The expression of short-chain fatty acid receptors GPR41/FFAR3 and GPR43/ free fatty acid receptor 2 (FFAR2) was studied in the gastrointestinal tract of transgenic monomeric red fluorescent protein (mRFP) reporter mice. In the stomach free fatty acid receptor 3 (FFAR3)-mRFP was expressed in a subpopulation of ghrelin and gastrin cells. In contrast, strong expression of FFAR3-mRFP was observed in all cholecystokinin, glucose-dependent insulinotropic peptide (GIP), and secretin cells of the proximal small intestine and in all glucagon-like peptide-1 (GLP-1), peptide YY, and neurotensin cells of the distal small intestine. Throughout the colon and rectum, FFAR3-mRFP was strongly expressed in the large population of peptide YY and GLP-1 cells and in the neurotensin cells of the proximal colon. A gradient of expression of FFAR3-mRFP was observed in the somatostatin cells from less than 5% in the stomach to more than 95% in the rectum. Substance P-containing enterochromaffin cells displayed a similar gradient of FFAR3-mRFP expression throughout the small intestine. Surprisingly, FFAR3-mRFP was also expressed in the neuronal cells of the submucosal and myenteric ganglia. Quantitative PCR analysis of fluorescence-activated cell sorting (FACS) purified FFAR3-mRFP positive cells confirmed the coexpression with the various peptide hormones as well as key neuronal marker proteins. The FFAR2-mRFP reporter was strongly expressed in a large population of leukocytes in the lamina propria of in particular the small intestine but surprisingly only weakly in a subpopulation of enteroendocrine cells. Nevertheless, synthetic ligands specific for either FFAR3 or FFAR2 each released GLP-1 from colonic crypt cultures and the FFAR2 agonist mobilized intracellular Ca2+ in FFAR2 positive enteroendocrine cells. It is concluded that FFAR3-mRFP serves as a useful marker for the majority of enteroendocrine cells of the small and large intestine and that FFAR3 and FFAR2 both act as sensors for short-chain fatty acids in enteroendocrine cells, whereas FFAR3 apparently has this role alone in enteric neurons and FFAR2 in enteric leukocytes.

Enteroendocrine cells such as duodenal cholecystokinin (CCK cells) are generally thought to be confined to certain segments of the gastrointestinal (GI) tract and to store and release peptides derived from only a single peptide precursor. In the current study, however, transgenic mice expressing enhanced green fluorescent protein (eGFP) under the control of the CCK promoter demonstrated a distribution pattern of CCK-eGFP positive cells that extended throughout the intestine. Quantitative PCR and liquid chromatography-mass spectrometry proteomic analyses of isolated, FACS-purified CCK-eGFP-positive cells demonstrated expression of not only CCK but also glucagon-like peptide 1 (GLP-1), gastric inhibitory peptide (GIP), peptide YY (PYY), neurotensin, and secretin, but not somatostatin. Immunohistochemistry confirmed this expression pattern. The broad coexpression phenomenon was observed both in crypts and villi as demonstrated by immunohistochemistry and FACS analysis of separated cell populations. Single-cell quantitative PCR indicated that approximately half of the duodenal CCK-eGFP cells express one peptide precursor in addition to CCK, whereas an additional smaller fraction expresses two peptide precursors in addition to CCK. The coexpression pattern was further confirmed through a cell ablation study based on expression of the human diphtheria toxin receptor under the control of the proglucagon promoter, in which activation of the receptor resulted in a marked reduction not only in GLP-1 cells, but also PYY, neurotensin, GIP, CCK, and secretin cells, whereas somatostatin cells were spared. Key elements of the coexpression pattern were confirmed by immunohistochemical double staining in human small intestine. It is concluded that a lineage of mature enteroendocrine cells have the ability to coexpress members of a group of functionally related peptides: CCK, secretin, GIP, GLP-1, PYY, and neurotensin, suggesting a potential therapeutic target for the treatment and prevention of diabetes and obesity.

We identify the prolyl-tRNA synthetase (PRS) inhibitor halofuginone 1 , a compound in clinical trials for anti-fibrotic and anti-inflammatory applications 2 , as a potent inhibitor of SARS-CoV-2 infection and replication. The interaction of SARS-CoV-2 spike protein with cell surface heparan sulfate (HS) promotes viral entry 3 . We find that halofuginone reduces HS biosynthesis, thereby reducing spike protein binding, SARS-CoV-2 pseudotyped virus, and authentic SARS-CoV-2 infection. Halofuginone also potently suppresses SARS-CoV-2 replication post-entry and is 1,000-fold more potent than Remdesivir 4 . Inhibition of HS biosynthesis and SARS-CoV-2 infection depends on specific inhibition of PRS, possibly due to translational suppression of proline-rich proteins. We find that pp1a and pp1ab polyproteins of SARS-CoV-2, as well as several HS proteoglycans, are proline-rich, which may make them particularly vulnerable to halofuginone's translational suppression. Halofuginone is orally bioavailable, has been evaluated in a phase I clinical trial in humans and distributes to SARS-CoV-2 target organs, including the lung, making it a near-term clinical trial candidate for the treatment of COVID-19.

Objective: Gastrointestinal hormones contribute to the beneficial effects of Roux-en-Y gastric bypass surgery (RYGB) on glycemic control. Secretin is secreted from duodenal S-cells in response to low luminal pH, but it is unknown whether its secretion is altered after RYGB and if secretin contributes to the post-operative improvement in glycemic control. We hypothesized that secretin secretion increases after RYGB as a result of the diversion of nutrients to more distal parts of the small intestine, and thereby affects islet hormone release. Methods: A specific secretin radioimmunoassay was developed, evaluated biochemically, and used to quantify plasma concentrations of secretin in 13 obese individuals before, 1 week after and 3 months after RYGB. Distribution of secretin and its receptor was assessed by RNA-sequencing, mass-spectrometry and in situ hybridization in human and rat tissues. Isolated, perfused rat intestine and pancreas were used to explore the molecular mechanism underlying glucose-induced secretin secretion and to study direct effects of secretin on glucagon, insulin and somatostatin secretion. Secretin was administered alone or in combination with GLP-1 to non-sedated rats to evaluate effects on glucose regulation. Results: Plasma postprandial secretin was more than doubled in humans after RYGB (P<0.001). The distal small intestine harbored secretin expressing cells in both rats and humans. Glucose increased secretion of secretin in a sodium-glucose co-transporter dependent manner when administered to the distal part but not into the proximal part of the rat small intestine. Secretin stimulated somatostatin secretion (fold change: 1.59, P<0.05) from the perfused rat pancreas but affected neither insulin (P=0.2) nor glucagon (P=0.97) secretion. When administered to rats in vivo, insulin secretion was attenuated and glucagon secretion increased (P=0.04), while blood glucose peak time was delayed (from 15 min to 45 min) and gastric emptying time prolonged (P=0.004). Conclusion: Glucose-sensing secretin cells located in the distal part of the small intestine may contribute to increased plasma concentrations observed after RYGB. The metabolic role of the distal S-cells warrants further studies.

SUMMARY Macrophages contribute to the induction and resolution of inflammation and play a central role in the chronic low-grade inflammation in cardiovascular diseases caused by atherosclerosis. Human milk oligosaccharides (HMOs) are complex unconjugated glycans unique to human milk that benefit infant health and act as innate immune modulators. Here, we identify the HMO 3’sialyllactose (3’SL) as a natural inhibitor of TLR4-induced low-grade inflammation in macrophages and endothelium. Transcriptome analysis in macrophages revealed that 3’SL attenuates a selected set of inflammatory gene expression and promotes activity of LXR and SREBP. These acute anti-inflammatory effects of 3’SL were associated with reduced histone H3K27 acetylation at a subset of LPS-inducible enhancers distinguished by preferential enrichment for CTCF, IRF2, BCL6, and other transcription factor recognition motifs. In a murine atherosclerosis model, both subcutaneous and oral administration of 3’SL significantly reduced atherosclerosis development and the associated inflammation. This study provides evidence that 3’SL attenuates inflammation by a transcriptional mechanism to reduce atherosclerosis development in the context of cardiovascular disease.