《感染新冠诱发心肌炎?或因病毒S蛋白导致心肌纤维化和收缩功能受损》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2023-01-18
  • 很多感染者表示感染新冠病毒之后患上了心肌炎,临床上,心肌炎多由病毒感染所致,普通感冒也可能会诱发。病毒性心肌炎是一种较为罕见但同时也可能会致命的新冠感染并发症,其主要症状表现为发热、呼吸困难以及胸部不适。在感染新冠之后,病毒会入侵人体心肌细胞,引起免疫系统过度激活,进而可能会诱发心肌炎。

    早些时候有研究证实新冠病毒可以感染并损伤心肌细胞,但具体损伤机制尚不清楚。近日,来自美国南卡罗莱纳大学医学院的研究团队发现,新冠病毒的S蛋白可诱导线粒体代谢基因的长期转录抑制,并导致心脏纤维化和心肌收缩损伤,或许这一机制可以解释为什么一些人在感染新冠病毒之后罹患心肌炎。该项研究结果以“The SARS-CoV-2 Spike protein induces long-term transcriptional perturbations of mitochondrial metabolic genes, causes cardiac fibrosis, and reduces myocardial contractile in obese mice”为题,发表在预印本平台bioRXiv上。

    研究团队开发了一种具有SARS-CoV-2适当表面趋向性的刺图蛋白假型(Spp)病毒,用于体外病毒进入测定并施用于高脂饮食(HFD)喂养的小鼠,接着使用RNA-seq或实时RT-PCR在引入Spp后2小时、24小时以及3周、6周、24周分析其全身病毒载量和心脏转录组,并监测其心脏功能。

    在进行了低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-c)与Spp病毒结合测定后,研究人员发现LDL-c与Spp的亲和力很高。在LDL-c存在的情况下,Spp病毒进入人类皮肤毛细血管内皮细胞(HDMVECs)、巨噬细胞(MØ)、心肌细胞样H9C2细胞等能力增强。经研究发现,LDL-c联合细胞表面的B类1型清道夫受体(SR-B1)增强Spp进入细胞的能力,SR-B1抑制剂BLT-1可以抑制Spp进入HDMVEC、MØ 和 H9C2中等细胞的能力。

    接着,研究人员观察了小鼠血清中LDL-c的水平以及不同组织器官细胞中SR-B1的表达,发现与正常饮食组小鼠相比,高脂饮食组小鼠的心脏、脂肪组织和肾脏细胞中SR-B1蛋白水平增加,但肝脏、肺、脾脏中SR-B1没有显著增加。

    同时,施用Spp病毒2小时后,病毒在高脂饮食组小鼠的心脏、肾脏、主动脉和脂肪组织中选择性增加,并且在24小时后仍在肾脏以外的组织中积累,包括心脏和脂肪组织。

     

    研究人员试图从基因的差异表达来分析病毒积累的差异性,对小鼠的心肌基因表达进行研究,在接种病毒24小时后,与未接种病毒的正常饮食小鼠相比,接种病毒的小鼠心肌中有30个基因存在表达差异。在高脂饮食小鼠组,与未接种过病毒的小鼠相比,接种病毒的小鼠在24小时后,其体内有548个基因存在表达差异,有434个基因与接种病毒的正常饮食小鼠存在表达差异。

    3周后,正常饮食小鼠不管是否接种病毒,两者之间不再存在差异表达的基因,但高脂饮食小鼠体内仍存在209个差异表达基因,69个基因表达上调,140个基因表达下调。上调的基因大多具有GTP酶活性和GTP结合能力,下调的基因大多具有电子转移活性和质子跨膜转运活性。在下调的基因中,涉及到了线粒体呼吸链的三个基因家族。

    此外,研究人员发现,在接种病毒6周后,正常饮食小组不管是否接种过病毒,两组小鼠心脏的纤维化情况并没有明显差异,但接种Spp病毒的高脂饮食小鼠心肌却出现明显的纤维化情况。

    超声心动图显示,接种病毒24周后,高脂饮食小鼠的心脏射血分数和缩短分数显著降低,左心室收缩末期直径和容积显著增加,这表明小鼠心肌收缩功能下降,心肌出现损伤。

    综上研究表明,LDL-c促进病毒进入细胞,而高脂饮食诱导的肥胖导致病毒在机体心脏、主动脉和脂肪组织中的选择性积累,接着病毒的S蛋白引起线粒体呼吸链基因家族的长期转录抑制,导致心肌代谢异常,进而促进心肌纤维化的发展和心肌功能收缩功能障碍。

    同时,我们还注意到肥胖是新冠病毒诱发心肌炎的一个重要因素,因此,保持饮食健康也是有效防护的一个基本方法。

    此外,心肌炎的病程可能会持续数小时到数月不等,严重的并发症如由于扩张型心肌病或心力衰竭引起的心脏骤停。基于此,如果出现心慌、胸闷、气象等不适,需要提高警惕,一定要及时就医。

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/504de56454d4.html
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    • 德国乌尔姆大学医学中心的研究人员发文称,BA.5在人心肌细胞中的复制能力和对心肌细胞的损伤比BA.1更强,更类似德尔塔变异株,再次证实了新型冠状病毒可以感染并损害心肌细胞[1]。但是,新冠病毒损害心肌的具体机制仍不清楚。 近日,由美国南卡罗莱纳大学医学院副教授Wenbin Tan领衔的研究团队,在预印本平台bioRxiv发表的最新研究成果[2],从机制上解答了我们的疑问。 他们发现,在高脂饮食诱导的肥胖小鼠体内,新冠病毒的S蛋白可以诱导心肌细胞线粒体代谢相关基因的长期转录抑制,并导致心肌纤维化和收缩能力损伤。这一发现让我们对新冠相关的心肌病有了更深入的认知。为了探索新冠导致心肌病的机制,Wenbin Tan团队基于早期原始新冠毒株构建了S蛋白假(Spp)病毒,并在人类皮肤毛细血管内皮细胞(HDMVECs)、巨噬细胞(MØ)和心肌细胞样H9C2细胞中开展研究。 基于上述三个细胞系,他们发现低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)与Spp的亲和力非常高,LDL-c可以联合细胞表面的B类1型清道夫受体(SR-B1)增强Spp进入细胞的能力,而SR-B1抑制剂BLT-1可以抑制LDL-c增强Spp进入细胞的能力。这也与之前的研究结果相一致[3]。 随后,Wenbin Tan团队在正常饮食(NCF)小鼠和高脂饮食(HFD)小鼠体内,研究了Spp病毒对心脏的选择性。 考虑到上一个实验发现LDL-c和SR-B1与Spp病毒进入细胞的效率密切相关,研究人员先分析了两组小鼠血清中LDL-c的水平,以及不同组织器官细胞表达SR-B1的情况。 毫无疑问的是,高脂饮食组小鼠血清中总胆固醇、LDL-c和极低LDL-c的水平明显高于正常饮食组小鼠。 SR-B1的表达情况让他们感到意外,与正常饮食组小鼠相比,高脂饮食组小鼠的心脏、脂肪组织和肾脏细胞SR-B1蛋白水平明显增加,而在肝脏、肺和脾脏细胞却没有增加。与之相对应的是,与正常饮食组小鼠相比,高脂饮食组小鼠在接种Spp病毒两小时后,病毒选择性地在心脏、肾脏、主动脉和脂肪组织中显著增加,而且24小时后仍在心脏、主动脉和脂肪组织中积累。 要知道,Wenbin Tan团队使用的Spp病毒是没有复制能力的,正常情况下,随着时间的推移,细胞内病毒水平应该是下降的。但是24小时后,心脏、主动脉和脂肪组织中的病毒水平仍在增加或处于较高水平。这也暗示,Spp病毒对这些组织的选择性极强。 接下来的问题是,Spp病毒选择性在心肌细胞中积累,对心肌细胞会产生什么影响。为了解答这个问题,Wenbin Tan团队从基因的差异表达(DE)水平探索了背后的潜在机制。 在正常饮食的小鼠中,与未接种Spp病毒的对照组相比,接种Spp病毒24小时后的小鼠心肌中有30个基因存在表达差异,其中19个上调,11个下调。他们认为正常饮食小鼠的变化之所以较温和,是因为24小时后,心脏的病毒几乎被清除殆尽[4]。 高脂饮食的小鼠基因表达变化就非常剧烈了,接种Spp病毒24小时之后,仍有548个基因与未接种病毒的高脂饮食小鼠存在表达差异,有434个基因与接种病毒的正常饮食小鼠存在表达差异。由此可见,Spp病毒对高脂饮食小鼠心肌基因表达的影响非常剧烈。 在上述研究的基础上,Wenbin Tan团队还探索了Spp病毒对心肌细胞基因表达和心肌本身的长期影响。 他们发现,在接种Spp病毒的3周后,正常饮食小鼠之间已经没有差异表达的基因了,但是高脂饮食小鼠仍存在209个差异表达基因,其中69个上调和140个下调。深入分析发现,下调的基因大多具有电子转移活性和质子跨膜转运活性,而上调的基因大多有GTP酶活性和GTP结合能力。 值得注意的是,涉及线粒体呼吸链(MRC)的三个基因家族被显著下调,包括ATP合成酶、NADH:泛醌氧化还原酶家族(NDUFs)和细胞色素c氧化酶(COX)。 在接种Spp病毒6周后,Wenbin Tan团队观察了小鼠心脏纤维化的情况。正常饮食小鼠,无论是否接种过病毒,6周后两组小鼠心脏的纤维化情况没有差异。而接种Spp病毒的高脂饮食小鼠,心肌明显出现纤维化。 在接种后24周的时候,Wenbin Tan团队通过超声研究了小鼠的心脏功能。 他们发现,与年龄匹配的高脂饮食对照组相比,接种Spp病毒24周时高脂饮食小鼠的心脏射血分数(EF)和缩短分数(FS)显著下降,而左心室收缩末期直径和容积则显著增加。这表明,心肌收缩能力降低,心肌出现损伤。 总的来说,Wenbin Tan团队的这项研究表明,LDL-c可以增强病毒进入细胞的能力,高脂饮食诱导的肥胖可以导致病毒在心脏、主动脉和脂肪组织中的选择性积累;随后病毒的S蛋白引起线粒体呼吸链基因家族的长期转录抑制,导致心肌代谢异常;最后是心肌纤维化增加,功能受损。 巧合的是,几乎在同一时间,哈佛大学David R. Walt和Lael M. Yonker团队在《循环》上发表的一项研究成果,将mRNA疫苗相关心肌炎的矛头也指向了S蛋白[5]。 这项研究发现,在接种mRNA疫苗后发生心肌炎的青少年和年轻成年人的血液中,可以检测到未被抗体结合的游离全长S蛋白,而没有心肌炎的群体中,检测不到游离S蛋白[5]。不难看出,这个研究在一定程度上佐证了Wenbin Tan团队发现的心肌受损机制。 心脏损伤和心肌病作为新型冠状病毒感染的常见并发症,已经被科学家重点关注。今天介绍的两个研究都表明,S蛋白可能在其中发挥着重要的作用。不过,由于S蛋白是新冠病毒变异最快的部分,不同亚型的新冠病毒是否存在类似的机制,还需要更多的研究。 无论如何,感染新冠病毒康复之后,咱们还是要注意休息,给身体更多的修复时间。 祝所有的感染者早日康复。 参考文献: [1].Nchioua R, Diofano F, Noettger S, et al. Strong attenuation of SARS-CoV-2 Omicron BA.1 and increased replication of the BA.5 subvariant in human cardiomyocytes. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):395. doi:10.1038/s41392-022-01256-9 [2].Xiaoling Cao, Vi Nguyen, Joseph Tsai, et al. The SARS-CoV-2 Spike protein induces long-term transcriptional perturbations of mitochondrial metabolic genes, causes cardiac fibrosis, and reduces myocardial contractile in obese mice. bioRxiv 2023.01.05.522853; doi: https://doi.org/10.1101/2023.01.05.522853 [3].Wei C, Wan L, Yan Q, et al. HDL-scavenger receptor B type 1 facilitates SARS-CoV-2 entry. Nat Metab. 2020;2(12):1391-1400. doi:10.1038/s42255-020-00324-0 [4].Cao X, Tian Y, Nguyen V, et al. Spike protein of SARS-CoV-2 activates macrophages and contributes to induction of acute lung inflammation in male mice. FASEB J. 2021;35(9):e21801. doi:10.1096/fj.202002742RR [5].Yonker LM, Swank Z, Bartsch YC, et al. Circulating Spike Protein Detected in Post-COVID-19 mRNA Vaccine Myocarditis. Circulation. 2023. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.122.061025
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    • COVID-19大流行,是近百年来人类遭遇的影响范围最广的全球性大流行病,随着国内疫情防控放开,全国各地接踵迎来感染高峰,许多人已经阳康,或是正在阳康的路上。然而,即使已经康复,新冠感染导致的后遗症依旧令人担忧。 新冠后遗症也被称为“长新冠”(Long COVID),世界卫生组织(WHO)将其定义为:在新冠感染后3个月依然存在症状,至少持续2个月,并且无法用其他诊断来解释。其中,易疲劳、呼吸急促、胸痛、味觉嗅觉消失以及更为严重的心肌炎都是常见的新冠后遗症。 近期,新冠康复者容易患心肌炎的问题引起公众强烈的关注,一些表明在阳康后剧烈运动导致急性心肌炎的聊天截图也在微信群、朋友圈广泛流传。而最近,Nature Medicine 期刊发表的一项大规模研究显示【1】,成年人接种新冠疫苗与心肌炎风险小幅增加有关,而感染新冠病毒则与心肌炎、心包炎和心律失常风险大幅增加有关。 那么,新冠感染导致心肌炎的具体机制是什么?什么人在感染新冠后更容易患心肌炎呢? 近日,美国南卡罗莱纳大学医学院 Tan Wenbin 团队在预印本平台 bioRxiv 上发表了题为:The SARS-CoV-2 Spike protein induces long-term transcriptional perturbations of mitochondrial metabolic genes, causes cardiac fibrosis, and reduces myocardial contractile in obese mice 的研究论文【2】。 该研究表明,在高脂饮食诱导的肥胖小鼠体内,新冠病毒的刺突蛋白(S蛋白)会诱导心肌细胞线粒体代谢相关基因的长期转录抑制,导致心脏纤维化并降低肥胖小鼠的心肌收缩能力,最终表现为心肌损伤。 COVID-19是由新冠病毒(SARS-OoV-2)感染导致的急性呼吸道综合征,新冠病毒是通过其刺突蛋白(S蛋白)与人体细胞表面的ACE2受体结合而入侵和感染的。随着新冠大流行的发展,包括心血管症状在内的新冠病毒急性后遗症已成为新的健康威胁。 之前的研究显示,与代谢相关的疾病,如糖尿病、心血管疾病、高血压和肥胖等,是导致新冠患者出现严重症状的危险因素。 此前,Tan Wenbin团队已经证明,COVID-19患者的总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-c)水平降低,并与疾病的严重程度和死亡率相关。 不仅如此,在机制上,脂质已被证明是冠状病毒传播、复制和运输的关键贡献者,而刺突蛋白也被证明可以损害宿主细胞的脂质代谢。这些证据表明,血脂和肥胖是影响COVID-19严重程度的重要因素。 LDL-c联合SR-B1增强新冠病毒进入细胞 在这项最新研究中,Tan Wenbin团队构建了具有SARS-CoV-2表面亲和性的S蛋白假病毒(Spp),用于体外细胞感染实验以及体内小鼠试验,以此探索新冠感染导致心血管疾病的具体机制,及其与肥胖的联系。 研究团队首先在人类皮肤毛细血管内皮细胞(HDMVECs)、巨噬细胞(MØ)和心肌细胞样H9C2细胞中进行了病毒感染实验。他们发现,LDL-c与Spp的亲和力非常高,比常规的VSV-G慢病毒高10倍。 进一步研究显示,LDL-c可以联合细胞表面的B类1型清道夫受体(SR-B1)增强Spp进入细胞的能力,而SR-B1抑制剂BLT-1可以抑制LDL-c增强Spp进入细胞的能力,但一种抗LDL受体(LDLR)的抗体未能阻断HDMVEC中LDL-c增强的Spp进入。这一数据表明,SR-B1,而不是LDLR,解释了LDL-c增强的Spp细胞摄取。 紧接着,研究团队在小鼠中进一步探究了Spp病毒是否与脂代谢以及心血管系统存在联系。研究人员发现,与正常饮食(NCF)小鼠相比,高脂饮食(HFD)小鼠的血清总胆固醇、LDL-c/VLDL-c(极低密度脂蛋白固醇)和HDL-c水平显著升高。此外,高脂饮食小鼠的心脏、脂肪组织和肾脏中的SR-B1蛋白水平显著升高,但在肝、肺和脾脏中没有显著升高。 肥胖增强新冠感染,且反应更为剧烈和持久 研究团队使用的Spp病毒是没有复制能力的假病毒,它们会在一段时间后逐渐被清除殆尽。但令人惊讶的是,在感染24h后,Spp病毒在高脂饮食小鼠的心脏、主动脉和脂肪组织中仍处于较高水平,相比之下,正常饮食小鼠的心脏病毒载量在24h后被清除。这一结果表明,Spp对高脂饮食小鼠的心血管组织和脂肪组织有极强的亲和力,并因此顽固残留。 那么,Spp病毒在高脂饮食小鼠中高度亲和心肌细胞并在其中积累会导致什么后果呢?为了回答这一问题,研究团队检测了两组小鼠在感染前后的转录组变化: 在正常饮食小鼠中,感染前后的心肌组织有30个基因存在表达差异,其中19个上调,11个下调;但在高脂饮食小鼠中,共有548个基因存在差异,表明Spp病毒感染对高脂饮食小鼠的心肌组织的基因表达有显著影响。 更重要的是,在Spp病毒感染3周后,高脂饮食小鼠仍有209个差异表达基因,包括69个上调转录本和140个下调转录本。GO分析显示,富集的上调基因的功能注释为GTPase活性和GTP结合;富集的下调基因则与电子转移活性和质子跨膜转运体活性相关,特别是涉及线粒体呼吸链(MRC)的三个基因家族簇显著下调,包括ATP合酶、NDUFs和COXs。 肥胖小鼠在感染后出现心脏纤维化和心肌损伤 不仅如此,研究团队还观察了Spp病毒感染对小鼠心脏纤维化的影响。他们发现,在感染6周后,正常饮食小鼠的心脏无明显改变,但高脂饮食小鼠的心肌组织却发生了明显的纤维化。 除了形态学观察,研究团队还通过超声心动图测试了高脂饮食小鼠的心脏功能,研究结果显示,与未感染组相比,接种Spp病毒24周后高脂饮食小鼠的心脏射血分数(EF)和缩短分数(FS)显著下降,而左心室收缩末期直径和容积则显著增加,表明心肌收缩力降低、心肌出现损伤。 总而言之,这项研究表明,高脂饮食诱导的肥胖可以增强新冠病毒进入细胞的能力,促使病毒在心血管系统中积累,而新冠病毒的S蛋白会诱导心肌细胞线粒体代谢相关基因的长期转录抑制,导致心肌代谢异常,最终表现为心肌纤维化增加、心肌功能受损。 由此看来,肥胖是影响新冠严重程度的一个重要风险因素,肥胖患者在阳康后应当尽量多休息,给身体更多的修复时间,同时减少剧烈运动,并时刻关注自己的身体状况,避免出现心肌炎等严重的新冠后遗症!