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二甲双胍持续给我们带来一个又一个惊喜，不断地刷新我们对它的认知。

撰文丨胡小凡


严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）作为新冠病毒的病原体，自暴发以来对全球公共卫生构成了严重威胁。随着研究的深入，人们逐渐认识到新冠病毒不仅影响呼吸系统，还可能对神经系统造成损伤。一项大型回顾性研究显示，新冠病毒确诊后6个月内，患者出现神经系统和精神障碍的风险增加[1]。其中神经系统最常见的症状包括嗅觉丧失、味觉障碍和头痛，其次是癫痫发作、卒中和急性炎性多发性神经根神经病（即吉兰-巴雷综合征）[2]。

近期，威尔·康奈尔医学院陈水冰团队、哥伦比亚大学何大一团队等在Cell Stem Cell发表的一项研究揭示，SARS-CoV-2可特异性感染大脑中的多巴胺能（DA）神经元并诱发细胞衰老，而糖尿病常用药物二甲双胍或能通过抑制病毒复制和激活关键信号通路，保护神经元免受损伤[3]。这一发现为新冠病毒相关神经退行性疾病的防治提供了新思路。

关键发现：新冠病毒靶向多巴胺能神经元并引发衰老

在研究中，研究人员首先利用人源多能干细胞（hPSC）分化的多巴胺能神经元进行体外SARS-CoV-2感染实验。研究发现，SARS-CoV-2能够通过血管紧张素转换酶2（ACE2）受体进入多巴胺能神经元。在感染48小时后，研究人员借助实时定量聚合酶链式反应（PCR）和免疫染色方法，在多巴胺能神经元中检测到大量病毒复制。此外，通过透射电子显微镜（TEM），研究人员在感染SARS-CoV-2的多巴胺能神经元中观察到病毒颗粒的存在（图1）。

图1：SARS-CoV-2感染多巴胺能神经元后，实时定量PCR检测到病毒大量复制（左）并观察到多巴胺能神经元中存在病毒颗粒（右）[3]

进一步的IPA（一种生物信息学分析工具）分析发现，在SARS-CoV-2感染的多巴胺能神经元中，细胞周期、DNA复制和衰老相关基因显著上调（图2A）。基因富集分析（GSEA）也证实，与对照组相比，SARS-CoV-2感染组的多巴胺能神经元中衰老相关基因富集（图2B）。

SARS-CoV-2感染后的多巴胺能神经元衰老相关特征如下：

  • 衰老相关分泌表型（SASP）的激活：在SARS-CoV-2感染的多巴胺能神经元中，SASP相关基因，包括CCL2、CCL20、CSF1、CXCL11、GDF15、IGF2R、IL1B、IL6ST、IQGAP1和TNFRSF11B表达均显著上调（图2C）。

  • 作为细胞衰老的生物标志物，β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）的活性上调（图2D）。

  • TEM检测到SARS-CoV-2感染的多巴胺能神经元中存在脂褐素，这是一种衰老相关标志物（图2E）。

  • SARS-CoV-2感染的多巴胺能神经元还表现出核体积增大（图2F），线粒体功能障碍等。

图2：SARS-CoV-2感染多巴胺能神经元后诱发细胞衰老[3]

与之形成鲜明对比的是，在SARS-CoV-2感染的肺类器官、胰腺细胞、肝类器官和心肌细胞中，并未观察到衰老相关基因显著上调。

二甲双胍、伊马替尼与利鲁唑：SARS-CoV-2感染的多巴胺能神经元保护剂

由于多巴胺能神经元是帕金森病（PD）中主要退化的细胞类型之一，且多巴胺能神经元衰老已被证实与帕金森病相关。研究人员着手寻找能让多巴胺能神经元免受SARS-CoV-2诱导衰老的潜在治疗药物。研究团队通过对已上市的治疗各种药物进行高通量筛选，最终发现三种可以防止SARS-CoV-2感染后多巴胺能神经元衰老的药物，分别为：二甲双胍（治疗糖尿病）、伊马替尼（治疗白血病）及利鲁唑（治疗渐冻症）。

研究显示，无论是预处理（先药物处理，后SARS-CoV-2感染）还是后处理（先SARS-CoV-2感染，后药物处理），这三种药物均能显著降低病毒RNA水平。同时三种药物以剂量依赖的方式降低了β-半乳糖苷酶活性（图3），并下调了SASP相关基因（图4）。

图3：利鲁唑、二甲双胍和伊马替尼呈剂量依赖的降低β-半乳糖苷酶活性[3]

图4：与对照组相比（DMSO组），利鲁唑、二甲双胍和伊马替尼下调SASP相关基因[3]

进一步分析发现，在抗病毒活性的分子机制上，三种药物各有不同。伊马替尼主要通过结合ACE2受体来阻断SARS-CoV-2的进入。利鲁唑可能通过抑制脂肪酸生物合成来阻断SARS-CoV-2感染。二甲双胍则通过上调腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通路发挥保护作用（图5）。此外，在实验中，三种药物在有效浓度下均未检测到明显的细胞毒性。

图5：与对照组相比（DMSO组），二甲双胍上调AMPK通路[3]

从降低住院风险到改善长期预后：二甲双胍在新冠治疗领域不断带来惊喜

事实上，这并非二甲双胍在新冠病毒研究领域的首秀。作为一种广泛使用的降糖药物，二甲双胍已被确定为潜在治疗新冠病毒的药物。2022年发表于NEJM的一项研究显示[4]，早期接受二甲双胍治疗的新冠患者可以降低住院和死亡风险。具体而言，与对照组相比，二甲双胍治疗组患者新冠相关急诊就诊、住院或死亡风险降低了42%（图6）。

图6：与对照组相比，二甲双胍治疗显著降低新冠相关急诊就诊、住院或死亡风险[4]

此外，部分新冠康复者会持续出现生理、心理或认知方面的症状（包括疲劳、呼吸急促、头晕、嗅觉丧失或味觉障碍等），即长期新冠后遗症。近期一项大规模、随机对照研究发现，二甲双胍能显著降低长期新冠后遗症发生率。研究结果显示，在300天的随访期间，与安慰剂组相比，二甲双胍组长期新冠后遗症发生率降低了41%（HR：0.59，95%CI：0.39-0.89；p=0.012，图7）。如果在症状出现后3天内开始服用二甲双胍，该发生率将降低63%（95%CI：0.15-0.95）。

图7：与安慰剂组相比，二甲双胍显著降低长期新冠后遗症发生率[5]

总结

本研究揭示了SARS-CoV-2病毒对多巴胺能神经元的特异性影响。通过体外实验，研究人员发现SARS-CoV-2能够感染多巴胺能神经元，并在其中大量复制，进而诱发细胞衰老。与此同时，研究团队还筛选出了三种药物——二甲双胍、伊马替尼和利鲁唑能够显著抑制SARS-CoV-2在多巴胺能神经元中的复制，并减轻细胞衰老反应。特别是二甲双胍，不仅能降低新冠患者住院和死亡风险，还能显著改善长期预后。这些发现为新冠病毒相关神经退行性疾病的防治提供了新的思路，也为二甲双胍等药物在新冠病毒治疗领域的应用开辟了新的前景。

参考文献：

[1].Taquet M, Geddes JR, Husain M, et al. 6-month neurological and psychiatric outcomes in 236 379 survivors of COVID-19: a retrospective cohort study using electronic health records. Lancet Psychiatry. 2021 May;8(5):416-427.

[2].Pezzini A, Padovani A. Lifting the mask on neurological manifestations of COVID-19. Nat Rev Neurol. 2020 Nov;16(11):636-644.

[3].Yang L, Kim TW, Han Y, et al. SARS-CoV-2 infection causes dopaminergic neuron senescence. Cell Stem Cell. 2024 Feb 1;31(2):196-211.e6.

[4].Bramante CT, Huling JD, Tignanelli CJ, et al; COVID-OUT Trial Team. Randomized Trial of Metformin, Ivermectin, and Fluvoxamine for Covid-19. N Engl J Med. 2022 Aug 18;387(7):599-610.

[5].Bramante CT, Buse JB, Liebovitz DM, et al; COVID-OUT Study Team. Outpatient treatment of COVID-19 and incidence of post-COVID-19 condition over 10 months (COVID-OUT): a multicentre, randomised, quadruple-blind, parallel-group, phase 3 trial. Lancet Infect Dis. 2023 Oct;23(10):1119-1129.

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