疫情期间,科学家发现新冠病毒(SARS-CoV-2)更易感染老年人且造成的损伤更大,老年人出现重症和死亡的概率显著高于年轻人。根据疾控中心的数据,65岁以上老年人的新冠肺炎住院率是年轻人(18-29岁)的5-10倍,而死亡率更是年轻人的65-340倍[1]。
出现这种差异的原因有很多,有科学家猜测可能与DNA损伤有关。因为随着年龄的增加,DNA损伤也会逐渐积累。但关于DNA损伤与新冠肺炎感染之间的关系尚未得到明确证实。
近期,北京生科所的研究人员在《Aging Cell》上发表了他们的研究成果,他们发现DNA损伤与新冠肺炎感染的确存在关系。
ACE2受体是SARS-CoV-2病毒进入细胞所需的受体,而与年龄相关的DNA损伤和DNA的修复机制能促进ACE2受体的积累,进而促进新冠病毒的感染。但是用200mg/kg NMN可以减少DNA损伤,进而抑制这种感染[2]。
一、DNA损伤诱导SARS-CoV-2进入细胞
为了检测DNA损伤是否会影响SARS-CoV-2病毒的进入,研究人员先用电离辐射诱导Calu-3-Rluc细胞(表达肾荧光素酶的Calu-3细胞)产生DNA损伤。
随后,分别用SARS-CoV-2(新冠)、SARS-CoV(非典)、MERS-CoV(中东呼吸综合征)、VSV-G假病毒的S蛋白感染细胞,这些病毒都携带了Fluc(萤火虫荧光素酶)基因。在感染后第3天,通过测定荧光素酶来检测感染情况。
结果显示,SARS-CoV-2和SARS-CoV两组在产生DNA损伤后,有大量病毒感染细胞,并且第1、3和7天逐渐增加,而其他组细胞在产生DNA损伤后,病毒感染数量并无显著变化。这就说明DNA损伤增加只会影响SARS-CoV-2和SARS-CoV的感染。
图1:四种病毒在第1、3、7天感染细胞的情况
而细胞对于DNA损伤的修复是DDR机制(DNA损伤修复系统)。研究人员选择了不同种类的DDR抑制剂,来探寻DNA损伤修复机制与SARS-CoV-2病毒感染的关系。结果显示,三种DDR抑制剂均不同程度地抑制了病毒的感染(DMSO为对照组)。
这两项实验表明DNA损伤和随之而来的DDR修复机制会促进SARS-CoV-2的感染。
二、DNA损伤可以增强ACE2表达
由于DNA损伤会诱导SARS-CoV-2和SARS-CoV的感染,但对VSV和MERS-CoV并无影响。研究人员猜测与病毒的感染方式有关,SARS-CoV-2和SARS-CoV都是利用细胞表面的ACE2受体进入细胞的。于是,他们首先检测了DNA损伤是否调节了ACE2的表达。
结果显示,电离辐射诱导DNA损伤后,ACE2表达增加。而采用DDR抑制剂后,电离辐射诱导的ACE2表达减少。证明DNA损伤和DDR修复机制促进SARS-CoV-2病毒感染背后的原因很可能与ACE2有关。
进一步的研究发现ACE2的表达与γH2AX和p-c-Jun的表达呈现正相关。
图2:DNA损伤前后ACE2等表达情况
三、NMN治疗减轻SARS-CoV-2感染和肺损伤
而在DNA修复中发挥作用的酶,如sirtuins和PARP聚合酶,都需要NAD+才能发挥作用,科学家猜测补充NAD+的前体NMN,或许可以减少DNA损伤和ACE2表达,进而抑制SARS-Cov-2的感染。
为了验证这一猜想,研究人用200mg/kg的NMN喂养12个月的老年小鼠,持续7天,然后用SARS-CoV-2感染小鼠,发现γH2AX、ACE2和p-c-Jun的表达出现了降低。此外,小鼠肺部的病毒载量和组织损伤也有所减少。
图4:NMN组和对照组SARS-Cov-2病毒感染情况
这些结果表明,至少在小鼠中,NMN可以通过保护DNA和减少ACE2的表达来抵御SARS-CoV-2感染。
四、总结
首先,这项研究对于老年人易感新冠给出了全新的解释,认为衰老增加了DNA的损伤,激活了DDR机制,进而促进了ACE2受体的积累,最终诱导SARS-CoV-2感染人体细胞。
其次,研究发现NMN可以通过激活sirtuins蛋白和PARP酶来保护DNA,减少DNA损伤和DDR的激活,抵御SARS-CoV-2的感染,有潜在预防新冠的可能性。目前研究已经证明NMN可以减少老年人的肺、肾和肠等器官的ACE2受体的积累,而肺部正是ACE2高表达的器官,也是SARS-CoV-2感染人体的主要器官。
先前已经有NMN“鸡尾酒疗法”(NMN+甜菜碱+硫酸锌+氯化钠)治疗老年新冠患者的例子了[3],我们也曾报道过。这次是从理论和机制的角度给予了防治新冠有说服力的证据。因此,NMN是可以减少新冠病毒感染老年人的,但能否减少成年人等其他人群的感染还是个未知数,需要进行下一步的探究。
参考文献
[1] CDC. (2021). Risk for COVID-19 infection, hospitalization, and death by age group. Centre for Disease Control and Prevention.
[2] Jin, R., Niu, C., Wu, F., Zhou, S., Han, T., Zhang, Z., ... & Cheng, L. (2021). DNA damage contributes to age-associated differences in SARS-CoV-2 infection.