胆汁酸与 ACE2 的结构依赖性相互作用及 FXR 相关的 ACE2 表达调控:一项与 SARS-CoV-2 入侵相关的体外对比研究

《Food Bioscience》:Structure-dependent interactions of bile acids with ACE2 and FXR-associated modulation of ACE2 expression: an in vitro comparative study related to SARS-CoV-2 entry

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月12日 来源:Food Bioscience 6.2

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   摘要胆汁酸(BAs)是存在于动物源性食品中的胆固醇衍生物。结构相关的胆汁酸在影响SARS-CoV-2入侵的主机定向机制方面是否存在差异尚不清楚。在此,研究人员使用Vero E6细胞病变效应检测、生物膜层干涉仪(BLI)、法尼醇X受体(FXR)辅激活剂招募、RT-qPCR和We

  

摘要

胆汁酸(BAs)是存在于动物源性食品中的胆固醇衍生物。结构相关的胆汁酸在影响SARS-CoV-2入侵的主机定向机制方面是否存在差异尚不清楚。在此,研究人员使用Vero E6细胞病变效应检测、生物膜层干涉仪(BLI)、法尼醇X受体(FXR)辅激活剂招募、RT-qPCR和Western blot等方法,对六种胆汁酸——鹅脱氧胆酸(CDCA)、甘氨鹅脱氧胆酸(GCDCA)、牛磺鹅脱氧胆酸(TCDCA)、熊去氧胆酸(UDCA)、甘氨熊去氧胆酸(GUDCA)和牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)进行了比较。结果显示,CDCA、UDCA和GUDCA在感染后和感染前后方案下均能减轻SARS-CoV-2奥密克戎XBB.1.16亚型诱导的细胞病变效应,且细胞毒性有限。所有六种胆汁酸均能以浓度依赖方式结合ACE2并减少刺突蛋白-ACE2结合;分子对接和分子动力学模拟提供了合理的结构依据。针对奥密克戎BA.4/BA.5刺突蛋白受体结合域(RBD)的相互结合试验显示,在所测试条件下,所有六种胆汁酸对ACE2的表观亲和力均高于对RBD的亲和力。CDCA、GCDCA和TCDCA作为FXR激动剂,可增加ACE2表达,而UDCA、GUDCA和TUDCA在CDCA刺激下表现出类拮抗剂行为,降低了ACE2的mRNA和蛋白水平。综上,这些发现与一个模型一致,即每种胆汁酸的体外抗入侵活性反映了直接ACE2结合与FXR相关的ACE2丰度调节的共同影响;该模型尚需实验验证。UDCA和GUDCA综合表现出更为有利的特征,既表现出直接ACE2结合,又表现出类FXR拮抗剂式的ACE2表达降低。这些发现为评估特定胆汁酸作为候选宿主定向生物活性成分提供了体外基础,但其饮食来源的暴露和有效性仍有待在体内进行验证。

引言

胆汁酸(BAs)是内源性胆固醇衍生的两亲性类固醇酸,主要以其在饮食脂质乳化和吸收中的作用而著称(Chiang, 2009; Russell, 2003)。除了这一经典功能外,胆汁酸还作为关键的信号分子参与代谢稳态(Chiang, 2013; de Aguiar Vallim et al., 2013; Watanabe et al., 2006)、肠道生理(de Aguiar Vallim et al., 2013; Larabi et al., 2023)和免疫反应(Chávez-Talavera et al., 2017; Hang et al., 2019; Sipka & Bruckner, 2014)。从食品科学的角度来看,胆汁酸天然存在于各种可食用的动物源性食品基质中,其组成和浓度谱各不相同。最近对六种物种(包括猪、羊、牛、鸡、鸭和鹅)的比较分析表明,总胆汁酸含量在猪肉组织中最丰富,在鹅组织中最少,且各物种间个体胆汁酸谱存在显著差异(Qi et al., 2024)。此外,饮食模式或外源性胆汁酸摄入可能影响宿主的生理稳态。例如,长期高脂饮食喂养可刺激肝脏初级胆汁酸合成,并通过梭菌属(Clostridium)介导转化为脱氧胆酸(DCA),后者产生促炎效应,损害肠屏障完整性并破坏系统性免疫稳态(David et al., 2014)。相反,外源性给予UDCA已被证明可减轻艰难梭菌(Clostridioides difficile)感染期间宿主的炎症反应(Winston et al., 2020),凸显了特定胆汁酸的治疗潜力。重要的是,内源性胆汁酸库的组成和大小并非固定不变,而是对饮食高度敏感。对照喂养研究显示,受试者在动物基饮食和植物基饮食之间的切换可在数天内迅速且可重复地改变肠道微生物组和胆汁酸代谢(David et al., 2014),而非洲裔美国人与非洲农村居民之间的为期两周的饮食交换干预产生了次级胆汁酸合成的相互变化(O'Keefe et al., 2015)。增加饮食蛋白摄入量也被证明可重塑肠道微生物群分类并增加粪便次级胆汁酸产生(Tobón-Cornejo et al., 2025)。因此,内源性胆汁酸库是一个饮食响应的代谢区室,其组成原则上可以通过特定食物或饮食模式加以调控。然而,需要注意的是,肠腔胆汁酸主要来源于内源性胆汁分泌,而非直接来源于饮食摄入,且肠道总胆盐浓度不能等同于UDCA或GUDCA等特定胆汁酸的浓度。
在COVID-19大流行期间,一项孟德尔随机化研究确定ACE2是SARS-CoV-2的一个有前景的宿主定向药物靶点(Gaziano et al., 2021)。后续研究表明,UDCA通过抑制法尼醇X受体(FXR)减少ACE2表达,从而降低实验模型和临床队列中对SARS-CoV-2感染的易感性(Brevini et al., 2023; John et al., 2023; Yang et al., 2025)。与此同时,去氧胆酸(LCA)被发现可直接灭活SARS-CoV-2病毒颗粒,而其结合盐形式未观察到此活性(Carino et al., 2020; Varongkriengkrai et al., 2025)。此外,虚拟筛选结合本质动力学分析鉴定了能结合ACE2并调节其酶活性的胆汁酸衍生物(Fiorillo et al., 2022),表明胆汁酸骨架可以直接与宿主入侵受体结合。综合来看,这些发现凸显了胆汁酸多方面的抗病毒潜力。然而,现有研究多集中于单一化合物、单一分子靶点或单一通路,在统一实验条件下对结构相关的多种胆汁酸进行系统比较的研究仍然有限。
因此,本研究旨在确定结构相关的胆汁酸在宿主定向抗病毒机制方面是否存在差异。我们系统地比较了CDCA、GCDCA、TCDCA、UDCA、GUDCA和TUDCA六种胆汁酸,通过评估其对病毒诱导的细胞病变效应的影响、与ACE2的直接结合、与病毒刺突蛋白受体结合域(RBD)的相互结合、对刺突S1-ACE2相互作用的抑制、FXR调节以及对ACE2表达的调控。这一比较框架旨在建立将胆汁酸结构特征与其体外宿主定向抗SARS-CoV-2入侵活性联系起来的构效关系,并在单一实验系统中整合此前被孤立报道的两种机制:直接受体结合(Carino et al., 2020; Fiorillo et al., 2022)和FXR相关的ACE2表达调节(Brevini et al., 2023)。

章节摘要

试剂与抗体

鹅脱氧胆酸(CDCA,CAS 474-25-9)、甘氨鹅脱氧胆酸(GCDCA,CAS 640-79-9)、牛磺鹅脱氧胆酸(TCDCA,CAS 516-35-8)、熊去氧胆酸(UDCA,CAS 128-13-2)、甘氨熊去氧胆酸(GUDCA,CAS 64480-66-6)、牛磺熊去氧胆酸(TUDCA,CAS 14605-22-2)和奥贝胆酸(OCA,CAS 459789-99-2)购自上海源叶生物科技有限公司(中国上海)。这些化合物被选为与以下相关的代表性胆汁酸种类

结构相关的胆汁酸差异性减轻Vero E6细胞中病毒诱导的细胞病变效应

首先,研究人员使用奥密克戎XBB.1.16亚型评估了六种胆汁酸对SARS-CoV-2在Vero E6细胞中诱导的细胞病变变化的影响。如图1和表1所示,所有化合物在Vero E6细胞中均表现出有限的细胞毒性,CC50值均高于500 μM。在受测试化合物中,CDCA显示出最强的活性,在感染后检测中EC50值为75.9 μM,在感染前后检测中EC50值为89.8 μM。UDCA也显示出明显的活性,EC50值为122.6

讨论

本研究提供了一个比较框架,用于理解结构相关的胆汁酸在体外宿主定向抗SARS-CoV-2入侵方面的差异。在六种受测试化合物中,总体活性模式并非由单一机制解释。相反,总体活性模式似乎反映了两种可实验区分的活性的共同影响:(i) 与ACE2的直接相互作用,这可能影响刺突蛋白-ACE2结合;以及(ii) 对

结论

本研究在统一实验条件下比较了六种结构相关的胆汁酸,并表明它们在两种与体外SARS-CoV-2入侵相关的、可实验区分的活性方面存在差异:直接ACE2结合和FXR相关的ACE2表达调节。六种胆汁酸并非通过单一通路发挥作用,而是产生了不同的净效应;那些将ACE2结合与FXR拮抗剂式的ACE2表达降低相结合的成分,特别是UDCA和GUDCA,表现出更为

CRediT作者贡献声明

童天天(Tian-Tian Tong):撰写—审阅与编辑、验证、方法论、调查研究、数据整理。麦志通(Zhi-Tong Mai):形式分析、数据整理。李九炎(Jiu-Yan Li):撰写—初稿、方法论、调查研究、数据整理、概念化。杨子峰(Zi-Feng Yang):验证、监督。江志红(Zhi-Hong Jiang):撰写—审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。刘斌(Bin Liu):调查研究、数据整理。马钦海(Qin-Hai Ma):形式分析、数据整理

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

数据可用性声明

本研究期间生成的数据集可向通讯作者合理请求获取。

伦理批准声明

所有涉及SARS-CoV-2的实验均在生物安全3级实验室中进行,符合机构生物安全法规和操作规程。

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到了广东省科学技术厅(项目编号:2025B1212040001)、澳门科学和技术发展基金(项目编号:0002/2025/COP)以及国家中医药管理局(项目编号:ZYYCXTD-D-202406)的支持。作者感谢复旦大学药学院王仁晓教授课题组在分子对接方面提供的技术帮助。
李九炎|童天天|麦志通|刘斌|马钦海|杨子峰|江志红
中医药质量与机制国家重点实验室 & 中医药学院,澳门科技大学,中国澳门
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