中文標(biāo)題：GP73是一種促成糖激素，會導(dǎo)致嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒誘導(dǎo)的高血糖

研究對象：小鼠

發(fā)表期刊：Nature Metabolism

影響因子：13.511

發(fā)表時間：2022-01-06

發(fā)表單位：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京生物技術(shù)研究所

運(yùn)用生物技術(shù)：磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、LC-MS靶向代謝組學(xué)

研究背景

自2019年新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情以來，在最近的臨床數(shù)據(jù)表明，COVID-19與糖尿病之間存在密切的相互作用。先前存在的糖尿病會顯著增加COVID-19的死亡率和發(fā)病率。在COVID-19患者中，新發(fā)高血糖、糖尿病酮癥酸中毒(DKA)和糖尿病發(fā)病率通常增加。雖然由于β細(xì)胞感染導(dǎo)致的胰島素分泌受損，但可能有助于在COVID-19患者中觀察到的代謝失調(diào)，新發(fā) T2D 的致病機(jī)制在很大程度上是未知的。

研究思路

1、前期建模實驗：

2、后期實驗驗證：

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研究結(jié)果

在禁食和高脂肪飲食條件下，多個組織誘導(dǎo)GP73含量升高

人類和小鼠的禁食增加了血漿GP73水平（圖1a，b），禁食24小時后，觀察到GP73的mRNA在心臟、肝臟、腎臟、白脂肪組織（WAT）和胰腺中的強(qiáng)烈上調(diào)（圖1c）。與這一發(fā)現(xiàn)一致，在禁食24小時后，肝臟、WAT和胰腺組織中GP73免疫熒光染色的強(qiáng)度顯著增加（圖1d）。

圖1 | 在禁食和高脂肪飲食條件下，多個組織誘導(dǎo)GP73含量升高

GP73的增加會升高空腹血糖

高血糖原因很多，可能是葡萄糖清除受損，也可能是糖原分解，還可能是糖異生產(chǎn)生過量葡萄糖，為確定導(dǎo)致GP73誘導(dǎo)高血糖的原因，研究人員進(jìn)行了胰島素耐量測試（ITT），結(jié)果是沒有顯著差異（圖2e）。在葡萄糖耐量試驗（GTT）評估胰島素抵抗時，rmGP73嚴(yán)重?fù)p害了葡萄糖清除率（圖2f）。丙酮酸耐受性試驗（PTT），在過夜禁食，糖原消耗的小鼠中，GP73激發(fā)試驗后丙酮酸向葡萄糖的轉(zhuǎn)化大大增強(qiáng)，并且抗GP73處理完全阻斷了這種效果（圖2g）。GP73升高也刺激了丙氨酸驅(qū)動的糖異生，處于糖原耗盡狀態(tài)（圖2h）。經(jīng)過一系列實驗證實，rmGP73的增加可能主要通過增強(qiáng)內(nèi)源性葡萄糖的產(chǎn)生和降低葡萄糖清除率來升高空腹血糖（圖3f）。

圖2 rmGP73的增加會升高空腹血糖

GP73特異性流向肝臟以刺激糖異生

為了研究GP73在體內(nèi)的靶標(biāo)部位，研究者將Cy7標(biāo)記的rmGP73（rmGP73-Cy7）注射到小鼠中，體外成像發(fā)現(xiàn)，rmGP73-Cy7靶向積累到肝臟和腎臟組織中（圖3a）。為了評估GP73對肝臟的影響，研究者用rmGP73刺激過夜禁食小鼠中分離的小鼠原代肝細(xì)胞（PMHs），發(fā)現(xiàn)GP73以劑量和時間依賴性方式促進(jìn)肝臟葡萄糖（HGP）含量升高（圖3c）。

圖3 | 循環(huán)GP73流向肝臟以刺激糖異生

GP73誘導(dǎo)PKA激酶刺激糖異生

研究發(fā)現(xiàn)GP73的表達(dá)和分泌受機(jī)體營養(yǎng)狀態(tài)的調(diào)控，在饑餓和高脂飲食等狀態(tài)下，GP73以內(nèi)分泌和自分泌的方式迅速聚集至肝臟，發(fā)揮“升糖激素”的作用。GP73處理小鼠原代肝細(xì)胞的磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果顯示和胰高血糖素一樣，GP73能夠激活以PKA為核心的cAMP-PKA-CREB信號通路，顯著提高肝臟的糖異生能力（圖4）。

圖4 | GP73誘導(dǎo)PKA激酶刺激糖異生

SARS-CoV-2感染促進(jìn)GP73的產(chǎn)生和分泌

研究表明在新冠感染病人的血清中檢測到了GP73水平的明顯升高，并且與病人的空腹血糖呈正相關(guān)。新冠恢復(fù)患者的血清中GP73仍然維持在較高水平，提示病毒感染造成的肝損傷和細(xì)胞因子激活也是GP73異常分泌的原因。細(xì)胞學(xué)實驗研究發(fā)現(xiàn)GP73水平的升高是由新冠病毒S蛋白和N蛋白與GP73的蛋白間相互作用介導(dǎo)。利用鼠新冠適應(yīng)株MASCp6感染小鼠后，研究人員也發(fā)現(xiàn)了血糖異常升高伴隨著血清GP73水平的升高，證實了新冠病毒感染造成循環(huán)中GP73升高這一病理特征（圖6、圖7）。最后，研究人員利用自主研發(fā)的GP73單克隆抗體，成功抑制了新冠病毒感染小鼠肝細(xì)胞的糖異生作用，并且能夠使小鼠空腹血糖水平恢復(fù)正常。

圖5 | SARS-CoV-2感染促進(jìn)GP73的產(chǎn)生和分泌

圖6、圖7 | GP73阻斷抑制SARS-CoV-2誘導(dǎo)的糖異生增強(qiáng)

研究討論

綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)了一個全新的糖異生調(diào)控激素——GP73，新冠病毒感染會誘導(dǎo) GP73 的產(chǎn)生和分泌，從而導(dǎo)致過度的糖異生。持續(xù)升高的GP73可能直接使宿主發(fā)生糖代謝異常，利用抗體阻斷循環(huán)系統(tǒng)中的GP73，則有可能減輕新冠感染期和恢復(fù)期的血糖異常和病死率。

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文末看點(diǎn)

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