Metabolism:肺表面活性物质DMPC和PMPC降低使得肥胖患者SARS-CoV-2感染。

背景：由新型冠状病毒感染引起的持续的新冠肺炎疫情已经导致全球超过600万人死亡。尽管有充分的证据表明，肥胖是SARS-CoV2病毒载量较高、严重新冠肺炎病和更差结果的主要风险因素，但其潜在的分子机制并没有得到很好的理解。可能涉及促炎状态、受损的免疫反应、对病原体的血栓形成反应和肾素-血管紧张素系统的失调，但这些机制的实验验证证据有限。

新冠肺炎主要是一种呼吸道疾病，病毒最初是通过呼吸道进入的。肺部不断暴露在吸入的微生物中。在进化过程中，肺已经发展出专门的防御系统来防止感染。由II型肺细胞产生的表面活性剂是肺宿主防御系统的前线。肺表面活性物质是脂质和蛋白质的复杂混合物，约90%为脂质，主要是磷脂酰胆碱(PCs)，10%为蛋白质(质量百分比)。表面活性剂的主要作用是降低气液界面的表面张力，防止肺泡萎陷。表面活性剂在宿主防御感染和炎症中也起着关键作用。亲脂性肺表面活性成分在气管内应用于肺以及局部应用于皮肤时具有抗微生物和抗炎特性。

由于肥胖的特征是脂质代谢异常，我们推断肺表面活性物质中脂质成分的改变可能会削弱其对新型冠状病毒感染的防御。我们对肺组织和表面活性剂的脂质组学分析显示，肥胖小鼠体内二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)和棕榈酰肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(PMPC)减少。重要的是，DMPC和PMPC抑制野生型和D614G突变型新型冠状病毒感染。因此，增加肺表面活性物质中的DMPC和PMPC可以减少新型冠状病毒感染，预防新冠肺炎重症。

目的:我们假设肥胖患者肺表面活性物质脂质成分的改变可能会促进新型冠状病毒感染，导致严重的新冠肺炎病。

方法:使用LC-MS/ MS对肺组织和支气管肺泡灌洗液(BALF)进行脂质组学分析。在ACE2过表达的HEK293T细胞和内源性ACE2表达的Vero-E6细胞中研究PCs对新型冠状病毒假病毒感染的影响。对于细胞-细胞融合试验，HEK293T-ACE2和表达新型冠状病毒刺突/eGFP的HEK293T分别用作靶细胞和效应细胞。

结果:脂质组学分析显示，高脂饮食诱导的肥胖小鼠的肺组织和BALF中含肉豆蔻酸的二肉豆蔻酰-PC (DMPC)和棕榈酰肉豆蔻酰-PC (PMPC)减少。DMPC和PMPC显著抑制HEK293T-ACE2和Vero-E6细胞中野生型和D614G突变型新型冠状病毒感染。用肉豆蔻酸的甘油三酯——肉豆蔻酸三酯——喂养肥胖小鼠，增加了肺表面活性物质中DMPC和PMPC的水平。从三豆蔻明处理的肥胖小鼠的BALF中提取的脂质减轻了野生型和D614G突变型新型冠状病毒感染的升高。DMPC和PMPC对新型冠状病毒感染的抑制作用被胆固醇逆转。

图1 在293T/ACE2和Vero E6细胞(n = 6)中，与来自消瘦对照组小鼠的脂质相比，来自饮食诱导的肥胖小鼠的BALF脂质(25μg/ml)增强假型新型冠状病毒感染。假型新型冠状病毒病毒颗粒通过用从BEI资源库获得的质粒转染Lenti-X 293t细胞而产生:新型冠状病毒穗(NR-52514)、HDM-Hgpm2 (NR-52517)、pRC-CMV-Rev1b (NR-52519)、HDM-tat1b (NR-52518)和荧光素酶-IRESZsGreen (NR-52516)。假型病毒上的刺突蛋白作为配体，用于病毒内化到表达ACE2的HEK293T和Vero E6中。荧光素酶活性被测量作为病毒感染率的替代物。b .饮食诱导的肥胖和对照瘦小鼠的肺和BALF中常见的脂质改变。DMPC、PMPC和DPPC的c–e水平通过BALF的靶向脂质组学从食用食物或HFD喂养的小鼠(n = 6)中测定。DMPC和PMPC抑制293T/ACE2细胞中新型冠状病毒假病毒的感染，但DPPC不抑制。通过荧光素酶活性测量病毒感染率(n = 3)。I . DMPC、PMPC和DPPC对293T/ACE2细胞中携带GFP的新型冠状病毒假病毒感染的影响的代表性图像(比例尺，400μm)。假型新型冠状病毒病毒颗粒表达ZsGreen报道基因，使得GFP荧光可视化，作为病毒感染的指标。将DMPC、PMPC或DPPC脂质溶解在乙醇中，并使用相同体积的乙醇作为对照。j . DMPC、PMPC和DPPC对293T/ACE2细胞中假型水泡性口炎病毒(VSV)感染的影响。DMPC (K)和PMPC (L ),而不是DPPC (M ),在Vero E6细胞中抑制新型冠状病毒感染(n = 4-6)。DMPC和PMPC在293T/ACE2 (N)和Vero E6 (O)细胞(n = 6)中抑制含有D614G突变的新型冠状病毒假病毒的感染。*p < 0.05。

图2 A–B .在肥胖小鼠的BALF脂质提取物中加入DMPC或PMPC逆转了293T/ACE2 (A)和Vero E6细胞(B)中新型冠状病毒感染的增加(n = 4)。C–D .连续两周(n = 5–10)用含有三豆蔻明的食物、HFD或HFD喂养的小鼠的体重(C)和葡萄糖水平(D)。例如，在HFD喂养的肥胖小鼠(n = 5-8)的BALF中，三肉豆蔻醚治疗增加了DMPC (E)和PMPC (F ),但降低了DPPC (G)。H–I .来自经三豆蔻明处理的肥胖小鼠的BALF脂质逆转293T/ACE2 (H)和Vero E6细胞(I)中升高的新型冠状病毒感染(n = 5)。来自三豆蔻明处理的肥胖小鼠的J. BALF脂质逆转Vero E6细胞中升高的D614G突变新型冠状病毒感染(n = 5)。胆固醇剂量依赖性地逆转DMPC和PMPC对293T/ACE2 (K)和Vero E6细胞(L)中新型冠状病毒感染的抑制作用(n = 4)。将HEK293T-ACE2或Vero E6细胞与胆固醇预孵育2小时。去除含有胆固醇的培养基，用PBS洗涤细胞，然后加入新型冠状病毒假病毒和脂质。孵育24小时后，通过荧光素酶活性测量新型冠状病毒病毒感染率。DMPC分枝杆菌和PMPC破坏Spike和表达ACE2的HEK293T之间的细胞融合，并且这种作用通过添加胆固醇而逆转(n = 5)。*p < 0.05。n .代表性细胞融合试验显示胆固醇逆转DMPC和PMPC抑制的尖峰-eGFP和表达ACE2的HEK293T细胞之间的细胞融合(比例尺，1000μm)。上图:将表达eGFP的HEK293T细胞与HEK293T-ACE2细胞在有或没有指定脂质的情况下共培养48小时。没有发生细胞融合，因为刺突蛋白不表达。下图:将表达刺突-eGFP融合蛋白(SARSCoV2-S/eGFP)的HEK293T细胞与HEK293T-ACE2细胞在有或没有指定脂质的情况下共培养。在乙醇处理组中，Spike-ACE2相互作用导致细胞膜融合和显著的合胞体形成。DMPC和PMPC抑制合胞体的形成，胆固醇部分逆转这种抑制作用。

结论:肺表面活性物质中DMPC和PMPC减少可能促进新型冠状病毒感染。增加肺表面活性物质中的DMPC和PMPC可能是预防和治疗肥胖的严重新冠肺炎病的创新策略。

原文出处： Du K,  Sun L,  Luo Z,et al.Reduced DMPC and PMPC in lung surfactant promote SARS-CoV-2 infection in obesity.Metabolism 2022 Mar 18;131