19,20]。脂连蛋白,脂肪细胞的另一来源的激素,具有抗糖尿病作用[21,22]。与瘦素相反,脂联素水平与肥胖呈负相关[23]。的血浆瘦蛋白与脂联素比率被认为atherogenicity在T2DM [标记115,116]。已知的是,瘦素水平在肥胖和2型糖尿病,和耐升高的瘦素作用已被广泛接受[117,118]。膳食重量损失已经报道了在瘦素原因减少和增加在脂连蛋白水平[119,120,121,122]。脂肪组织中的炎症很可能是多余脂肪堆积的结果。但是,炎症细胞因子在脂肪组织生物学中的作用尚不确定。是否炎性细胞因子促进β细胞功能障碍和心血管疾病的发展需要进一步调查,这超出了本审查[的范围123,124 ]。的低度炎症被认为与相关联的C16:0神经酰胺,以及此脂质种类的降低血浆水平被报告为对于T2DM的电位疗法[125,126]。然而,发现饱和脂肪酸诱导β细胞独立的主要炎症途径[的ER应激30,31]。点击:查看文章剩下部分 查看更多医学文章 查看更多生物学文章 使用专业文章翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-02-26 18:35:50
人类呼吸道病毒的广谱抑制剂-Thapsigargin
Thapsigargin是主要人类呼吸道病毒的广谱抑制剂:冠状病毒,呼吸道合胞病毒和A型流感病毒 经过: 莎拉·贝塔吉(Sarah Al-Beltagi)克里斯蒂安·亚历山德鲁·普雷达利亚·古尔丁乔·詹姆斯Pu娟保罗·斯金纳江志敏王琳琳杨佳云阿什利C.肯尼斯·梅利兹帕维尔·格什科维奇(Pavel Gershkovich) 6,克里斯托弗·J·海斯乔纳森·阮·范·塔姆伊恩·布朗刘金华和张建洲1.诺丁汉大学动物医学与科学学院,萨顿·博宁顿,诺丁汉LE12 5RD,英国2.英国沃金GU24 0NF,Pirbright,Ash Road,Pirbright学院3.英国Addlestone KT15 3NB,Woodham Lane的Weybridge,动植物卫生局(APHA)4.中国农业大学动物医学院,农业部动物流行病学重点实验室,北京圆明园西路2号,北京1001935.英国诺丁汉萨顿博宁顿诺丁汉大学生物科学学院,LE12 5RD,英国6.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学药学院NG7 2RD,英国7.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学化学学院NG7 2RD,英国8.英国诺丁汉大学公园诺丁汉大学医学院NG7 2RD*应与之联系的作者。这些作者为这项工作做出了同等的贡献。 摘要:SARS-CoV-2和其他主要呼吸道病毒的长期控制策略除了明智使用有效疫苗外,还需要包括抗病毒药以治疗急性感染。虽然正在为大规模疫苗接种推出COVID-19疫苗,但针对任何疾病使用或开发的适量抗病毒药物证明了抗病毒开发的挑战。我们最近发现,无毒的毒胡萝卜素(TG)是肌腱蛋白/内质网(ER)Ca2 + ATPase泵的抑制剂,可诱导有效的宿主先天免疫抗病毒反应,从而阻止甲型流感病毒的复制。在这里,我们显示TG还可以在永生或原代人细胞中阻断呼吸道合胞病毒(RSV),普通感冒冠状病毒OC43,SARS-CoV-2和A型流感病毒的复制。 TG的抗病毒性能在抑制OC43和RSV方面显着优于瑞贝昔韦和利巴韦林。值得注意的是,TG在合并感染中对冠状病毒(OC43和SARS-CoV-2)和流感病毒(苏联H1N1和pdm 2009 H1N1)的抑制作用相同。酸稳定TG的感染后口服管饲法可保护小鼠免于致命的流感病毒攻击。结合其在主动感染之前或期间抑制不同病毒的能力,以及在TG暴露后至少48小时的抗病毒持续时间,我们建议TG(或其衍生物)是有希望的广谱抗SARS-CoV抑制剂-2,OC43,RSV和流感病毒。 关键字:毒胡萝卜素;抑制剂抗病毒物质; SARS-CoV-2;冠状病毒OC43;呼吸道合胞病毒;流感病毒广谱先天免疫;老鼠;瑞地昔韦利巴韦林;奥司他韦 1. 介绍在COVID-19大流行中,针对大规模疫苗接种的有效疫苗的需求从未如此大,以控制和预防可导致医院不堪重负的猖ramp的发病率,死亡率和激增的临床病例。 COVID-19是由一种新型冠状病毒引起的,该冠状病毒被称为严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2),一种包膜的阳性单链RNA病毒[1]。尽管现在正在部署COVID-19疫苗,但根除是不切实际的,并且对有效抑制SARS-CoV-2抗病毒药[2,3]的平行需求存在着并行的需求,以抑制患者体内主动病毒复制以逆转病毒进程。考虑到并不是所有的疫苗都可以在随后的感染中预防病毒的脱落,因此抗病毒药也可以用来降低人群中传播的总体病毒水平,从而减少其传播。针对任何传染病使用或开发的抗病毒药物数量很少,证明了抗病毒药物开发的实际挑战。特别是对于呼吸道病毒,通常遇到的主要障碍是病毒突变抗性的出现,这种突变抗性源于直接针对病毒特定部分的普遍采用的策略。甲型流感病毒的N1部分对病毒神经氨酸酶抑制剂奥司他韦的耐药性日益引起人们的关注[4,5]。人们对令人担忧的是对新近引入的针对病毒PA蛋白的流感抗病毒药baloxavir marboxil的耐药性不断提高[6];甲型流感病毒的PB1基因中的突变很容易赋予对新型核苷类似物抗病毒药物favipiravir的耐药性[7]。可以潜在地规避病毒突变挑战的另一种抗病毒设计方法是,在早期感染期间调节通用的宿主固有免疫反应,以充分破坏病毒复制,从而建立获得性免疫(抗体和细胞介导的)。这种新颖的以宿主为中心的抗病毒方法可以具有抑制不同类型病毒的额外好处[8]。鉴于表现出不同病因的急性呼吸道病毒感染在临床表现上是无法区分的,因此可以同时针对不同病毒类型的广谱以宿主为中心的抗病毒药可能会大大改变临床管理。除了目前的SARS-CoV-2大流行外,甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒(RSV)仍然是造成人类呼吸道病毒感染的重要因素。流感病毒是包膜的负义分段单链RNA病毒,每年在全球范围内导致多达65万例死亡,并且是造成先前大流行的原因[9]。 RSV是一种包膜的负义单链RNA病毒,是幼儿和老年人急性下呼吸道感染的主要原因,与5岁以下儿童的院内死亡48,000–74,500相关,其中99%在发展中国家发生的死亡[10,11]。虽然在甲型流感病毒感染中使用抗病毒药可能会受到病毒抗药性的阻碍,但仅批准使用抗RSV的化学抗病毒药利巴韦林仅限于婴儿的严重感染[5,12]。我们最近显示,毒胡萝卜素(TG)是肌浆网/内质网(ER)Ca2 + ATPase泵的抑制剂[13],在纳摩尔非细胞毒性水平上诱导了有效的宿主抗病毒应答,从而阻断了甲型流感病毒的复制[14]。TG诱导的ER应激未折叠蛋白反应(UPR)似乎是激活宿主抗病毒防御下游谱的主要驱动力。在这里,我们显示TG实际上是一种以宿主为中心的广谱抑制剂,在永生或原代人类细胞中,可有效阻断RSV,普通感冒冠状病毒OC43,SARS-CoV-2和A型流感病毒的复制。我们还确定,胃中发现的TG是低pH稳定的,从一次引发起就能够快速诱导持续至少48小时的有效抗病毒状态,并且在小鼠口服后可在小鼠体内进行治疗性保护(体内)感染,应对致命的流感病毒挑战。 2. 材料和方法2.1. 细胞和病毒原代正常人支气管上皮细胞(NHBE)和支气管上皮生长培养基由Promocell(德国海德堡)提供。在添加了10%胎牛血清(FCS)的DMEM-Glutamax中培养无限增殖的新生猪气管上皮(NPTr)细胞[15],HEp2细胞,MRC5细胞,A549细胞,Calu-3细胞,Vero E6细胞和MDCK细胞。100 U / mL青霉素-链霉素(P/S)(Gibco,ThermoFisher Scientific,佩斯利,英国)。通过DEFRA分离出的人RSV(A2株,ATCC VR-1540),苏联H1N1(A / USSR / 77),PR8 / H1N1(A / PR8 / 1934)和pdm H1N1病毒(A / Swine / England / 1353/2009)这项研究使用了SwIV监视程序SV3401)。还使用了人冠状病毒OC43(OC43)和SARS-CoV-2病毒(2019-nCoV /意大利-INMI1株,从EVAg获得的进化枝V(008V-03893)),后者的完整序列已提交给GenBank(SARS-CoV- 2 / INMI1-Isolate / 2020 /意大利:MT066156),并且可以在GISAID网站上找到(betaCoV /意大利/ INMI1-isl / 2020:EPI_ISL_410545)。 2.2. 细胞活力测定根据制造商的说明,使用CellTiter-Glo发光细胞活力测定试剂盒或CellTiter-Glo 2.0细胞活力测定试剂盒(Promega,麦迪逊,威斯康星州,美国)确定细胞活力。 2.3. 细胞化学启动根据制造商的建议,将TG(美国密苏里州圣路易斯的默克公司)和瑞德昔韦(德国慕尼黑的Selleckchem公司)溶解在DMSO中,而利巴韦林和羟氯喹(默克公司)按照制造商的建议溶解在水中。化合物的抗病毒方案对细胞活力没有可检测到的不利影响。通常,除非另有说明,否则在感染前将细胞在适当的细胞培养基中稀释的所示化合物中孵育(稀释30分钟内使用),然后孵育30分钟,然后用PBS洗涤3次并用所示病毒感染(感染前启动)。或者,首先将细胞感染指定的时间,然后将化合物灌注30分钟,然后继续进行感染培养(感染后灌注)。细胞的所有TG引发仅持续30分钟,然后根据特定实验用PBS洗涤并进行下游培养。2.4. RSV感染和子代病毒定量HEp-2细胞,A549细胞和NHBE细胞根据24小时噬斑测定,在补充2%FCS的DMEM-Glutamax中以指定的RSV感染复数(MOI)感染48或72小时,收集的离心上清液用于噬菌斑测定或RT-qPCR的病毒拷贝数进行定量(请参见2.6节)。以前已经描述了通过噬斑分析对HEp2细胞进行RSV滴定[16]。简而言之,将感染细胞上清液的连续稀释液(一式三份)连续感染24小时的HEp2细胞固定在丙酮:甲醇(1:1)中,并使用小鼠抗RSV(2F7)抗体(1:1000)进行免疫染色(Abcam (英国剑桥)。2.5. 流感和冠状病毒的单一和共感染,以及子代病毒的定量甲型流感病毒感染需要无血清培养基和胰蛋白酶。 NPTr细胞和A549细胞的感染培养基是Opti-MEM I(Gibco),辅以100 U / mL P / S,2 mM谷氨酰胺和200 ng / mLL-1-甲苯磺酰胺-2-苯乙基氯甲基酮( TPCK)胰蛋白酶(Sigma-Aldrich)。根据病灶形成试验(FFA),将特定的流感病毒MOI在感染培养基中感染细胞2到3 h,然后用PBS洗涤3次,并在新鲜感染培养基中孵育24天如图所示,持续72小时。收集纺丝上清液用于通过6 hFFA,50%组织培养物感染剂量(TCID50)或通过RT-qPCR的病毒拷贝数对子代病毒进行定量。以前已经描述了通过FFA滴定流感病毒[14]。在添加100 U/ mLP / S,2 mM谷氨酰胺和100 ng / mL TPCK胰蛋白酶的Opti-MEM I中,将A549细胞和MRC5细胞用指定的MOIOC43(基于FFA)感染OC43 3小时。用PBS洗涤3次,并在新鲜的感染培养基中孵育长达72小时。对用OC43和苏联H1N1病毒共感染的A549细胞进行了相似的处理。收集纺丝上清液用于通过FFA定量子代病毒或通过RT-qPCR定量病毒拷贝数。 在指示的MOI上,以TCID50为基础,用SARS-CoV-2将Calu-3,NHBE和Vero E6细胞感染,在补充有100U/mLP/ S,2 mM谷氨酰胺和100ng的Opti-MEMI中感染3 h。如图所示,将1mL / mL TPCK胰蛋白酶,随后在PBS中洗涤3次,并在新鲜的感染培养基中孵育总计长达72小时。对被pdm H1N1病毒和SARS-CoV-2病毒共感染的Calu-3细胞进行了相似的处理。收集纺丝上清液用于通过TCID50定量子代病毒或通过RT-qPCR定量病毒拷贝数。以96孔板形式进行TCID50滴定,以定量SARS-CoV-2和A型流感病毒,最少重复四次。在生长培养基DMEM(Gibco)中对每个样品进行十倍稀释。然后,将50µL稀释样品分别添加到MDCK和VeroE6细胞中用于流感和SARS-CoV-2滴定,并在37°C下孵育1 h。然后将培养基换成200 µL DMEM(补充200ng /mL TPCK胰蛋白酶用于流感滴定),并在37℃下孵育5天。在显微镜下评估每个孔的细胞病变作用。使用Spearman-Karber方法以TCID50计算病毒滴度[17,18]。检测限为5.62 TCID50 / mL。2.6. RNA制备和实时RT-PCRRNeasy Plus Minikit(Qiagen,希尔登,德国)用于从细胞中提取总RNA。使用Superscript III First Strand合成试剂盒(ThermoFisher Scientific)从1 µg总RNA合成cDNA。用LightCycler 96仪器(Roche,Basel,Switzerland)进行宿主基因的表达。基因表达的计算基于比较的Ct方法,已标准化为18S核糖体RNA。 HSPA5(FH1_HSPA5和RH1_HSPA5),HSP90B1(FH1_HSP90B1和RH1_HSP90B1)和DDIT3(FH1_DDIT3和RH1-DDIT3)的人ER应力引物;和人类IFNB1引物(FH1_IFNB1和RH1_IFNB1),OAS1引物(FH1_OAS1和RH1_OAS1)和RNASEL引物(FH1_RNASEL1和RH1_RNASEL1)是预先设计的Sigma-Aldrich。使用PrimerExpress 3.0.1(ThermoFisher Scientific)设计了其他引物(由Sigma-Aldrich合成),并在表1中显示。QIAamp病毒RNA试剂盒(Qiagen)用于从离心细胞培养上清液中提取病毒RNA。使用QIAGEN OneStepRT-PCR KIT进行一步实时qPCR,以定量相对病毒拷贝数。 表1.引物序列。 基因没有第一(5d – 3d)反义引物(5j–3j)18S核糖体RNA(通用)ACGGCTACCACATCCAAGGACCAATTACAGGGCCTCG-AAA F基因(RSV)CAAGAACTGACAGAGGATGGTACTGCATGTTTCAGCTTGTGGGAAGAL基因(RSV)AACACTTATCCTTCTTTGTTGGAACTTAGCAACCGAAACTCACGATAGAAAM基因(RSV)ACTCAAGAAGTGCAGTGCTAGCAAAGGACACATTAGCGCATATGGTRIG-I(人类)GAAGGCATTGACATTGCACAGTTGGTTTGGATCATTTTGATGACAM基因(苏联H1N1)AGATGAGCCTTCTAACCGAGGTCGTGCAAAAACATCTTCAA-GTCTCTGM基因(pdm H1N1)AGATGAGTCTTCTAACCGAGGTCGTGCAAAGACACTTTCCA-GTCTCTGOrf1ab(SARS-CoV-2)CCGATCATCAGCACATCTAGGTTGACAAGGCTCTCCATCT-TACCTTTOrf1ab(OC43)GCCAGGGACGTGTTGTATCCTTGATCTTCGACATTGTGACCTATG 2.7. 蛋白质印迹使用放射免疫沉淀测定(RIPA)缓冲液(圣克鲁斯,达拉斯,美国德克萨斯州)补充1%苯基甲基磺酰氟(PMSF)(圣克鲁斯),1%抑制剂混合物和1%原钒酸钠,裂解细胞,并通过Bio-RAD蛋白质测定法(Bio-Rad,Hercules,CA,USA)测量蛋白质浓度。一抗是1:500稀释的山羊抗甲型流感A1(Abcam,ab20910),小鼠抗甲型M2克隆14C2(1:1000)(Invitrogen,MA1082),山羊抗甲型流感病毒多克隆抗体以1:2000的稀释度(Abcam,ab155877),小鼠抗冠状病毒抗体OC-43株,克隆541–8F处于1:1000(Sigma-Aldrich,MAB9012)和小鼠抗β-肌动蛋白克隆AC- 74处于1:5000(Sigma-Aldrich,A2228)。合适的物种特异性二抗是过氧化物酶偶联的(Abcam),用于化学发光检测(Amersham ECL Western Blotting Detection Reagent,美国马萨诸塞州马尔伯勒)。2.8. 干扰素-β(IFNβ)ELISA通过酶联免疫吸附测定(ELISA)定量细胞培养上清液中的IFNβ分泌。 IFNβELISA(人类IFN-βQuantikine ELISA试剂盒,美国明尼苏达州明尼阿波利斯市Bio-Techne)按照制造商的说明进行。样品进行三次重复分析。2.9. 小鼠流感病毒挑战为了评估TG在感染过程中(即感染后)的抗病毒效力,并与体内奥司他韦进行比较,将6至8周龄的BALB / c小鼠(雌性)分为两组,以确定感染后存活率(每个治疗组n = 8)和子代病毒产生(每个治疗组n = 8)。小鼠经鼻内感染了3个MLD50的PR8/H1N1病毒。感染后十二小时,每天通过管饲法口服TG(1.5 µg / kg /天),奥司他韦(45 mg / kg /天)或PBS + DMSO(PBS-DMSO对照中DMSO的百分率与其他治疗相当)天。在感染后第3和5天,收集每组四只小鼠的肺以进行病毒滴定。通过TCID50分析,对接种了10倍连续稀释的均质化肺组织的MDCK细胞进行病毒滴定,并在37°C下孵育72小时。 TCID50值是根据Reed–Muench方法[19]计算的。 2.10. 量化与统计分析使用GraphPad Prism 7和图例中描述的统计方法进行统计分析。 p值<0.05被认为是显着的,并表示为* p <0.05,** p <0.01,*** p <0.001和**** p <0.0001。 Kaplan–Meier方法用于生存分析。给出的结果代表了三个或更多个独立的重复,除非另有说明,否则误差线为标准偏差。2.11. 道德声明所有动物工作均已获得北京科学技术协会(ID:SYXK(Beijing)2007–0023)的批准,并按照北京实验动物管理委员会发布的《北京实验动物福利和道德规范》进行;符合中国农业大学机构动物护理和使用委员会指南(ID:SKLAB-B-2010–003)。3. 结果3.1. TG阻止子代RSV生产为了证明TG对RSV的抗病毒活性,在感染前24小时(图1A)或感染后24小时(hpi)(图1B)用TG短暂灌注人HEp2和A549细胞30分钟。每种细胞类型的感染前和感染后TG引发导致后代病毒产量显着下降(统计上显着)。感染前用0.5 µM TG引发的HEp2细胞将子代病毒的产生减少了近10,000倍(图1A);在24 hpi时用0.5 µM TG引发的细胞将病毒输出降低约1000倍(图1B),这分别表明其对RSV的预防和治疗抗病毒潜力。用TG对HEp2和A549细胞进行30分钟的单次启动诱导了有效的抗病毒状态,这种状态持续至少48小时(图1C,D)。 TG引发HEp2细胞(感染前即刻或感染前48小时)引发了病毒L,F和M基因的转录抑制(图1E,F)。所用TG的抗病毒方案对HEp2和A549细胞无细胞毒性(图1G,H)。补充证据TG的非细胞毒性抗病毒剂量方案已在我们较早的出版物中发现[14]。因此,TG作为一种非细胞毒性抑制剂具有快速作用,可在持续至少48小时的细胞中诱导抗病毒状态,并且在主动RSV感染之前或期间使用时是有效的。 接下来,根据被感染的HEp2细胞的后代病毒产量(图2A)和病毒RNA检测(图2B),将TG的抗病毒性能与病毒唑进行比较,利巴韦林是一种被批准用于严重RSV感染的幼儿的抗病毒药物。 TG在阻止RSV复制方面优于病毒唑。例如,用0.1µM TG感染HEp2细胞预感染30分钟对子代病毒产生的抑制作用比连续使用30 µM利巴韦林(50%利巴韦林有效浓度(EC50)对RSV = 11)高160倍。 µM [20])(图2A)。 TG在HEp2细胞的RSV抑制中表现出984的选择性指数(50%(CC50)/ EC50的细胞毒性浓度)和84.55 nM的EC90,这表明它具有很强的安全裕度(图2C,D)。在由TG引发和感染的原代NHBE细胞中,相应培养基中病毒RNA的检测降低(图2E)与病毒L,F和M基因的转录抑制(图2F)同时发生,这进一步表现为TG剂量依赖性减少病毒蛋白的产生(图2G,H)。 两者合计,TG作为抗病毒剂比利巴韦林更有效,表现出很强的选择性指数,并阻断了RSV病毒的转录和病毒蛋白的产生。在原代NHBE细胞中,相对于DMSO对照,在RSV感染之前和期间,TG依赖于TG的剂量以TG剂量依赖性的方式进行了TG的感染前致敏增强ER应激基因(DDIT3,HSPA5和HSP90B1)的表达(图3A,C)。TG还增加了NHBE细胞中RIG-I信号相关基因(RIG-I,IFNB和RNASEL)的基础表达,但是在感染过程中,相对于被感染的DMSO对照,RIG-I相关基因的诱导显着衰减(图3D,G)。因此,在NHBE细胞中RSV感染期间,RIG-I相关基因的转录诱导减少是一个特征。TG介导的RSV抑制作用。3.2. TG阻止子代冠状病毒OC43的生产为了证明TG对冠状病毒的抑制作用,在感染地方性OC43病毒之前,立即用TG引发A549细胞30分钟[21](图4A–C)。以剂量依赖性方式,TG阻断了病毒复制,如感染细胞的培养基中病毒RNA的急剧减少(图4A),病毒转录的抑制(图4B)和病毒NP蛋白生成减少(图4C)所证明。将TG的抗病毒性能与羟氯喹(HC)进行了比较,后者是一种毒性比氯喹低的化合物,可抑制OC43[22]。 TG在阻止子代OC43病毒产生方面比HC更有效(图4D,E)。感染前引发与整个感染过程中连续使用20 µM HC相比,0.05 µM TG仅持续30分钟对OC43的抑制作用更大(针对SARS-CoV-2的HC EC50 = 4.51 µM [23])(图4D)。与HC处理后代病毒的适度减少不同,在TG引发的感染细胞的培养基中几乎未检测到任何病毒(图4E)。在A549细胞中,TG在阻止OC43病毒(图4F)和流感病毒(图4G)复制方面比最近被批准用于SARS-CoV-2感染紧急使用的核苷类似物Remdesivir(RDV)[24]更好。 。尽管在72hpi时,细胞连续暴露于0.3 µM RDV(RDV EC50对OC43 = 0.15 µM [24])显示约17,000倍减少子代病毒RNA的检测(相对于相应的DMSO对照);细胞反过来,用0.3 µM TG引发的细胞则比RDV处理过的细胞具有450倍的抑制作用(图4F)。在72 hpi时,与0.3μM的RDV连续使用相比,0.05μMTG引发的细胞对苏联H1N1病毒的抑制作用还强于7倍。 RDV对流感病毒复制几乎没有抗病毒作用(图4G)。 TG在A549细胞中的抗病毒用途无细胞毒性(图4H)。 TG在MRC5细胞中OC43上的TG的选择性指数(CC50 / EC50)高,介于7072和9227之间(图4I)。总的来说,TG强烈抑制OC43病毒的转录和蛋白质产生,作为抗病毒剂比HC和RDV更有效,并且具有较高的选择性指数。 点击:查看文章剩下部分 查看更多医学文章 查看更多冠状病毒文章 使用专业文章翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mdpi
2021-02-24 16:25:36
具有基因毒性的大肠杆菌“卷入了行动”
Max Planck研究人员及其合作者揭示了体外结肠类器官的转化 2021年2月12日 大肠杆菌是人类肠道菌群的组成成员。但是,有些菌株会产生一种称为大肠菌素的基因毒素,与大肠癌的发生有关。尽管已经证明大肠菌素在宿主细胞的DNA中留下了非常特殊的变化,可以在结直肠癌细胞中检测到这种变化,但这种癌症的发展需要很多年,而使正常细胞变成癌变的实际过程仍然不明了。柏林马克斯·普朗克感染生物学研究所的托马斯·迈耶(Thomas F. Meyer)组及其合作者现在已经能够“诱捕大肠菌素”,从而诱导大肠癌细胞特征性的遗传变化并引起转化的表型–感染仅几个小时后。 免疫荧光染色显示,产生基因毒性大肠菌素的大肠杆菌(绿色)引起DNA损伤(由DNA修复蛋白γH2AX的存在,白色表示)和巨细胞增多(细胞异常扩大)(右)。对于感染了大肠杆菌杆菌素合成缺陷的突变大肠杆菌菌株(大肠杆菌ΔclbR)的细胞,则未观察到这一点(左图)。细胞和DNA肌动蛋白丝的鬼笔环肽(红色)染色显示为蓝色。 超过三分之二的结直肠癌患者的肠道中会携带产生大肠杆菌的大肠杆菌菌株,并且在西方世界,携带者的数量正在增加。某些细菌种类与某些形式的人类癌症之间存在联系的流行病学证据十分丰富,但仍然难以提供证明广泛的预防策略所需的直接证据。Meyer的团队最近通过鉴定宿主细胞中的遗传签名大肠菌素叶,并证明可以在大肠癌亚组中检测到这种关联,首次提供了明确的证据。 现在,他们通过利用类器官来观察转化本身,迈出了重要的一步。这项新技术使培养3D球形形式的正常原代结肠上皮细胞成为可能。这些空心的“微型器官”是由成年干细胞产生的,这些干细胞驱动结肠粘膜的快速周转。在该技术出现之前,体外感染实验需要已经部分转化的细胞系,因此不适合概括癌症发展的早期阶段。测试是否产生大肠杆菌素对宿主细胞有任何持久影响,研究小组将其类器官感染了三个小时。这已经足以诱发大肠癌的特征性变化。受感染的细胞不仅开始比正常细胞增殖更快,而且一部分细胞不再需要生长培养基中存在Wnt蛋白。 生长因子驱动干细胞周转 这个关键的“生长因子”存在于结肠腺底部干细胞周围的环境中,并促使其翻转。在健康条件下,一旦细胞离开了这个含有Wnt的利基,就可以防止细胞的不受控制的增殖。“然后它们停止增殖并接管消化功能,直到到达表面后才被腐烂,被连续不断的细胞流推动离开干细胞生态位,”最近建立其研究的资深作者之一迈克尔·西加尔(Michael Sigal)说。柏林Charité大学医院自己的实验室,对这一现象进行了更详细的研究。他进一步解释说:“在类器官培养物中可以观察到相同的现象:它们需要Wnt持续存在才能保持生长。没有它,细胞就会分化并在不久后死亡。” 如对于受感染的类器官观察到的,这种生长因子独立性是早期结直肠癌细胞的特征。这些类器官的测序表明它们包含许多突变,包括大的结构变化,这些结构变化导致染色体的整个部分丢失,获得或重新排列。“令人惊讶的是,我们没有观察到直接参与Wnt信号转导的基因中的突变,已知这些基因会导致遗传突变的患者导致大肠癌。相反,我们发现了与p53信号转导有关的突变,”该新技术的第一作者Amina Iftekhar说。这种重要的肿瘤抑制因子被称为“基因组守护者”,到目前为止,只有很少的研究表明它也可能影响Wnt依赖性。 p53信号通路中的突变 托马斯·迈耶(Thomas F. Meyer)解释说,这些发现与大型癌症测序计划的证据十分吻合:“很明显,结直肠癌可以通过不同的机制产生。在慢性炎症驱动的情况下,例如结肠炎或克罗恩氏病,其中产生大肠杆菌素的大肠杆菌菌株尤为突出,p53的突变确实是早期事件。” 他们观察到的大的染色体重排在大多数大肠癌病例中都发现。 迈耶认为,这具有重要意义:“尽管大多数结直肠癌患者携带产大肠杆菌素的大肠杆菌,我们感到困惑的是,只能以很小的比例(最多百分之十)检测到大肠菌素签名。现在,我们的新结果表明,特征标记是从DNA受损部位正确去除交联的结果。如果此修复过程受到威胁或修复机制过载,则当受损细胞试图克服DNA交联时,似乎会发生总体染色体变化和染色体畸变。这种不良修复的证据在大肠癌中很常见,表明大肠菌素的致癌作用可能大大超过仅通过签名提示的病例的百分之十。 点击查看:更多有关医学分类文章 更多生物学分类文章 使用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mpg
2021-02-23 16:25:26
缺氧使神经细胞生长
身体和精神活动中的氧气不足会影响整个大脑 2021年2月12日 大脑中的氧气缺乏症(也称为缺氧)实际上是一种紧急状态,可以永久损坏神经细胞。然而,越来越多的证据表明,在一定程度上,缺氧也可能是生长的重要信号。哥廷根马克斯·普朗克实验医学研究所的研究人员与来自哥本哈根大学医院和哥本哈根-埃彭多夫大学的科学家们一起,在小鼠中发现,精神和身体上的需求旺盛的活动不仅触发了局部,而且触发了大脑范围的“功能性缺氧” 。尽管以减毒形式存在,但其作用类似于氧气剥夺。氧气短缺会激活生长因子促红细胞生成素(Epo),从而刺激新的突触和神经细胞的形成。 大脑中的功能性缺氧:共聚焦图像显示缺氧报告基因小鼠的皮质和海马。注意运动认知挑战后,许多红色标记的缺氧神经细胞。(绿色:神经元,蓝色:细胞核) ©MPI f。实验医学 去年,研究人员在马克斯普朗克研究所在哥廷根在实验中发现了动物实验用小鼠是精神上和身体要求很高的活动引发某些脑区有轻微缺氧。最终导致形成新的神经细胞。他们观察到缺氧激活了大脑中的生长因子促红细胞生成素(Epo)。尽管Epo主要因其对红细胞的刺激作用而闻名,但Epo还能促进神经细胞的形成及其在大脑中的网络连接。 在一项新研究中,研究小组详细研究了哪些大脑区域和细胞类型受氧气短缺的影响。为此,他们使用了转基因小鼠,该小鼠在整个大脑中产生一个分子,当缺氧时,该分子导致形成荧光染料。为了从精神和身体上挑战老鼠,研究人员让它们在经过特殊准备的跑步轮上跑步了几天。老鼠必须在这些轮子上奔跑时要集中精神,除了要费力外还要避免绊脚。不能接触跑轮的小鼠和暴露于贫氧空气中的小鼠作为比较组。研究人员还研究了不同大脑区域和细胞群体中基因的激活,以发现大脑对活动引起的缺氧的反应。 基因活性的改变 实际上,跑轮训练的效果类似于减少我们呼吸的空气中的氧气含量。在这两种情况下,许多基因的活性变化都是相似的,整个大脑都出现了轻度的缺氧。但是,不同类型的细胞之间存在主要差异:神经细胞受到的影响特别大,而神经胶质细胞(神经元的辅助细胞)受到的影响却很小。另外,在精神和身体活动期间,大脑中的Epo基因以及许多其他基因特别受到刺激。 “我们仍然不知道由于活动而引起的轻度缺氧是否还会导致人类神经细胞更强的网络连接甚至形成。因此,我们希望对人类进行类似的研究,例如对活跃在运动自行车上的测试对象的研究。”研究负责人Hannelore Ehrenreich说。该发现最终将使神经细胞死亡或失去突触的神经退行性疾病患者受益。 点击查看:更多医学分类文章 更多生物学分类文章 免费使用翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mpg
2021-02-23 16:20:17
人类基因组如何改变稀有疾病的研究
孟德尔疾病是由单个基因的突变引起的。人类基因组的第一版发表于2001年,对如何诊断,控制和预防这些疾病具有广泛的意义。 当人类基因组的第一稿公布1,2,预计会对医学革命性影响。关于药物转变成为个性化,预测性和预防性的范式转变做出了大胆的预测3。对于许多人来说,没有实现这样的转变,这可能是因为关注于糖尿病和冠状动脉疾病等常见疾病。但是这些预测是针对孟德尔疾病的预测的,孟德尔疾病是由单个基因突变引起的,例如遗传性癌症和儿童的多种发育迟缓。 在起草基因组之前,必须通过称为克隆的过程来确定有关突变基因的序列和基因组位置的基本信息,在克隆过程中,使用酶从人DNA上切割出短的染色体片段,并在细菌中复制以产生足够的数量,以用于分析。克隆是一项非常费力的工作,通常需要花费数年时间,并且只能由少数几个实验室执行。因此,大多数孟德尔疾病的遗传基础尚不清楚,从而使诊断极为困难。即使对于那些具有已知潜在遗传基础的人(例如脆弱的X综合征),由于该疾病的临床表现及其罕见性存在显着差异,专家仍然可能无法做出诊断4。 在1990年代,“定位图谱”方法的发展使鉴定与孟德尔疾病有关的基因变得更加容易。早期的位置定位工作涉及使用原始基因组图谱比较具有相同疾病的几个人的DNA,该图谱包含一些在个体之间不同的已知序列。这些用作位置标记,以帮助研究人员在候选致病区域5归零。原始图谱可以追溯到1987年,对早期的基因发现工作至关重要。然而,其低分辨率是基因发现工作的主要障碍。 因此,很难夸大人类基因组草案对孟德尔疾病患者及其家人的影响力。该草案并未将单个基因与疾病直接关联,但确实为诊断革命提供了必要的要素。最初,它提供了丰富的标记图,可以在位置映射中实现更高的分辨率。然而,真正的改变游戏规则的是将原始基因组与“下一代”测序技术结合使用,该技术可以读取整个基因组,而不是单个基因4。这使研究人员能够比以前更快地在整个基因组中识别潜在的致病变异。 由于这项技术的进步,具有已知遗传原因的孟德尔疾病的数量已从2001年的1,257种增加到撰写本报告时的4,377种。现在,越来越多的患者摆脱了长期存在的诊断瓶颈。在紧急情况下,许多人可以在数小时内得到诊断,其精确度在医学上是无与伦比的。这为疾病管理的真正个性化打开了大门。例如,可以使用某些特定的致病基因变异的疗法,例如CFTR基因导致囊性纤维化。我们还可以避免徒劳的干预措施,例如生长激素疗法,这种疗法对患有孟德尔病的儿童Seckel综合征(一种侏儒症)无效。 一旦建立了孟德尔疾病和基因之间的关联,该疾病就可以高度预测,这意味着可以预防。例如,美国医学遗传学和基因组学院建议,如果其携带的59种基因6中的任何致病变异与可能威胁生命的孟德尔疾病有关,则应告知其基因组已测序以用于任何诊断目的的人。有抢先管理功能。英国最近的一项测序研究7涉及约50,000名年龄在40至69岁之间的志愿者,结果表明2%的人携带这种可行的变体。和早期数据8表明对这些变异进行基于人群的筛选会导致风险管理程序的接受率很高。检测这些变体以及随后将出现的更多变体的能力以及影响药物反应的变体的能力,使人们对基因组测序具有普遍性的未来的潜在医学益处有所了解。大规模基因组测序的另一个好处是生殖能力的增强。携带者筛查可以确定一个人是否携带一个“隐性”遗传变异体的一个拷贝,如果该基因的两个拷贝中均存在该隐性遗传变异体,则通常会导致疾病(通常是父母双方都携带该变异体并将其传给孩子)(图1)。 。有了这些知识,携带者就可以做出明智的生殖选择。隐性变异引起的威胁泰伊-萨克斯病和地中海贫血的两个致命威胁状况已分别通过携带者筛查在纽约和塞浦路斯的高风险社区得以消除9。可以扩展这种模型以针对所有严重或致命的隐性孟德尔疾病基因的未来,并且受到私营部门和公共资助计划的拥护。但是,重要的是要注意,关于将基因筛查用于生殖选择存在着许多伦理学争论,关注的是“筛查”某些群体以及其他社会风险。此外,对与健康无关的性状进行基因筛查被认为是不道德的。 孟德尔隐性疾病是指一个人携带两个副本的致病基因变异而引起的隐性疾病。在这个假设的家谱中,有两个孩子从母亲那里继承了一个致病变异的副本,从父亲那里继承了一个无害变异的副本。反过来,他们各自将致病变体的一个副本传递给孩子。如果这些表亲(或携带该变体的任何两个人)要育有孩子,则每个后代都有机会继承两个副本,从而发展成该病。人类基因组序列1,2改变了我们识别致病变体的能力。今天,可以对人们进行筛查以确定他们是否携带这种变异,并且可以通过基因组测序快速诊断出患有这种疾病的人。 在表亲之间普遍存在联合的国家中,携带者筛查的影响最大。由于表亲比不相关的人共享更多的变异,因此他们很可能会共享并传播有害的隐性变异,从而导致隐性疾病。沙特阿拉伯就是一个例子。当人类基因组的初稿发布时,沙特阿拉伯就成为世界上隐性疾病发病率最高的文献10。二十年后,该国几乎所有主要的隐性疾病都已在基因水平上鉴定11。无数夫妇已通过变种鉴定获得了生殖选择,该国正处于推广扩大筛查计划的风口浪尖。 我们对孟德尔疾病的加深理解也开始使具有更复杂遗传基础的常见疾病患者受益。例如,一项2020年的测序研究7揭示,对于一小部分但有相当一部分患有常见疾病的人来说,一个单一的遗传变异是病因-也就是说,他们患有孟德尔病。除了因果关系,与孟德尔疾病有关的基因已被发现是许多常见疾病的危险因素12。常见疾病的新疗法纯粹是由人类基因组学提供的,而孟德尔基因在这方面起着不小的作用13。 医学遗传学界经常被指责做出空洞的承诺14。但是基因组学现在正在真正改善人们的健康。这不仅是辩护,而且是继续使用我们的DNA重写药物的灵感。点击:查看更多医学分类文章 查看更多生物学分类文章 免费试用文档翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:nature
2021-02-22 19:47:45
睡眠不足的年轻健康人中与注意力相关的生理相关(结论)
4. 讨论 我们的研究旨在确定健康受试者中注意力成分的周围生理相关性。一项利用睡眠剥夺作为压力源的受试者内部研究[12]被用于诱导个体认知能力的变化。每个参与者进行了两次实验,其中一次是在睡眠剥夺一夜之后进行的。对于每个会话,在完成两个评估注意力网络效率的认知任务期间,使用PERFORM [29]记录生理信号。进行认知测试后,对感知的工作量进行了评估。对感知工作量的评估使我们能够估计其对从基线到睡眠剥夺状态对AT功能变化的贡献,并消除其对生理/认知关系的非特异性贡献。 在这里,生理信号是通过使用PERFORM [29]从眼周部位获得的,PERFORM [29]被认为是用于VR头戴设备的系统。 4.1.睡眠不足会增加精神和身体需求 我们的结果表明,与基线相比,睡眠剥夺后的精神和身体需求增加。几项研究报告说,长时间的觉醒的进展导致体内稳态生物驱动力的逐渐增加[51],从而增强了嗜睡的状态。在这种情况下,据报道,经过长时间的觉醒后,工作量增加了[14,52],并被解释为对疲劳状态的一种平衡反应。 Liu及其同事[38]报告了在模拟飞行任务后的专家飞机飞行员样本中,剥夺了32小时的睡眠后,所有工作量子量表普遍增加。 Tomasko和同事[14]评估了腹腔镜模拟任务后睡眠不足的医学生的工作量,而Fairclough和同事[53]在主要驾驶任务后对睡眠不足的受试者做了相同的工作,并且都强调了所有NASA TLX分量表的得分都增加了,除了精神需求之一。 我们的发现部分与先前的研究一致,因为感知的工作量增加仅限于精神和身体需求量表。值得注意的是,以前的研究招募了部分参与者进行调查,因此他们执行的任务与受试者的日常活动密切相关(例如,外科手术任务为外科医生,模拟器飞行任务为专家飞行者),而在目前的研究中,任务不是日常生活的一部分,它们可以代表一种新颖的体验。任务的新颖性,理解指令的努力以及与日常生活活动缺乏相似性可能会导致其他精神压力,而睡眠不足会加剧这种压力。但是,值得注意的是,认知任务的得分在条件(基线和睡眠后剥夺)之间没有显示出显着差异。在这种情况下,有可能表明,感知的工作量越高,抵抗疲劳以保证足够的认知表现的努力就越大。有趣的是,在基线和睡眠后剥夺条件之间,认知任务的执行情况和生理指标没有差异,尽管参与者报告说,他们对于精神和身体需求的感知工作量更高。尽管这些结果可能看起来违反直觉,但先前的研究报道了主观工作量与有效绩效之间的关联[14,32]。可能暗示,在急性失眠后对高工作量的主观感知可能是抵消长时间清醒期间与睡眠相关的疲劳的复杂机制的产物,这有助于受试者有效地执行任务。然而,重要的是指出在认知表现方面急性和慢性睡眠剥夺之间的区别。急性睡眠剥夺可能会激活机制来抵消归因于数个晚上的睡眠丧失的有害影响,以维持足够的认知表现,而慢性睡眠剥夺可能会永久性降低认知能力,尤其是较高水平的认知能力[54]。 4.2.注意系统功能之间的生理相关性差异 我们的结果强调了从生理状态到睡眠剥夺状态的基线变化与注意力指标之间的关联。这些关联可能是由不同的因素所维持的,这些因素包括工作量的普遍增加以及每个任务中特别涉及的注意力系统的调节。在纠正心理和身体需求之后,大多数在生理指标和注意力指数之间确定的关联也成立,这表明特定注意力系统对生理反应的重要贡献。 关于警报效率,该系统在睡眠后剥夺状态下的较高反应性与头部运动幅度的降低有关。因此,对外科手术中头部运动的研究表明,腹腔镜模拟过程中头部运动幅度较小与更好的学习相关[55]。我们的结果支持以下假设:较少的头部运动与任务期间更精确,更专注的表现有关。 关于视觉运动追踪任务中的警惕性,参与者在睡眠剥夺后表现出较高的反应性(CCT速度),参与者从the骨和额头传感器(zfT)到任务开始和结束之间的温度变化更大。在所有面部传感器之间。传统上,任务期间的温度波动与任务性能相关。据报道,认知任务期间脑代谢的增加意味着更多的热量产生[20]。随着一些血管将面部组织与大脑连接起来[56],新陈代谢的大脑变化会导致我们能够检测到的外周皮肤温度发生变化。 5. 结论 使用主观,行为和生理学方法对注意力系统进行综合评估,使我们能够更好地理解睡眠剥夺后注意力系统及其相对生理变化。睡眠后剥夺状况显示感知的生理和心理需求增加。与基线相比,发现头部运动和温度变化对特定认知表现期间发生的变化敏感,这些变化涉及睡眠剥夺中的不同注意系统。 这项研究有一些局限性,应在以后的研究中加以解决。小样本量及其在种族和年龄方面的同质性可能无法得出可靠的结论。关于统计分析,控制样本量的部分相关性的选择受到样本量低的限制。此外,相关性分析未表明相互作用的方向,可能通过调节这两种措施的潜在因素得以维持。因此,需要大量工作来确认和更好地指定我们的数据所建议的关联。同样,确定没有睡眠障碍的心理量表不能涵盖所有睡眠障碍,例如腿不安综合症。应该使用匹兹堡睡眠质量量表来防止出现此包含/排除问题。最后,没有在控制实验室的房间内进行睡眠剥夺。 作者贡献:概念化,A.G。和D.M .;方法学和D.M .; M.L.软件;验证,V.C.,E.M。和M.L .;形式分析,D.M.和V.C .;调查和E.M .;资源,E.M .;数据策划,V.C.,E.M。和D.M .;写作-原始草案准备,V.C.,E.M.,ML。,A.G。和D.M .;写作-审查和编辑,V.C.,ML。,A.G。和D.M .;可视化,V.C.,E.M.和D.M .;A.G.和D.M.的监督; D.M.项目管理; A.G.和D.M.获得资金; V.C. E.M.对此稿做出了同样的贡献。所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。 资金:该研究的部分资金来自“太空载人飞行任务中的脑机接口:扩大对错误的平衡的关注焦点”项目(BMI-FOCUS,托斯卡纳地区POR CREO 2014/2020)。 机构审查委员会声明:研究方案已获得比萨大学生物伦理学委员会批准(2019年6月28日举行的第16/2019号审查会议)。 知情同意声明:从研究中涉及的所有受试者获得知情同意。 数据可用性声明:数据可应要求提供给相应的作者(D.M.)。 致谢:非常感谢Davide Cini和Andrea Berton(都在临床生理学研究所– CNR比萨)提供了技术援助。我们也感谢Eleonora Malloggi对英语的修订。 利益冲突:作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计中没有作用。在数据的收集,分析或解释中;在手稿的撰写中,或在决定发表结果时。 参考 1. Neisser,U.认知心理学;普伦蒂斯·霍尔(Prentice-Hall):美国新泽西州恩格尔伍德悬崖(Englewood Cliffs),1967年。 2. 博尔吉尼(G.阿斯托菲(L. Vecchiato,G .; Mattia,D .; Babiloni,F.测量飞机驾驶员和汽车驾驶员的神经生理信号,以评估精神工作量,疲劳和嗜睡。神经科学。生物行为。修订版2014,44,58-75。 [CrossRef] [PubMed] 3. Paas,F.;Merrienboer,J.V.教学条件的效率:一种将精神努力和绩效指标相结合的方法。哼。因素1993,35,737–743。 [CrossRef] 4. Paas,F .;范·梅里恩布尔(J.J.G.复杂认知任务训练中的认知负荷的教学控制。教育。 Psychol。 1994年第6版,第51-71页。 [CrossRef] 5. 尹宝陈峰;鲁伊斯(美国); E. Ambikairajah,基于语音的认知负荷监控系统。 2008年3月31日在美国内华达州拉斯维加斯举行的2008 IEEE国际声学,语音和信号处理国际会议论文集中;第2041-2044页。 [CrossRef] 6. 医学博士盖尔曼;特纳,J.R。(编辑)《行为医学百科全书》;施普林格:2013年,美国纽约,纽约。 7. E.E. 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2021-02-19 18:44:49
睡眠不足的年轻健康人中与注意力相关的生理相关
经过瓦伦蒂娜·切萨里(ValentinaCesari),埃琳娜·玛丽娜(Elena Marinari),马可·劳里诺(Marco Laurino),安吉洛·吉米尼亚尼1(Angelo Gemignani 1)和达尼洛·梅尼库奇(Danilo Menicucci) 1 比萨大学外科,医学和分子病理学与重症医学系,意大利比萨561262 国家研究委员会临床生理研究所,意大利比萨56124*应与之联系的作者 摘要:认知功能可以进行特定的更改,但会被工作负载的非特定影响所掩盖,工作负载是影响调节外围输出的认知功能的常见因素。为了确定工作量相关的和特定的,任务相关的成分,通过研究15名健康志愿者在基线和睡眠剥夺条件下(一周间隔)进行注意任务,得出认知功能的生理相关性。引入睡眠剥夺以增加工作量。在执行任务后评估注意力网络效率(ANT,注意力网络任务; CCT,连续补偿跟踪器)的工作量评估任务期间,我们记录了心搏,面部温度和头部运动。在两种情况下研究了认知和生理指标的变化。通过校正从条件到睡眠剥夺后任务指标的变化与校正条件间工作量变化后的生理指标的相关性,来识别认知表现的生理相关性。我们发现剥夺睡眠后工作量的精神和身体需求增加。我们发现跨条件的认知和生理指标没有变化;注意系统的特定生理相关性,如ANT改变的变化与头部运动幅度的变化之间的负相关,以及CCT速度指数警觉性的变化与面部温度的变化之间的正相关。 关键词:认知功能;注意力;生理信号;工作量;睡眠不足1. 介绍人类的日常生活是由与现实世界中感官输入的转化,减少,细化,存储和恢复有关的认知过程驱动的[1]。独特的认知功能的功能是基于特定的大脑网络,并引起可区分的激活。然而,影响认知功能的一个共同因素是工作量,即多维结构量化了表演者响应于认知任务而付出的身心努力的水平。工作量的评估范围从经典的神经认知测试到动态情况,例如航空和驾驶[2];但是,它通常被认为是个人对苛刻情况的态度而不是对任务的态度的属性[3,4]。工作量是通过唤醒来维持的,它被描述为工作记忆压力的指标[5]。工作负荷中的唤醒暗示了自主激活,参与了动态平衡的无意识身体协调反应[6]。自主神经通过中央自主神经网络的活动来维持,该网络控制着与认知和情绪加工有关的电生理变化[7]。除了工作量相关的影响外,多项研究还强调了与涉及不同领域的认知任务相关的特定神经功能模式。关于这三个注意网络,波斯纳和彼得森[8]提出了警惕,定向和执行力网络。唤醒和个体认知功能的变化都会引起周围自主神经输出的变化[9],我们在当前工作中对此进行了研究。从方法学的角度来看,已经利用受试者内部的变异性研究了认知功能,该变异在睡眠剥夺的背景下得到了广泛的评估,可作为诱发急性应激反应的可靠范例。的确,急性和慢性睡眠剥夺是一种有形的风险,使受试者处于现代社会的压力条件下,对生活质量和心理-身体健康(包括认知能力下降)构成高风险和重大风险[10]。急性总睡眠不足和慢性睡眠受限都会增加体内稳态睡眠(过程S),从而导致睡眠负担。过程S在清醒时增加,在睡眠时间减少[11];这越来越削弱诸如醒觉期间的注意力,认知速度和记忆等认知功能[12]。因此,一些研究使用急性睡眠剥夺模型来了解其对各种认知领域和主观工作量的影响。确实,急性睡眠剥夺可能会对认知功能的某些方面产生负面影响,尤其是警惕性,如果降低警戒性,则会增加发生事故的风险[13]。据报道,受试者在一夜失眠后感觉到较高的工作量,而任务外部的因素也导致感觉到的工作量增加[14,15]。这些研究中,通常会评估自主神经的输出,因为较高的脑力劳动量会减少副交感神经(“休息或消化”)自主性的降低。神经系统活动和交感(“战斗或逃跑”)活动增加[16]。 在评估不同认知领域的任务中,通过多种外周生理指标(例如心率,皮肤电导和外周温度[17])估计了自主神经系统活动的这些变化。例如,认知负荷,大脑中的葡萄糖和氧气水平与前额温度[19,20]之间存在正相关。随着决策难度和注意力水平的增加,心率增加[21,22],以及由于反应抑制和记忆的难度增加而使心率变异性降低[23,24]。关于皮肤电导,在注意力,记忆力,警惕性和视觉跟踪任务的执行过程中已发现其增加[25-27]。此外,据报道使用了放置在不同推定位置的不同传感器[19,28,29]。在这里,我们将所有传感器组装在眼周区域-che骨和前额的皮肤温度[19],glabella(眉毛之间和鼻子上方的小区域)[30]的心搏,以及来自与头[31]。总之,许多研究已经使用特定的认知任务来建立与认知相关的生理结果。考虑到主观工作量的几项研究表明,生理措施取决于执行任务时主观感知到的困难程度。实际上,据报道主观工作量测量通常与认知表现无关(例如,受试者报告了较高的认知需求,但认知表现并未受到负面影响[32])。该证据暗示了如维持不同认知域的特定中央网络所建议的那样,对周围生理信号识别特定认知功能的调节的冲动。实际上,特定认知相关因素的识别对于检测和恢复那些可能会发生特定变化但被工作量的非特定影响所掩盖的功能至关重要。为此,我们研究了在基线和睡眠剥夺后经历不同认知任务(涉及注意力系统)的受试者眼周区域中放置的传感器的周围生理相关性(心率,头部运动和面部皮肤温度)。我们评估了在这两种不同条件下执行任务的感知工作量,并研究了从基线到睡眠剥夺的生理指标变化与纠正工作量变化的认知指标之间的关联。我们选择管理注意力网络任务(ANT,[8,33])和持续补偿跟踪器(CCT,[34,35])测试,以更好地表征不同系统功能(警报,定向,执行网络)的独立性,被证明受到不同的影响通过睡眠剥夺[36]。为了评估认知测试后的主观工作量,我们使用了NASA任务负荷指数(NASA TLX)量表[37],因为先前的研究表明,该方法在检测有经验的工作量变化方面是一个合理的量表[14,38]。睡眠剥夺的使用使我们能够诱发短暂和可逆的认知改变,可以对其进行研究以比较特定的注意力改变。当在同一主题中执行不同任务时,我们有机会将与假定的认知工作量相关的任务的共同外周反应与表征每个特定任务的特定认知功能的那个反应分开。作为认知改变的指标,对周围反应变化的认识可用于检测日常生活活动(如驾驶)中的注意减少,而不会使受试者偏离进行认知任务的管理。2. 材料和方法2.1.参加者15名健康的年轻志愿者(9名女性和6名男性;平均年龄): 24.5年(2年)参加了该实验方案。符合纳入条件的受试者符合以下标准:无精神症状,如Symptom Checklist-90-Revised所评估[39,40];根据失眠严重程度指数(ISI)[41,42]和爱华氏嗜睡量表(ESS)[43,44]评估,没有睡眠-觉醒障碍;通过定性回忆调查表评估,没有器质性病变和精神上瘾;正常或矫正视力;年龄介于18至35岁之间。2.2.实验协议实验方案包括两个阶段(图1A),这些阶段在参与者之间随机分配并保持平衡,并且至少间隔一周。每次会议从下午6点开始,每个志愿者都接受了单独的测试。实验室温度是受控的(22℃)。图1.实验方案。 (一种)。实验方案流程图。 (B)。上图是当对象正坐在电脑前时通过PERFORM系统在线记录面部温度,头部运动和心搏的示意图;下面是基线和睡眠剥夺条件下实验时间表的示意图。在基线阶段和剥夺睡眠后阶段均完成了两项认知测试,然后进行了感知的工作量评估。图1B。睡眠剥夺从会议开始前一天的8:00 am持续到会议结束之后(大约8:00 pm),共36个小时。为了确保志愿者在基线会议之前可以正常睡眠,通过活动记录仪记录每次睡眠前两天的睡眠日记来完成睡眠监测[45,46]。还进行了活动学监测,以确保志愿者在睡眠后剥夺期完全丧失睡眠;任何睡眠事件都暗示该研究被排除在外。为了实现这一双重目的,参与者佩戴了ActiGraphwGT3X-BT(ActiGraph,美国佛罗里达州彭萨科拉)放在他们的手腕上。使用Actilife软件(版本6.11.9)对数据进行分析和视觉检查。对于每节课,志愿者都要进行“注意力网络任务”(ANT)和“持续补偿跟踪器”(CTT)任务,该任务在心理学实验建筑语言(PEBL)软件中实施并在PC显示器上进行管理(距27英寸屏幕的距离为60厘米)到眼睛,屏幕分辨率为1024768)。执行ANT和CTT任务的时间分别为15分钟和10分钟。我们连续执行每个任务,没有任何间隔。为此,我们使用PEBL软件提供的设置选项将任务链接在一起。在PEBL软件中,假定受试者执行标准化的培训课程以熟悉任务说明并防止归因于课程顺序的偏见。在认知评估过程中,参与者必须佩戴“心理生理学面具”或“现实生活中的认知监控”(PERFORM),这是一种用于生物信号获取的眼周感应面具[29]。因此,通过使用PEBL NASA任务负荷指数(PEBL TLX)量表对两种情况下的PEBL认知任务完成后,立即评估了感知的工作量[47]。会议的总时长约为30分钟。2.3.认知评估2.3.1.心理实验教学语言(PEBL)注意网络任务注意网络任务(ANT)旨在评估警报,定向和执行控制注意网络的功能[8,33]。假定参与者在一组五个箭头中确定中心箭头的方向,而忽略周围箭头的方向。为了指示中心箭头的正确方向,参与者必须按下键盘上的相应按钮。在当前的研究中,使用了Attentional Network Test的PEBL版本,并且据Fan等人所述。 [33],我们考虑了性能指数计算的正确试验(即,没有考虑错误答案),以(1)警报指数,(2)定向指数和(3)冲突指数表示。警报网络的效率通过警告信号引起的反应时间(RT)的变化来检查。预警指数是通过从无提示条件的平均RT中减去双提示条件的平均RT来计算的[36]。定向的效率通过伴随指示目标将发生位置的提示的RT变化来检查。定向指数表示为处于中心提示条件(“中心提示”)的项目的平均RT与处于空间提示条件(“空间提示”)的项目的平均RT之差[36]。通过要求参与者通过按下两个键来指示执行箭头的响应来检查执行网络的效率,这两个键指示被同等,不一致或中立侧翼包围的中心箭头的方向(左或右)。冲突指数是通过从不一致侧翼条件的平均RT中减去一致侧翼条件的平均RT计算得出的[36]。 2.3.2.PEBL连续补偿跟踪器持续补偿追踪(CCT)是一种认知测试,最初是用来评估机敏性和警觉性的[34,35],也用于评估持续的注意力。在连续八次试验(从T1到T8)期间,参与者必须不断调整指针的位置以使其与目标重叠。指针处于需要持续补偿的随机指向的力之下[47]。在当前的研究中,使用CBL任务的PEBL版本通过两个指标(CCT偏差和CCT速度)来评估警惕性。通过考虑从任务开始(T1)到结束(T8)的偏差和速度的变化来评估适应程度:l CCT偏差。针对每个试验计算目标位置和指针之间的空间位移的中位数(中位数偏差的下限值与到更高的任务执行精度)和CCT偏差,因为位移从第一次试验到最后一次试验都发生了变化。l CCT速度。对于每个试验,计算任务上鼠标速度的平均值,并将CCT速度估算为从第一个试验到最后一个试验的速度变化。鼠标速度应指示对象对任务的反应程度;较高的值对应于较高的反应度,用于补偿指针的随机运动。 2.3.3.PEBLNASA任务负荷指数(PEBL TLX) NASA任务负荷指数[37]是一个自我报告的多维量表,旨在根据六个子量表的加权平均值提供总体可感知的工作量得分。分量表是精神需求,身体需求,时间需求,自己的表现,努力和挫败感。受试者必须通过选择六个分量表的分数(从0到100)来评估在先前完成认知任务时经历的感知工作量;较高的值表示更大的可感知工作量。在本研究中,使用PEBL软件(PEBLTLX)上的NASA TLX版本评估了可感知的工作负荷等级[47]。2.4.生理评估在进行认知评估期间,参与者佩戴了针对现实生活的认知监控(PERFORM)的心理生理学面具,这是一种经过验证的多传感器可穿戴和非阻塞性面具[29],能够从一组以下物体中检测,记录和分析以下生理信号:干燥的电极置于眼周区域:l 面部温度信号,以1Hz采样率从放置在左右肌和左右前额上的传感器记录下来;l 心脏脉搏,用光电容积描记器传感器以100 Hz采样率记录,该传感器置于glabella(眉毛之间和鼻子上方的区域)上方;l 头部运动信号以100 Hz采样率从位于面罩左侧的3轴加速度计记录下来。 对于每个信号,都提取了外围测量,以研究执行认知任务如何改变外围输出。根据每次测量的生理特性,我们获得了从每个认知任务开始到结束的时间序列测量。因此,作为与执行的任务相关的有效参数,我们考虑了每个提取的度量从任务开始(度量在其时间序列的前十分之一的平均值)到结束(度量在最后一个度量的平均值)之间的变化。时间序列的十分之一)。从面部温度时间序列,我们考虑了:l MaxT,定义为任务开始和结束之间计算出的四个温度变化中的最大值;l zfT,通过比较上述额头和vs骨的T变化来定义(zfT =ΔTzΔTf,其中ΔTz是两个额头传感器的平均变化,而ΔTf是两个che骨传感器的平均变化)。从心脏脉冲时间序列中,我们获得了脉冲到脉冲时间间隔序列[48],这使我们能够估计心率(HR)的变化,心率(HR)定义为心率开始和结束之间计算出的心率变化。任务。从头部运动时间序列中,我们从在连续的1 s窗口内计算出的三个轴向振荡组合的方差获得了头部运动的综合度量。我们估计头部运动幅度(HMA)是该措施任务开始和结束之间的变化。2.5.统计分析这项工作旨在确定主要涉及独特注意力成分的执行任务的特定生理相关性。我们用睡眠剥夺来操纵为了消除一般工作量对生理反应的影响。我们制定了以下假设(Ha)与原假设(H0)进行比较:l H0=校正工作量后,从基线到睡眠剥夺后的认知和生理指标之间无显着相关性变化。变量之间的相关性= 0;l Ha=认知和生理指标变化之间的显着相关性校正工作量后进入睡眠剥夺后基线的基线。变量之间的相关性为<0或> 0。如果Sig <α,则H0被拒绝,其中<α= 0.05因此,我们通过以下 两个主要步骤来分析数据: (1)识别剥夺睡眠对感知工作量的影响; (2)消除工作量变化的影响后,在不同的认知任务中识别受试者内部认知能力变化(从基线到睡眠剥夺后)的生理相关性。对于步骤(1),通过两尾Wilcoxon符号秩检验评估睡眠剥夺和基线阶段之间的PEBL TLX子量表差异。使用非参数测试是因为它们允许研究参数,而与正态无关。确实,这项研究中的变量是异类的(从心理评分到生理参数)。有些是歪斜的,有些则在几个离散值的范围内变化。我们使用以下公式估算非参数测试的效应大小:其中N是Z评分所基于的观察总数[49]。对于步骤(2),通过将认知任务指数的变化与从基线到睡眠剥夺后的生理测量值相关联,来识别受试者内部认知能力变化的生理相关性。为了从认知指标和生理指标之间的相关值中消除工作量变化的贡献,通过控制在步骤(1)达到统计显着性的那些工作量子量表来计算偏相关(rp,偏等级相关)。运用Yekutieli和Benjamini程序[50]来控制关于与每个认知任务指数相关的所有生理特征的假设检验系列的错误发现率(FDR)。将错误发现率设置为等于0.05,并计算调整后的p值。3. 结果3.1.感知的工作量从基准更改为睡眠剥夺任务后测得的感知工作量在精神和身体需求量表的条件之间有所不同;睡眠剥夺后的精神和身体需求增加(分别为p = 0.04和p = 0.01)。表1提供了每个PEBL TLX子量表的统计信息。3.2.注意系统功能的生理相关性关于注意和生理指标,没有发现条件之间的显着差异(补充表S1-S4)。然而,在消除与知觉工作量变化相关的推定联系效应后,认知指数与生理指标之间发现显着关联(图2)。图2.注意系统功能的生理相关性。散点图显示,在校正了TLX的精神和身体需求之后,生理指标与认知指标从基线到睡眠剥夺后的状态变化之间的关联(rp,部分等级相关系数-错误发现率<0.05)。点击查看:查看下部分内容 更多医学文章 使用英文翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-02-19 18:27:31
SARS-CoV-2对COVID-19疫苗后果暗示
SARS-CoV-2穗蛋白在人类宿主细胞中激发细胞信号转导:对COVID-19疫苗可能后果的暗示通过铃木雄一郎和塞尔吉·吉奇卡(Sergiy G.Gychka) 1 美国华盛顿哥伦比亚特区乔治敦大学医学中心药理生理学系,美国200072 Bogomolets国立医科大学病理解剖学N2系,01601基辅,乌克兰;* 应与之联系的作者。收到:2020年12月15日接受:2021年1月8日发行时间:2021年1月11日 摘要:世界正遭受由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的2019年冠状病毒疾病(COVID-19)大流行。 SARS-CoV-2使用其刺突蛋白进入宿主细胞。目前正在开发将刺突蛋白引入人体内以诱发病毒中和抗体的疫苗。在本文中,我们注意到人类宿主细胞对刺突蛋白敏感地应答以引发细胞信号传导。因此,重要的是要意识到新的COVID-19疫苗产生的刺突蛋白也可能影响宿主细胞。我们应该仔细监测这些疫苗的长期后果,尤其是当将它们接种给其他健康个体时。有必要进一步研究SARS-CoV-2刺突蛋白对人细胞的影响以及适当的实验动物模型。关键词:细胞信号转导;病毒;肺炎; SARS-CoV-2;刺突蛋白疫苗 1. 介绍世界正遭受由严重的急性呼吸综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的2019年冠状病毒大流行(SARS-CoV-2),这是一种正向单链RNA病毒[1,2]。截至2020年12月,全球有8000万人感染了SARS-CoV-2,造成180万人死亡。 SARS-CoV-2使用其病毒膜融合蛋白(称为刺突蛋白)结合血管紧张素转化酶2(ACE2)作为“受体”,以进入人类宿主细胞[3,4],引起严重的肺炎和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)[5]。患有心血管疾病的老年患者特别容易出现严重的COVID-19病状,在某些情况下甚至会导致死亡,而年轻健康的人对产生严重症状的抵抗力很大[1,6,7]。随着COVID-19继续造成严重的健康,经济和社会问题,全世界都在等待有效疫苗的广泛推广,以结束这种流行病。I类病毒融合蛋白SARS-CoV-2峰值蛋白对于启动病毒与宿主细胞表面受体之间的相互作用,通过协助病毒与宿主细胞融合促进病毒进入宿主细胞至关重要膜。该蛋白由两个亚基组成:包含ACE2受体结合域(RBD)的亚基1(S1)和在融合过程中起作用的亚基2(S2)[3,4](图1)。 SARS-CoV-2刺突蛋白是开发COVID-19疫苗的主要目标。图1. SARS-CoV-2刺突蛋白的结构。刺突蛋白由亚基1(S1)和亚基2(S2)组成。 S1亚基包含与宿主细胞膜ACE2结合的受体结合域(RBD)。 S2亚基负责融合。在我们先前在第3节和第5节中描述的研究中,我们使用了全长S1(Val16-Gln690),该区域描绘了蓝色和红色区域,SARS-CoV-2的红色显示了仅含RBD的蛋白质(Arg319-Phe541)。刺突蛋白(GenBank登录号:QHD43416.1)。2. 基于穗蛋白的COVID-19疫苗的开发2020年COVID-19疫苗和治疗剂的快速发展归功于政府与私营部门之间的有效合作。2020年11月9日,辉瑞和BioNTech宣布他们的基于mRNA的候选疫苗BNT162b2对COVID-19的有效性超过90%[8]。这是令人欢迎的消息,因为它表明有效的疫苗可能很快就会出现。BNT162b2编码SARS-CoV-2突突蛋白以诱导病毒中和抗体[9,10]。更具体地说,它编码SARS-CoV-2的全长刺突蛋白,其中两个氨基酸在S2亚基中突变为脯氨酸以维持预融合构象,而其姊妹疫苗BNT162b1(同样来自辉瑞公司/ BioNTech)仅编码RBD SARS-CoV-2穗蛋白的结构,通过添加T4纤维蛋白折叠域来三聚化[9-11]。临床试验表明,BNT162b1 [11]和BNT162b12[9,10]均未显示严重的短期不良反应。2020年12月10日,发表了一项BNT162b大型临床试验的结果,表明该疫苗对16岁或16岁以上的人群提供了95%的保护[12]。但是,这些疫苗的长期后果尚不清楚。另一种有前途的疫苗,Moderna的mRNA-1273也是一种RNA疫苗,可编码全长SARS-CoV-2穗蛋白[13]。基于病毒载体的疫苗,例如阿斯利康(AstraZeneca)的AZD1222,它使用非复制性黑猩猩腺病毒载体[14],强生公司(Johnson&Johnson)的Ad26.COV2.S,非复制性腺病毒26系统[15]和Gam- Gamaleya流行病学和微生物研究所的COVID-Vac(Sputnik V)[16]均表达SARS-CoV-2刺突蛋白。 NVX-CoV2373(Novavax),一种基于蛋白质的重组疫苗[17],也是全长SARS-CoV-2穗蛋白。这些疫苗以及许多其他正在开发中的疫苗[18-20]将SARS-CoV-2刺突蛋白引入了我们的体内,从而刺激了抗体的产生和针对SARS-CoV-2的免疫力。3. SARS-CoV-2 Spike蛋白促进人类细胞中的细胞信号传导发现用重组SARS-CoV-2穗突蛋白S1亚基处理培养的原代人肺动脉平滑肌细胞(SMCs)或人肺动脉内皮细胞足以促进细胞信号转导,而无需其余病毒成分[ 21]。此外,我们对死于COVID-19的患者的死后肺组织的分析已确定这些患者表现出肺血管壁增厚,这是肺动脉高压(PAH)的标志[21]。基于这些结果,我们提出SARS-CoV-2突触蛋白(无其余病毒成分)触发细胞信号转导事件,可能促进肺血管重构和PAH以及其他心血管并发症[21,22]。在我们的细胞培养实验中,研究了两个都含有RBD的重组SARS-CoV-2刺突蛋白[21]。全长S1亚基蛋白包含大部分S1亚基(Val16–Gln690),而RBD S1亚基蛋白仅包含RBD区(Arg319–Phe541),如图1所示。用这些蛋白质处理肺动脉内皮细胞10分钟。我们发现,使用磷酸化特异性MEK抗体,单独的SARS-CoV-2全长S1亚基(浓度低至130 pM)激活了MEK,细胞外信号调节激酶(ERK)的激活剂和众所周知的细胞生长信号转导机制[23]。相比之下,在大鼠肺动脉SMC中,这种由刺突蛋白引起的细胞信号激活并未发生[21]。尽管现在众所周知ACE2是SARS-CoV-2突突蛋白与人宿主细胞结合的“受体”,以促进膜融合和获得病毒进入,但是ACE2的通常生理功能并不充当膜受体转导细胞内信号。 ACE2是一种I型整合膜蛋白,起羧肽酶的作用,将血管紧张素II裂解为血管紧张素(1-7)并调节血压[24,25](图2)。然而,十年前,Chen等。[26]报告了有趣的发现,表明ACE2充当细胞信号转导的膜受体,以响应SARS-CoV的突增蛋白(现在也称为SARS-CoV-1,该病毒在2002年引起SARS爆发) 2004)在人肺泡上皮细胞系A549中。SARS-CoV-1的刺突蛋白与SARS-CoV-2的刺突蛋白具有76–78%的同一性[27]。在他们的研究中,表明全长刺突蛋白与ACE2的结合触发了酪蛋白激酶II依赖性激活蛋白1(AP-1)转录因子的激活以及随后的基因转录事件[26]。他们在SARS-CoV-1 [26]和我们在SARS-CoV-2 [21]上的发现表明,刺突蛋白将ACE2(通常是肽酶)功能性地转化为膜受体,从而利用刺突将细胞信号转导。蛋白质作为其激活的配体(图2)。图2. ACE2的生物学功能。在生理情况下,ACE2充当羧肽酶,通过裂解苯丙氨酸(Phe)催化血管紧张素II(Ang II)水解为Ang(1-7)。在刺突蛋白的存在下,该酶成为细胞信号转导的膜受体,该信号使用刺突蛋白作为其激活的配体。库巴等。[28]表明,给小鼠注射重组SARS-CoV-1突突蛋白会降低ACE2的表达,并加剧酸诱导的肺损伤。在患有酸诱导的肺损伤的小鼠中,重组SARS-CoV-1刺突蛋白显着增加了血管紧张素II,而血管紧张素受体抑制剂氯沙坦减弱了刺突蛋白诱导的肺损伤的增强[28]。因此,这些体内研究表明,SARS-CoV-1的突触蛋白(无其余病毒)会降低ACE2的表达,增加血管紧张素II的水平,并加剧肺损伤。Patra等人还显示,不含其余病毒成分的SARS-CoV-2突突蛋白可激活细胞信号传导。 [29]。作者报告说,在人肺泡上皮细胞系A549或人肝上皮细胞系Huh7.5中通过瞬时转染的方式表达了全长SARS-CoV-2突突蛋白,并激活了NF-κB和AP-1转录因子以及p38和ERK丝裂原激活的蛋白激酶,释放白介素6。发现该细胞信号转导级联由下调ACE2蛋白表达的SARS-CoV-2突突蛋白触发,随后激活了1型血管紧张素II受体[29]。这些使用瞬时转染的实验可能反映了可能由基于RNA和病毒载体的疫苗触发的刺突蛋白的细胞内效应。这些结果共同强化了这样一种观念,即通过细胞信号转导的激活,人类细胞受到细胞外和/或细胞内刺突蛋白的敏感影响。4. 肺动脉高压PAH是一种无法治愈的严重疾病,可能会影响任何年龄段的男性和女性,包括儿童。 PAH中增加的肺血管阻力会导致右心衰竭并随后死亡。如果不进行治疗,被诊断为PAH的患者从诊断之时起平均只能存活2-3年[30,31]。即使采用目前可用的疗法,PAH患者中也只有60-70%可以存活三年[32-35]。 PAH难以检测,因为其症状(例如呼吸急促,疲劳和头晕)与其他常见的无生命危险的症状相似,并且必须通过有创右心导管检查来对PAH进行官方诊断[36] 。内皮功能障碍是PAH和COVID-19患者的共同特征[37,38]。多环芳烃的“爆发”与某些药物或毒素的暴露有关[39]。 PAH的主要爆发发生在1965年,并与一种减肥瘦身药aminorex有关[39,40]。服用这种药物的人中约有0.2%会发展为PAH [40]。引入氨甲x呤两年后就发现了一种流行病,这种流行病发生十年后,有一半的患者死亡[39]。我们研究了死于ARDS的COVID-19患者和H1N1流感感染患者的肺血管[21]。死后COVID-19患者肺部的肺动脉始终表现出血管壁增厚的组织学特征,这主要是由于中膜肥大所致。详细的病理学分析显示,血管与周围肺实质之间的边界变得不清晰,动脉中层内膜的SMC增大,SMC的细胞核肿胀,并且在SMC的细胞质中产生了液泡[21]。 ]。形态计量学分析确定中位肺血管壁厚度对于COVID-19患者,该值是15.4 µm,对于流感患者,该值是6.7µm,这些值彼此之间存在显着差异[21]。肺血管壁在胸部计算机X线断层扫描中也观察到了COVID-19患者的乳腺增厚[41,42]。因此,这些结果共同表明COVID-19与肺血管壁增厚有关。有必要对这种肺血管壁增厚是否与临床上显着的PAH相关以及是否存在突波蛋白在PAH发病机理中的作用进行研究。 5. 仅包含RBD的SARS-CoV-2突突蛋白不能诱导人类细胞中的细胞信号传导与全长刺突蛋白[26,29]或全长SARS-CoV-2刺突蛋白S1亚基[21]相反,我们发现仅含RBD的蛋白(图1)不会促进细胞信号传导。我们监测MEK活化的Western印迹结果表明,SEM磷酸化的MEK与MEK蛋白的平均比率值为0.05 0.003(未处理),1.90.07(使用全长S1蛋白处理)和0.05 0.003(仅使用RBD处理-含蛋白质)用于人肺动脉SMC;对于人肺动脉内皮细胞而言,分别为0.09 0.006(未处理),0.90 0.06(使用全长S1蛋白处理)和0.10 0.003(仅包含RBD的蛋白处理)[21]。 考虑到BNT162b2和许多其他COVID-19疫苗表达全长刺突蛋白,而仅包含S1和RBD的全长蛋白的不同作用可能很重要,而BNT162b1疫苗仅编码RBD区域[9-20] 。还有其他一些基于RBD的COVID-19疫苗也正在开发中[43]。基于RBD的疫苗可能免疫原性较低,但可能不会影响宿主细胞。因此,考虑到潜在的长期不利影响,他们的风险可能较小。但是,在上述SARS-CoV-1穗蛋白的体内研究中[28],仅包含RBD的缺失突变体也像全长穗蛋白一样使酸诱导的肺衰竭恶化。因此,需要进一步的工作来了解全长刺突蛋白和仅含RBD的蛋白在各种生物过程中的作用。6. 讨论区通常认为,病毒膜融合蛋白的唯一功能是允许病毒结合宿主细胞,以病毒进入细胞,从而释放遗传物质,并进行病毒复制和扩增。地点。但是,最近的观察表明,SARS-CoV-2突突蛋白本身可以触发细胞信号传导,从而导致各种生物学过程。可以合理地假设,在某些情况下,此类事件会导致某些疾病的发病机理。我们的实验室仅测试了SARS-CoV-2峰值蛋白在肺血管细胞以及与PAH的发生有关的蛋白中的作用。但是,这种蛋白质也可能影响全身和冠状血管的细胞,引发其他心血管疾病,例如冠状动脉疾病,全身性高血压和中风。除心血管细胞外,其他表达ACE2的细胞也可能受到SARS-CoV-2峰值蛋白的影响,这可能会导致不良的病理事件。因此,重要的是要考虑由新的COVID-19疫苗产生的SARS-CoV-2突突蛋白触发某些人中促进PAH,其他心血管并发症和/或其他组织/器官并发症的细胞信号事件的可能性。(图3)。我们将需要仔细监控将刺突蛋白引入人体的COVID-19疫苗的长期后果。此外,尽管不会很快获得有关基于刺突蛋白的COVID-19疫苗可能产生的长期后果的人类数据,但必须尽快采用适当的实验动物模型以确保SARS-CoV-2棘突蛋白不会引起任何PAH发病机理或任何其他慢性病理状况的迹象。 图3. SARS-CoV-2刺突蛋白的可能作用。完整病毒的SARS-CoV-2突突蛋白靶向宿主细胞的ACE2,以促进膜融合和病毒进入。 SARS-CoV-2突突蛋白还可以在人细胞中引发细胞信号转导[21,29]。 COVID-19疫苗将刺突蛋白引入人体。除了引起抑制病毒进入的免疫反应外,COVID-19疫苗产生的突触蛋白还可能影响宿主细胞,可能引发不良事件。有必要针对此可能性进行进一步调查。 7. 结论总之,基于SARS-CoV-2穗蛋白的COVID-19疫苗开发的最新进展令人激动,并阐明了如何结束当前的大流行。如果这些疫苗没有表现出任何急性不良反应,它们应该使患有基础疾病的老年人受益。但是,我们需要仔细考虑它们的长期后果,尤其是当将它们用于其他健康的个体以及年轻人和儿童时。除了评估可从感染SARS-CoV-2的个体以及已接受基于穗状蛋白的疫苗的人获得的数据之外,进一步研究SARS-CoV-2穗状蛋白在人细胞和适当动物中的作用型号是保证的。 作者贡献:概念化,Y.J.S .;验证,Y.J.S。和S.G.G .; Y.J.S.调查和S.G.G .;资源,Y.J.S。和S.G.G.;写作-原始草稿,Y.J.S .;写作-审核和编辑,Y.J.S.和S.G.G.;可视化,Y.J.S .;监督,Y.J.S.; Y.J.S.项目管理;资金获取,Y.J.S.两位作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:这项研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助,授权号R21AI142649,R03AG059554和R03AA026516,资金由Y.J.S.内容仅是作者的责任,并不一定代表NIH的官方观点。利益冲突:作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计中没有作用。在数据的收集,分析或解释中;在手稿的写作中;或决定发布结果。参考文献(展示部分,可至原网站查看全部1~43)1. 黄昌王Y;李旭任丽;赵建胡Y;张丽;范G;徐建顾旭等。中国武汉市2019年新型冠状病毒感染患者的临床特征。柳叶刀2020,395,497–506。 [CrossRef]2. 吴昌;陈旭蔡Y;夏J.周X.徐珊;黄辉;张丽;周X.杜C.等。中国武汉冠状病毒病2019肺炎患者与急性呼吸窘迫综合征和死亡相关的危险因素。 JAMA实习生。中2020年,e200994。 [CrossRef]3. 严河;张Y李Y霞郭Y; Zhou,Q.全长人ACE识别SARS-CoV-2的结构基础。科学2020,367,1444–1448。 [CrossRef]4. 戴,W。他,L。张旭。蒲建沃罗宁(D.江南周Y; Du,L.2019年新型冠状病毒的受体结合结构域(RBD)的表征:对RBD蛋白作为病毒附着抑制剂和疫苗的开发意义。细胞。大声笑免疫2020,17,613–620。 [CrossRef]5. 徐中施力;王Y;张建。黄丽;张成;刘珊;赵鹏;刘华;朱力;等。与急性呼吸窘迫综合征相关的COVID-19的病理发现。柳叶刀呼吸。中2020,8,420–422。 [CrossRef]6. 李宝杨建赵峰;智林;王X.刘力; Bi,Z .;赵燕。中国心血管代谢疾病的流行及其对COVID-19的影响。临床Res。乙二醇。 2020,109,531–538。 [CrossRef]7. 杨建郑Y苟X. 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2021-02-07 16:30:56