The gut is a well-established route of infection and target for viral damage by SARS-CoV-2. This is supported by the clinical observation that about half of COVID-19 patients exhibit gastrointestinal ( GI ) symptoms. We asked whether the analysis of plasma could provide insight into gut barrier dysfunction in patients with COVID-19 infection. Plasma samples of COVID-19 patients (n=30) and healthy control (n=16) were collected during hospitalization. Plasma microbiome was analyzed using 16S rRNA sequencing, metatranscriptomic analysis, and gut permeability markers including FABP-2, PGN and LPS in both patient cohorts. Almost 65% (9 out 14) COVID-19 patients showed abnormal presence of gut microbes in their bloodstream. Plasma samples contained predominately Proteobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria . The abundance of gram-negative bacteria ( Acinetobacter, Nitrospirillum, Cupriavidus, Pseudomonas, Aquabacterium, Burkholderia, Caballeronia, Parabhurkholderia, Bravibacterium, and Sphingomonas ) was higher than the gram-positive bacteria ( Staphylococcus and Lactobacillus ) in COVID-19 subjects. The levels of plasma gut permeability markers FABP2 (1282±199.6 vs 838.1±91.33; p=0.0757), PGN (34.64±3.178 vs 17.53±2.12; p<0.0001), and LPS (405.5±48.37 vs 249.6±17.06; p=0.0049) were higher in COVID-19 patients compared to healthy subjects. These findings support that the intestine may represent a source for bacteremia and may contribute to worsening COVID-19 outcomes. Therapies targeting the gut and prevention of gut barrier defects may represent a strategy to improve outcomes in COVID-19 patients.

(1) Background: Previously, VESsel GENeration (VESGEN) software was used to map and quantify vascular changes observed on fluorescein angiography (FA) in subjects (n = 15 eyes) with retinal pathology ranging from mild non-proliferative diabetic retinopathy (NPDR) to proliferative diabetic retinopathy (PDR). In the current study, we used VESGEN for the assessment of individuals with early-stage NPDR imaged by FA (Cohort 1) and by optical coherence tomography angiography (OCTA; Cohort 2). (2) Methods: Cohort 1 included type 2 diabetics (T2D), represented 21 eyes (ranging from no DR to moderate DR), and also included nondiabetic controls (NDC; n = 15 eyes). Cohort 2 consisted of 23 eyes from T2D subjects (including no DR subjects and moderate DR subjects) and NDC (n = 18 eyes). (3) Results: In the FA-VESGEN study, total tortuosity (Tv) of microvessels (G ≥ 6) increased in T2D with mild DR compared to the controls. In contrast, the VESGEN analysis of OCTA images showed that vessel length (characterized as density) was lower in T2D subjects before the diagnosis of DR and following the diagnosis of DR when compared to the controls. Additionally, T2D showed a significant decrease in vessel area (density). (4) Conclusions: FA elucidated the vessel morphology of small-generation microvessels to a greater degree than OCTA; however, OCTA identified changes in vessel density better than FA. VESGEN analysis can be used with both standard FA and OCTA to facilitate our understanding of early events in DR, including before the clinical diagnosis of DR.

In diabetes, the retina, a tissue with unique metabolic needs, demonstrates dysregulation of the intricate balance between nutrient availability and utilization. This results in cholesterol accumulation, pro-inflammatory and pro-apoptotic changes, and consequently neurovascular damage. Sirtuin 1 (SIRT1), a nutrient sensing deacetylase, is downregulated in the diabetic retina. In this study, the effect of SIRT1 stimulation by fasting or by pharmacological activation using SRT1720, was evaluated on retinal cholesterol metabolism, inflammation and neurovascular damage. SIRT1 activation, in retinal endothelial cells (REC) and neuronal retinal progenitor cells (R28), led to Liver X Receptor alpha (LXRα) deacetylation and subsequent increased activity, as measured by increased ATP-binding cassette transporter (ABC) A1 and G1 mRNA expression. In turn, increased cholesterol export resulted in decreased REC cholesterol levels. SIRT1 activation also led to decreased inflammation. SIRT1 activation, in vivo, prevented diabetes-induced inflammation and vascular and neural degeneration. Diabetes-induced visual function impairment, as measured by electroretinogram and optokinetic response, was significantly improved as a result of SIRT1 activation. Taken together, activation of SIRT1 signaling is an effective therapeutic strategy that provides a mechanistic link between the advantageous effects associated with fasting regimes and prevention of diabetic retinopathy (DR).

In diabetic dyslipidemia, cholesterol accumulates in the plasma membrane, decreasing fluidity and thereby suppressing the ability of cells to transduce ligand-activated signaling pathways. Liver X receptors (LXRs) are the main cellular mechanism by which intracellular cholesterol is regulated and play important roles in inflammation and disease pathogenesis. N,N-dimethyl-3b;-hydroxy-cholenamide (DMHCA), a selective LXR agonist, specifically activates the cholesterol efflux arm of the LXR pathway without stimulating triglyceride synthesis. Thus, DMHCA possesses superior clinical potential as a cholesterol lowering agent than current LXR pan-agonist. In this study, we use a multi-systems approach to understand the effects and molecular mechanisms of DMHCA treatment in type 2 diabetic db/db mice and human -derived circulating angiogenic cells (CACs), which are vascular reparative cells. We find that DMHCA is sufficient to correct the retina-bone marrow (BM) axis in diabetes, thereby restoring retinal structure, function, and cholesterol homeostasis, rejuvenating membrane fluidity in circulating vascular reparative cells, hampering systemic inflammation, and correcting BM dysfunction. Using single-cell RNA-seq on lineage-sca1+cKit+ (LSK) hematopoietic stem cells (HSCs) from untreated and DMHCA-treated diabetic mice, we provide novel insights into hematopoiesis and reveal DMHCAs mechanism of action in correcting diabetic HSCs by reducing myeloidosis and increasing CACs and erythrocyte progenitors. Taken together, these findings demonstrate the broad and pleiotropic effects of DMHCA treatment, which has exciting potential to correct the retina-BM axis in diabetic subjects.