Mechanisms of glycine-based therapy for atherosclerosis

甘氨酸治疗动脉粥样硬化的机制

基本信息

  • 批准号:
    10445072
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-05 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cardiovascular disease (CVD) arising from atherosclerosis remains a leading cause of death. Current lipid- lowering therapies cannot completely eliminate CVD risk, likely due to lack of influence on other major risk factors beyond dyslipidemia. Dysregulated metabolism of amino acids (AA) was reported in cardiometabolic diseases with lower circulating glycine as a common denominator in acute myocardial infarction, type 2 diabetes (T2D), obesity and nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). While potential mechanisms by which glycine protects from T2D and NAFLD have been identified, the role of glycine in cholesterol metabolism and atherosclerosis is unknown. We recently reported glycine as the most potent AA in lowering lipid accumulation in macrophages. In our preliminary studies here, suppression of key pathways driving glycine biosynthesis was evident in atherogenic conditions in humans and mice. Glycine deprivation using our newly developed AA- modified Western diets (WD) enhanced hypercholesterolemia and atherosclerosis in apoE-/- mice. In contrast, glycine treatment was protective of those phenotypes, while lowering hyperglycemia and hepatic steatosis, which are other major CVD risk factors. This was associated with lower lipid peroxidation and induction of pathways driving glutathione biosynthesis and transport of cholesterol into bile. Furthermore, we identified a glycine-based compound (DT-109) with dual cholesterol- and glucose-lowering properties in mice. Our findings led us to hypothesize that glycine-based treatments are atheroprotective by inducing glutathione-mediated antioxidant defense and hepatic-intestinal cholesterol excretion. The long-term objectives of this study are to ascertain impaired glycine metabolism in atherogenesis, establish antiatherogenic glycine-based therapy able to reduce other CVD risk factors and uncover the underlying mechanisms. Aim 1 will assess impaired synthesis and increased utilization of glycine in atherogenesis. We will use transcriptomics and metabolomics in apoE-/-, our new AGXT1-/- mice and human fatty liver samples. The link between variants in genes driving glycine metabolism and atherosclerotic disease will be determined by human GWAS. Aim 2 will determine the effects of lower and higher glycine availability on atherosclerosis development. We will use apoE-/- mice fed WD with or without glycine or treated with DT-109. AGXT1-/- mice crossbred with apoE-/- mice will be used to determine the role endogenous glycine. Aim 3 will establish DT-109 as a glycine-based therapy for atherosclerosis, its pharmacokinetics and the underlying mechanisms. Atherosclerotic apoE-/- mice will be used to assess glycine incorporation to glutathione by metabolomics and fluxomics and hepatic-intestinal cholesterol excretion. We will study the ability of DT-109, compared to glycine, to regress established atherosclerosis in apoE-/- mice. Completing these studies will set the basis for novel glycine-based treatments for atherosclerosis, while the outlined career development plan, including hands-on training, coursework and seminars, will allow me to develop my long-term goal of becoming an independent investigator in cardiometabolic research.
由动脉粥样硬化引起的心血管疾病(CVD)仍然是导致死亡的主要原因。目前血脂- 降低疗法不能完全消除心血管疾病风险,可能是因为对其他主要风险缺乏影响 血脂异常以外的因素。据报道,在心脏代谢中氨基酸(AA)代谢失调 2 型急性心肌梗塞以低循环甘氨酸为共同点的疾病 糖尿病(T2D)、肥胖症和非酒精性脂肪肝病(NAFLD)。虽然潜在的机制 甘氨酸可以预防 T2D 和 NAFLD,甘氨酸在胆固醇代谢中的作用和 动脉粥样硬化尚不清楚。我们最近报道甘氨酸是降低脂质积累最有效的 AA 在巨噬细胞中。在我们的初步研究中,驱动甘氨酸生物合成的关键途径的抑制是 在人类和小鼠的动脉粥样硬化病症中很明显。使用我们新开发的 AA- 进行甘氨酸剥夺 改良西方饮食 (WD) 增强了 apoE-/- 小鼠的高胆固醇血症和动脉粥样硬化。相比之下, 甘氨酸治疗可以保护这些表型,同时降低高血糖和肝脂肪变性, 这是其他主要的 CVD 危险因素。这与较低的脂质过氧化和诱导 驱动谷胱甘肽生物合成和胆固醇转运至胆汁的途径。此外,我们确定了一个 甘氨酸化合物 (DT-109) 在小鼠体内具有双重降低胆固醇和葡萄糖的特性。我们的发现 使我们假设基于甘氨酸的治疗通过诱导谷胱甘肽介导的抗动脉粥样硬化 抗氧化防御和肝肠胆固醇排泄。这项研究的长期目标是 确定动脉粥样硬化形成过程中甘氨酸代谢受损,建立基于甘氨酸的抗动脉粥样硬化疗法 减少其他 CVD 风险因素并揭示潜在机制。目标 1 将评估受损情况 甘氨酸在动脉粥样硬化形成中的合成和增加利用。我们将使用转录组学和代谢组学 在 apoE-/-、我们新的 AGXT1-/- 小鼠和人类脂肪肝样本中。基因驱动变异之间的联系 甘氨酸代谢和动脉粥样硬化疾病将由人类 GWAS 确定。目标 2 将确定 较低和较高的甘氨酸利用率对动脉粥样硬化发展的影响。我们将使用 apoE-/- 小鼠喂养 含或不含甘氨酸的 WD 或用 DT-109 处理的 WD。 AGXT1-/- 小鼠与 apoE-/- 小鼠杂交后将用于 确定内源性甘氨酸的作用。目标 3 将建立 DT-109 作为基于甘氨酸的疗法 动脉粥样硬化、其药代动力学和潜在机制。将使用动脉粥样硬化apoE-/-小鼠 通过代谢组学和通量组学以及肝肠胆固醇评估甘氨酸与谷胱甘肽的结合 排泄。我们将研究 DT-109 与甘氨酸相比,消退已形成的动脉粥样硬化的能力 apoE-/- 小鼠。完成这些研究将为基于甘氨酸的新型动脉粥样硬化治疗奠定基础, 而概述的职业发展计划,包括实践培训、课程作业和研讨会,将允许 我的长期目标是成为心脏代谢研究的独立研究者。

项目成果

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