抗逆转录病毒药物恩曲他滨会提高雌性小鼠体内的犬尿氨酸：色氨酸比例，激活芳香烃受体，并促进细胞衰老

《Biochimie》：The antiretroviral drug emtricitabine increases kynurenine : tryptophan ratio, aryl hydrocarbon receptor activation, and cellular senescence in female mice

抗逆转录病毒疗法（ART）长期使用可能通过激活芳烃受体（AhR）信号通路加速女性PLWH肌肉衰老，研究显示HIV样表型与FTC联用显著提升血清KYN:TRP比率，激活AhR并诱导肌肉细胞衰老，涉及Gnas基因、炎症及脂代谢通路。

Alok Tripathi|Shabiha Sultana|Sagar Vyavahare|Jie Chen|Arindam Paul|Huidong Shi|Wenbo Zhi|Rafal Pacholczyk|Bharati Mendhe|Apeksha Anand|Anthony Carrillo|Jaeshia Lindsay|Dima W. Alhamad|Husam Bensreti|Christopher L. Yearwood|Dylan Taylor|Colby Gross|Maribeth Johnson|Eric J. Belin de Chantemele|Mark W. Hamrick|Meghan E. McGee-Lawrence

乔治亚大学奥古斯塔分校医学院细胞生物学与解剖学系，奥古斯塔，GA

摘要：

抗逆转录病毒疗法（ART）显著降低了与HIV相关的死亡率，但HIV感染者（PLWH）长期使用ART会导致身体虚弱和健康寿命缩短。导致这一现象的机制尚未完全明了，但临床和临床前研究表明，HIV和ART可能通过色胺的内源性代谢物犬尿喹啉（KYN）异常激活芳烃受体（AhR）。因此，我们研究了具有HIV样表型的小鼠（Tg26）与ART治疗（恩曲他滨；FTC）联合使用是否以AhR依赖的方式改变骨骼肌的稳态，从而促进肌肉过早衰老。短期FTC治疗增加了Tg26小鼠血清中的KYN:色胺比例，并激活了骨骼肌中的AhR信号通路，尽管研究时间不足以引起显著的FTC相关功能下降。FTC单独使用或与其他ART（替诺福韦艾拉芬胺和替诺福韦迪普瑞辛富马酸酯）联合使用，均以类似于KYN的方式激活了AhR并诱导了雌性肌母细胞的衰老。基于测序的研究揭示了HIV表型和ART对雌性骨骼肌的影响目标和相关通路，包括编码Gsα蛋白的Gnas（对肌肉葡萄糖代谢至关重要）、炎症通路和脂质代谢。我们的研究表明，HIV病毒蛋白的存在以及ART的暴露共同诱导了雌性肌肉中AhR介导的信号通路激活，以及骨骼肌转录组和甲基化模式的广泛变化，这些变化可能导致肌肉功能障碍。这表明AhR可能是解决PLWH健康寿命差异的新靶点。

引言

根据联合国艾滋病规划署（UNAids）的最新流行病学估计，2024年全球约有4080万人感染了HIV（PLWH），其中约3160万人正在接受抗逆转录病毒疗法（ART）。同样根据这些估计，全球范围内约53%的PLWH是女性和女孩。虽然现代ART显著延长了PLWH的寿命[1]，[2]，但新的证据表明，这些患者群体出现了加速衰老的现象，表现为与年龄相关的慢性疾病（如心血管疾病、认知障碍和肌肉骨骼虚弱）的早期发作[3]。这种现象可能既受到HIV感染本身的影响[3]（因为细胞衰老的表观遗传标记在HIV感染后迅速增加），也可能受到ART治疗的影响[4]，[5]，[6]。对于女性来说，这一问题尤为严重，因为她们在普通老年人群中表现出更高的虚弱发生率[7]；最近的一项研究显示，HIV感染者表现出更高的衰老表观遗传标记水平，这与与虚弱相关的肌肉功能缺陷（例如单腿站立、椅子站立、4米步行时间）有关[8]。

尽管HIV感染者男女肌肉功能和虚弱的机制尚不完全清楚，但这些患者的加速衰老现象表明，促进自然衰老模型中虚弱的分子通路也可能导致PLWH更早出现虚弱。其中一个机制可能是通过芳烃受体（AhR）的信号传导。HIV感染会导致核因子κB（NF-κB）的持续激活[9]，而NF-κB是吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）的诱导剂[10]，[11]，[12]，该酶通过色胺降解产生内源性AhR配体犬尿喹啉（KYN）[13]。HIV患者的疾病进展[14]，[15]，[16]以及与衰老相关的虚弱[18]，[19]，[20]都会增加KYN的水平。然而，HIV、ART使用和AhR介导的下游信号传导之间的直接关系尚未得到证实。

长期暴露于AhR配体会导致AhR DNA结合区域的低甲基化[21]，HIV感染还会增加包括AhR在内的多个基因启动子的低甲基化[22]。在最近的一篇预印本研究中，我们证明了具有HIV样表型的小鼠与抗逆转录病毒疗法恩曲他滨联合使用会破坏肌源性细胞成熟的标志物，并改变雄性小鼠的骨骼肌甲基化和转录组[23]。尽管生物信息学分析未将AhR介导的信号传导确定为这些变化的中介因素，但我们实验室之前的几项研究[24]，[25]，[26]以及其他研究[27]表明，AhR在骨骼肌稳态中的作用在雌性中可能比在雄性中更为显著。因此，在本研究中，我们探讨了具有HIV样表型的小鼠与FDA批准的ART（恩曲他滨，也称为2',3'-二脱氧-5-氟-3'-硫代胞苷，FTC）联合使用是否以AhR依赖的方式改变雌性小鼠的骨骼肌DNA甲基化和转录组，从而促进过早衰老现象的发生。

研究设计

小鼠在奥古斯塔大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准的方案下，按照12小时光照/黑暗周期进行饲养。为了模拟HIV表型对肌肉骨骼的影响，我们使用了C57BL/6J背景下的HIV-1 Tg26小鼠模型（由Baylor医学院的Paul Klotman博士提供）；这些小鼠携带一个7.4 kb的HIV病毒DNA插入片段，该片段驱动9个HIV基因中的7个基因的表达

短期FTC治疗增加了雌性Tg26小鼠血清中的犬尿喹啉：色胺比例，改变了肌源性分化模式，并激活了AhR信号通路

循环中的犬尿喹啉：色胺（KYN:TRP）比例是吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）活性的公认替代标志物，据报道该比例会随着HIV疾病进展和ART治疗在PLWH中增加[16]，[35]。与此一致，Tg26小鼠血清中的KYN:TRP比例显著高于WT对照组小鼠（p_genotype = <0.0001；图1A），并且ART治疗进一步增加了Tg26-FTC组的KYN:TRP比例

讨论

近年来，由于高效抗逆转录病毒疗法（ART）的临床可用性显著提高，PLWH的预期寿命大幅延长[45]，[46]，[47]。事实上，PLWH的预期寿命现已接近未感染HIV个体的寿命[48]。然而，PLWH的相对健康寿命仍存在显著差距，未感染的对照组人群的无并发症年数大约是HIV感染者的两倍

CRediT作者贡献声明

Dima W. Alhamad：写作——审稿与编辑、研究。Jie Chen：写作——审稿与编辑、可视化、软件、研究、数据分析、数据整理。Christopher L. Yearwood：写作——审稿与编辑、研究。Sagar Vyavahare：写作——审稿与编辑、研究。Husam Bensreti：写作——审稿与编辑、研究。Huidong Shi：写作——审稿与编辑、可视化、软件、资源、方法学、研究、数据分析。Colby Gross：写作

披露

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可向相应作者索取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

这些研究的资金由NIH（R01 AR082307, P01 AG036675）提供。作者感谢奥古斯塔大学电子显微镜和组织学核心设施（RRID: SCR_026810）在组织学标本制备方面的帮助，感谢奥古斯塔大学细胞成像核心设施（RRID: SCR_026799）在标本成像方面的帮助，以及感谢奥古斯塔大学蛋白质组学和质谱核心设施（RRID: SCR_027673）在色胺定量方面的帮助