二甲雙胍，每月一夸,！

之前已有很多研究報道過二甲雙胍除了能控制血糖,，或許還能發(fā)揮抗癌、防衰老等諸多神奇作用,。最近,，二甲雙胍的抗炎作用也逐漸開始受到大家關(guān)注。

在過去的一年多里,，幾項回顧性臨床研究報告稱,，糖尿病患者使用二甲雙胍與新冠肺炎嚴(yán)重程度和死亡率降低相關(guān)，而其他降糖藥物似乎沒有類似的相關(guān)性[1, 2],。

這些臨床研究的結(jié)果提示：二甲雙胍的抗炎活性,，可能是降低 COVID-19 嚴(yán)重程度和死亡率的原因，那么這一現(xiàn)象背后又有哪些生物學(xué)機(jī)制呢,？

近日,，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的Michael Karin團(tuán)隊在Immunity發(fā)表重要研究成果，他們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以抑制NLRP3炎癥小體的活化,，進(jìn)而緩解肺部炎癥[3],。

論文首頁截圖

IL-1β和 IL-6 是被稱為細(xì)胞因子的蛋白質(zhì),，在新冠肺炎患者中,，它們的水平通常會很高，并可能會導(dǎo)致“細(xì)胞因子風(fēng)暴”的產(chǎn)生[4],。

為了搞清楚二甲雙胍抗炎作用的基礎(chǔ),，研究人員首先探究了二甲雙胍對炎性因子表達(dá)的影響。他們使用脂多糖LPS誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生炎性因子,，隨后發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以顯著降低IL-1β和 IL-6 mRNA的水平,，但不抑制炎癥通路NF-κB的激活。

二甲雙胍降低LPS誘導(dǎo)的IL-1β和 IL-6 mRNA的表達(dá)

由于IL-1β的分泌依賴于炎癥小體NLRP3的活化,，研究人員進(jìn)一步研究了二甲雙胍對pro-IL-1β（IL-1β前體）加工和NLRP3炎癥小體激活的影響,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)二甲雙胍顯著抑制了NLRP3炎癥小體的激活，NLRP3下游的caspase-1,、IL-1β,、GSDMD的切割活化均顯著減弱,。

二甲雙胍抑制了NLRP3炎癥小體通路的激活

那么，二甲雙胍是如何抑制NLRP3炎癥小體活化的呢,？

研究人員發(fā)現(xiàn),，雖然二甲雙胍可以減弱NLRP3激活后巨噬細(xì)胞中線粒體活性氧（mtROS）的積累，但mtROS生成劑mitoParaquat和DMNQ處理并不能逆轉(zhuǎn)NLRP3炎性小體的激活,，這提示二甲雙胍的這一作用對抑制NLRP3炎性小體的激活并不重要,。

NLRP3炎癥小體的啟動和激活[5]

氧化的線粒體DNA（Ox-mtDNA）也是一個NLRP3重要的激活劑[6],。先前的研究發(fā)現(xiàn),，LPS刺激可促進(jìn)mtDNA的合成， CMPK2（胞苷磷酸激酶2）和POLγ（DNA聚合酶γ）在這一過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[7, 8],。

研究人員發(fā)現(xiàn),，二甲雙胍對CMPK2和POLγ的表達(dá)沒有影響，但是可減弱POLγ的酶活性,，而添加ATP可恢復(fù)POLγ的活性,。這表明二甲雙胍可能通過降低細(xì)胞中ATP的含量，進(jìn)而導(dǎo)致POLγ酶活性的明顯下降,。

二甲雙胍可抑制mtDNA的合成

先前的研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過靶向線粒體呼吸復(fù)合體I（ETCCI）來抑制ATP的產(chǎn)生[9],。研究人員在巨噬細(xì)胞中敲除了ETCCI的一個亞基Ndufs4后發(fā)現(xiàn),，NLRP3的活化以及LPS誘導(dǎo)的mtDNA合成均被顯著抑制，且二甲雙胍不能進(jìn)一步發(fā)揮抑制作用。

這些結(jié)果表明,，二甲雙胍主要通過抑制ATP和mtDNA的合成,，進(jìn)而抑制NLRP3炎癥小體的激活，其中mtDNA的合成是生成NLRP3激活劑Ox-mtDNA所必需的,。

前面的實驗主要是在細(xì)胞模型上進(jìn)行的,，研究人員又通過動物模型進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）通?？捎赏鈧图?xì)菌或病毒感染引發(fā),，它是危重患者呼吸衰竭的常見原因，也是 COVID-19 住院患者的常見死因[10],。

研究人員發(fā)現(xiàn),，在注射LPS（模擬細(xì)菌性肺炎）之前或之后給小鼠服用二甲雙胍，可抑制 ARDS 的發(fā)作并減輕其癥狀,。二甲雙胍還顯著降低了注射了LPS的小鼠的死亡率,，并抑制肺泡巨噬細(xì)胞內(nèi) IL-1β 的產(chǎn)生和炎癥小體的組裝。

二甲雙胍抑制脂多糖誘導(dǎo)的急性呼吸窘迫綜合征

隨后,，研究人員構(gòu)建了髓系細(xì)胞CMPK2特異性敲除的小鼠，這樣LPS刺激就不能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞mtDNA的合成,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，CMPK2特異性敲除對LPS誘導(dǎo)的ARDS小鼠有保護(hù)作用，其中IL-1β的釋放幾乎被完全抑制,，而IL-6的分泌卻幾乎不受影響,。

如果同時用二甲雙胍進(jìn)行治療，研究人員發(fā)現(xiàn)IL-1β的分泌不會被進(jìn)一步抑制,，而IL-6的分泌可以被抑制,。這些結(jié)果表明，二甲雙胍通過完全不同的機(jī)制影響IL-1β和IL-6的分泌,， IL-1β依賴于LPS誘導(dǎo)的mtDNA合成,，這一過程可被CMPK2的敲除所阻斷。

最后,，研究人員還通過COVID-19模型進(jìn)行了進(jìn)一步地驗證,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可減輕SARS-COV-2誘導(dǎo)的肺部炎癥。

二甲雙胍可減輕SARS-CoV-2感染引起的急性呼吸窘迫綜合征

總的來說,，這項研究的發(fā)現(xiàn)提示二甲雙胍或 CMPK2 抑制劑可能為COVID-19重癥患者和其他形式的 ARDS 提供新的治療方法,，但本研究尚局限于基礎(chǔ)研究，這些結(jié)果還依賴于臨床試驗來進(jìn)一步證實,。

NLRP3 炎癥小體在多種神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病中也發(fā)揮作用,，二甲雙胍在這些疾病中也可能具有治療潛力。此外,，抑制炎癥小體激活也可能是二甲雙胍抗衰老作用的原因,，但這些猜測還需要被進(jìn)一步證實。

參考文獻(xiàn)

1.J. Li et al., Metformin Use in Diabetes Prior to Hospitalization: Effects on Mortality in Covid-19. Endocr Pract 26, 1166-1172 (2020).

2.P. Luo et al., Metformin Treatment Was Associated with Decreased Mortality in COVID-19 Patients with Diabetes in a Retrospective Analysis. Am J Trop Med Hyg 103, 69-72 (2020).

3.H. Xian et al., Metformin inhibition of mitochondrial ATP and DNA synthesis abrogates NLRP3 inflammasome activation and pulmonary inflammation. Immunity, (2021).

4.P. Conti et al., Induction of pro-inflammatory cytokines (IL-1 and IL-6) and lung inflammation by Coronavirus-19 (COVI-19 or SARS-CoV-2): anti-inflammatory strategies. J Biol Regul Homeost Agents 34, 327-331 (2020).

5.K. V. Swanson, M. Deng, J. P. Ting, The NLRP3 inflammasome: molecular activation and regulation to therapeutics. Nat Rev Immunol 19, 477-489 (2019).

6.B. R. Sharma, T. D. Kanneganti, NLRP3 inflammasome in cancer and metabolic diseases. Nat Immunol 22, 550-559 (2021).

7.Z. Zhong et al., New mitochondrial DNA synthesis enables NLRP3 inflammasome activation. Nature 560, 198-203 (2018).

8.R. Zhou, A. S. Yazdi, P. Menu, J. Tschopp, A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation. Nature 469, 221-225 (2011).

9.W. W. Wheaton et al., Metformin inhibits mitochondrial complex I of cancer cells to reduce tumorigenesis. Elife 3, e02242 (2014).

10.E. Fan et al., COVID-19-associated acute respiratory distress syndrome: is a different approach to management warranted? Lancet Respir Med 8, 816-821 (2020).

責(zé)任編輯丨BioTalker