Starches, a storage form of carbohydrates, are a major source of calories in the human diet and a primary feedstock for bioindustry. We report a chemical-biochemical hybrid pathway for starch synthesis from carbon dioxide (CO2) and hydrogen in a cell-free system. The artificial starch anabolic pathway (ASAP), consisting of 11 core reactions, was drafted by computational pathway design, established through modular assembly and substitution, and optimized by protein engineering of three bottleneck-associated enzymes. In a chemoenzymatic system with spatial and temporal segregation, ASAP, driven by hydrogen, converts CO2 to starch at a rate of 22 nanomoles of CO2 per minute per milligram of total catalyst, an ~8.5-fold higher rate than starch synthesis in maize. This approach opens the way toward future chemo-biohybrid starch synthesis from CO2.

Previous studies of primarily Western populations have reported contrasting associations of dairy consumption with certain cancers, including a positive association with prostate cancer and inverse associations with colorectal and premenopausal breast cancers. However, there are limited data from China where cancer rates and levels of dairy consumption differ importantly from those in Western populations.The prospective China Kadoorie Biobank study recruited ~0.5 million adults from ten diverse (five urban, five rural) areas across China during 2004-2008. Consumption frequency of major food groups, including dairy products, was collected at baseline and subsequent resurveys, using a validated interviewer-administered laptop-based food frequency questionnaire. To quantify the linear association of dairy intake and cancer risk and to account for regression dilution bias, the mean usual consumption amount for each baseline group was estimated via combining the consumption level at both baseline and the second resurvey. During a mean follow-up of 10.8 (SD 2.0) years, 29,277 incident cancer cases were recorded among the 510,146 participants who were free of cancer at baseline. Cox regression analyses for incident cancers associated with usual dairy intake were stratified by age-at-risk, sex and region and adjusted for cancer family history, education, income, alcohol intake, smoking, physical activity, soy and fresh fruit intake, and body mass index.Overall, 20.4% of participants reported consuming dairy products (mainly milk) regularly (i.e. ≥1 day/week), with the estimated mean consumption of 80.8 g/day among regular consumers and of 37.9 g/day among all participants. There were significant positive associations of dairy consumption with risks of total and certain site-specific cancers, with adjusted HRs per 50 g/day usual consumption being 1.07 (95% CI 1.04-1.10), 1.12 (1.02-1.22), 1.19 (1.01-1.41) and 1.17 (1.07-1.29) for total cancer, liver cancer (n = 3191), female breast cancer (n = 2582) and lymphoma (n=915), respectively. However, the association with lymphoma was not statistically significant after correcting for multiple testing. No significant associations were observed for colorectal cancer (n = 3350, 1.08 [1.00-1.17]) or other site-specific cancers.Among Chinese adults who had relatively lower dairy consumption than Western populations, higher dairy intake was associated with higher risks of liver cancer, female breast cancer and, possibly, lymphoma.

Abstract Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is marked with the replacement of normal alveolar tissue by thicker and harder fibrous material, damaged exchange ability. Currently, nintedanib and pirfenidone, are the only FDA-approved drugs with limited efficacy for IPF, which indicated an urgent need to explore new therapies. Disulfiram (DSF), an acetaldehyde dehydrogenase inhibitor, used as anti-alcohol treatment. Despite reported with anti-hepatic fibrosis effect of DSF, the underlying mechanism remains unclear. In our study, DSF exhibited regulative impact on abnormal proliferation, EMT and ECM production in cell models of IPF including primary DHLF-IPF cells and TGF-β1-stimulated A549 cells. The absence of COX-2 was restored by DSF treatment, together with elevated prostaglandin biosynthesis both in vitro and in vivo models of IPF. Furthermore, the anti-fibrotic effect of DSF was impeded with COX-2 knockdown or pharmacological inhibition in TGF-β1-stimulated A549 cells, however, exogenous PGE2 reclaimed with anti-EMT function. In established animal model of IPF, DSF ameliorated declined lung function and histopathological changes, and restrained the lung hydroxyproline content. Together, these findings suggest that the anti-fibrotic effect of DSF was achieved through re-activation of COX-2 mediated PGE2 biosynthesis. The above results suggest that DSF can be applied therapeutically in fibrotic conditions.

Abstract Endovascular interventions often fail due to restenosis, primarily caused by smooth muscle cell (SMC) proliferation, leading to intimal hyperplasia (IH). Current strategies to prevent restenosis are far from perfect and impose significant collateral damage on the fragile endothelial cell (EC), causing profound thrombotic risks. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) is a co-enzyme and signaling substrate implicated in redox and metabolic homeostasis, with a pleiotropic role in protecting against cardiovascular diseases. However, a functional link between NAD + repletion and the delicate duo of IH and EC regeneration has yet to be established. NAD + repletion has been historically challenging due to its poor cellular uptake and low bioavailability. We have recently invented the first nanocarrier that enables direct intracellular delivery of NAD + in vivo . Combining the merits of this prototypic NAD + -loaded calcium phosphate (CaP) nanoparticle (NP) and biomimetic surface functionalization, we created a biomimetic P-NAD + -NP with platelet membrane coating, which enabled an injectable modality that targets IH with excellent biocompatibility. Using human cell primary culture, we demonstrated the benefits of NP-assisted NAD + repletion in selectively inhibiting the excessive proliferation of aortic SMC, while differentially protecting aortic EC from apoptosis. Moreover, in a rat balloon angioplasty model, a single-dose treatment with intravenously injected P-NAD + -NP immediately post angioplasty not only mitigated IH, but also accelerated the regeneration of EC (re-endothelialization) in vivo in comparison to control groups (i.e., saline, free NAD + solution, empty CaP-NP). Collectively, our current study provides proof-of-concept evidence supporting the role of targeted NAD + repletion nanotherapy in managing restenosis and improving re-endothelialization.

Aim: Acute kidney injury (AKI), a global public health issue, not only causes millions of deaths every year, but is also a susceptible factor for chronic kidney disease (CKD). Nephrotoxic drugs are an important cause of AKI. There is still a lack of effective and satisfactory prevention method in clinical practice. This study investigated the protective effect of the exosomes derived from urine of premature infants on cisplatin-induced acute kidney injury. Methods: Isolation of exosomes from fresh urine of premature infants: The characteristics of exosomes were determined by flow cytometry, transmission electron microscopy and Western blotting. A C57BL/6 mice model of cisplatin-induced acute kidney injury was established. The mice in the experimental group were given 100ug exosomes dissolved in 200ul solution. The mice in the control group were given normal saline (200ul). These treatments were performed 24 hours after AKI was induced by intraperitoneal injection of cisplatin. To evaluate renal function, blood was drawn 24 hours after AKI model was established and serum creatinine (sCr) was measured. The mice were euthanized 72 hours after exosome treatment. The kidneys were collected for pathological examination, RNA and protein extraction, and the evaluation of renal tubular damage and apoptosis. In the in-vitro experiment, human renal cortex/proximal tubular cells (HK2) was induced by cisplatin to assess the protective ability of the exosomes derived from urine of premature infants. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) and Western Blotting were used to evaluate the effect of exosomes treatment on the apoptosis of HK2 cells induced by cisplatin. Exosome microRNA sequencing technology and bioinformatics analysis method were applied to investigate the miRNAs enriched in exosomes and their target genes. The dual luciferase gene reporter system was used to detect the interaction of target genes. Results: Treatment of exosomes derived from urine of premature infants could decrease the level of serum creatinine and the apoptosis of renal tubular cell, inhibit the infiltration of inflammatory cell, protect mice from acute kidney injury induced by cisplatin and reduce mortality. In addition, miR-30a-5p was the most abundant miRNA in the exosomes derived from urine of premature infants. It protected HK2 cells from cisplatin-induced apoptosis by targeting and down-regulating the 3'UTR of mitogen-activated protein kinases (MAPK8) mRNA. Conclusions: According to our results, the exosomes derived from urine of premature infants alleviated cisplatin-induced acute kidney injury in mice and inhibited the apoptosis of human proximal tubular cells (HK2) induced by cisplatin in vitro. MiR-30a-5p in exosomes inhibited cisplatin-induced MAPK activation, ameliorated apoptosis, and protected renal function. The exosomes derived from urine of premature infants provided a promising acellular therapy for AKI.

Osteoporosis (OP) is a highly polygenetic disease which is usually characterized by low bone mineral density. Genome-wide association studies (GWAS) have identified hundreds of genetic loci associated with bone mineral density. However, the biological mechanisms of these loci remain elusive. To identify potential causal genes of the associated loci, we detected trait-gene expression associations by transcriptome-wide association study (TWAS) method. It directly imputes gene expression effects from GWAS data, using a statistical prediction model trained on GTEx reference transcriptome data, with blood and skeletal tissues data. Then we performed a colocalization analysis to evaluate the posterior probability of biological patterns: association characterized by a single shared causal variant or two distinct causal variants. The ultimate analysis identified 276 candidate genes, including 3 novel loci, 204 novel candidate genes and 69 replicated from GWAS. The 3 novel loci located at chr6: 72417543, chr15: 69601206, chr21: 30530692, mapping to gene RIMS1, SPESP1, MAP3K7CL. The results of colocalization analysis indicated that 142 of them showing strong evidence of a single shared causal variant and 134 of them showing evidence of joint causal variants. Their biological function was directly or indirectly associated with the occurrence of OP validated by VarElect tool. Several important OP-associated pathways were detected by protein-protein interaction and pathway enrichment analysis. Target genes were further enriched for differential expression genes in osteoblasts expression profiles, e.g. IBSP, affecting calcium and hydroxyapatite binding, and CD44, regulating alternative splicing of gene transcription. Transcriptome fine-mapping identifies more disease-related genes and provide additional insight into the development of novel targeted therapeutics to treat OP.

Abstract In many species, adult animals may exhibit caregiving or aggression towards conspecific offspring. The neural mechanisms underlying the infanticide and pup care remain poorly understood. Here, using monogamous virgin mandarin voles ( Microtus mandarinus ) that may exhibit pup care or infanticide, we found that more oxytocin (OT) neurons in the paraventricular nucleus (PVN) were activated during pup caring than infanticide. Optogenetic activation of OT neurons in the PVN facilitated pup-caring in male and female mandarin voles. In infanticide voles, optogenetic activation of PVN OT cells prolonged latency to approach and attack pups, whereas inhibition of these OT neurons facilitated approach and infanticide. In addition, OT release in the medial prefrontal cortex (mPFC) in pup-care voles increased upon approaching and retrieving pups, and decreased in infanticide voles upon attacking pups. Optogenetic activation of PVN OT neuron projections to the mPFC shortened the latency to approach and retrieve pups and facilitated the initiation of pup care, whereas inhibition of these projections had little effect. For pup-care females, neither activation nor inhibition of the fibers affected their behavior towards pups. In infanticide male and female voles, optogenetic activation of PVN-mPFC OT projection fibers prolonged the latency to approach and attack pups and suppressed the initiation of infanticide, whereas inhibition of these projections promoted approach and infanticide. Finally, we found that intraperitoneal injection of OT promoted pup care and inhibited infanticide behavior. It is suggested that the OT system, especially PVN OT neurons projecting to mPFC, modulates pup-directed behaviors and OT can be used to treat abnormal behavioral responses associated with some psychological diseases such as depression and psychosis.