Brown adipose tissue (BAT) is an important energy metabolic organ that is closely related to obesity, type 2 diabetes, and atherosclerosis. Aging is one of the most important determinants of BAT activity. In this study, we used 18F-FDG PET/CT imaging to assess the aging of the BAT in LmnaG609G/G609G mice. To evaluate the BAT activity, LmnaG609G/G609G and wild-type (WT) mice were injected with 18F-FDG, and PET/CT imaging was performed. The maximum standardized uptake value (SUVMax) of the BAT was measured and the target/nontarget (T/NT) values of BAT were calculated. The transcription and the protein expression levels of the uncoupling protein 1 (UCP1), beta3-adrenergic receptor (β3-AR), and the PRdomain-containing16 (PRDM16), were measured by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) and Western blotting or immunohistochemical analysis. Apoptosis and cell senescence of the BAT, in WT and LmnaG609G/G609G mice, was detected by Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL), and by CDKN2A/p16INK4a immunohistochemical staining, respectively. At 14 weeks of age, the BAT SUVMax and the expression levels of UCP1, β3-AR and PRDM16 in LmnaG609G/G609G mice was significantly lower than that in WT mice. At the same time, the number of p16INK4a and TUNEL positively stained cells (%) increased in LmnaG609G/G609G mice. LmnaG609G/G609G mice are an ideal model for studying BAT aging. The aging characteristics and the aging mechanism of BAT in LmnaG609G/G609G mice can mimic normal BAT aging.

SARS-CoV-2 spike protein (SARS-2-S) induced cell–cell fusion in uninfected cells may occur in long COVID-19 syndrome, as circulating SARS-2-S or extracellular vesicles containing SARS-2-S (S-EVs) were found to be prevalent in post-acute sequelae of COVID-19 (PASC) for up to 12 months after diagnosis. Although isolated recombinant SARS-2-S protein has been shown to increase the SASP in senescent ACE2-expressing cells, the direct linkage of SARS-2-S syncytia with senescence in the absence of virus infection and the degree to which SARS-2-S syncytia affect pathology in the setting of cardiac dysfunction are unknown. Here, we found that the senescent outcome of SARS-2-S induced syncytia exacerbated heart failure progression. We first demonstrated that syncytium formation in cells expressing SARS-2-S delivered by DNA plasmid or LNP-mRNA exhibits a senescence-like phenotype. Extracellular vesicles containing SARS-2-S (S-EVs) also confer a potent ability to form senescent syncytia without de novo synthesis of SARS-2-S. However, it is important to note that currently approved COVID-19 mRNA vaccines do not induce syncytium formation or cellular senescence. Mechanistically, SARS-2-S syncytia provoke the formation of functional MAVS aggregates, which regulate the senescence fate of SARS-2-S syncytia by TNFα. We further demonstrate that senescent SARS-2-S syncytia exhibit shrinked morphology, leading to the activation of WNK1 and impaired cardiac metabolism. In pre-existing heart failure mice, the WNK1 inhibitor WNK463, anti-syncytial drug niclosamide, and senolytic dasatinib protect the heart from exacerbated heart failure triggered by SARS-2-S. Our findings thus suggest a potential mechanism for COVID-19-mediated cardiac pathology and recommend the application of WNK1 inhibitor for therapy especially in individuals with post-acute sequelae of COVID-19.

Abstract Patients with pre-existing heart failure are at a particularly high risk of morbidity and mortality resulting from SARS-CoV-2 infection. Direct acute cardiac injury or cytokine storms have been proposed to contribute to depressed cardiac function. However, the pathogenic mechanisms underlying the increased vulnerability to heart failure in SARS-CoV-2 infected patients are still largely unknown. Here, we found that the senescent outcome of SARS-CoV-2 spike protein (SARS-2-S)-induced syncytia exacerbated heart failure progression. We first demonstrated that syncytium formation in cells expressing SARS-2-S delivered by DNA plasmid or LNP-mRNA exhibits a senescence-like phenotype. Extracellular vesicles containing SARS-2-S (S-EVs) also confer a potent ability to form senescent syncytia without denovo synthesis of SARS-2-S. Mechanistically, SARS-2-S syncytia provoke the formation of functional MAVS aggregates, which regulate the senescence fate of SARS-2-S syncytia by TNF α . We further demonstrate that senescent SARS-2-S syncytia exhibit shrinked morphology, leading to the activation of WNK1 and impaired cardiac metabolism. In pre-existing heart failure mice, the WNK1 inhibitor WNK463, anti-syncytial drug niclosamide, and senolytic dasatinib protect the heart from exacerbated heart failure triggered by pseudovirus expressing SARS-2-S (SARS-2-Spp). Signs of senescent multinucleated cells are identified in ascending aorta from SARS-CoV-2 omicron variant-infected patient. Our findings thus suggest a potential mechanism for COVID-19-mediated cardiac pathology and recommend the application of WNK1 inhibitor for therapy. Significance Statement In this paper, we directly linked SARS-2-S-triggered syncytium formation with the ensuing induction of cellular senescence and its pathophysiological contribution to heart failure. We propose that both SARS-2-S expression and SARS-2-S protein internalization were sufficient to induce senescence in nonsenescent ACE2-expressing cells. This is important because of the persistent existence of SARS-2-S or extracellular vesicles containing SARS-2-S during the acute and post-acute stages of SARS-CoV-2 infection in human subjects. In searching for the underlying molecular mechanisms determining syncytial fate, the formation of functional MAVS aggregates dependent on RIG-I was observed at an early stage during fusion and regulated the anti-death to senescence fate of SARS-2-S syncytia through the TNFα-TNFR2 axis. We also found impaired cardiac metabolism in SARS-2-S syncytia induced by condensed WNK1. Importantly, SARS-2-Spp-exacerbated heart failure could be largely rescued by WNK1 inhibitor, anti-syncytial drug or senolytic agent. Together, we suggest that rescuing metabolism dysfunction in senescent SARS-2-S syncytia should be taken into consideration in individuals during the acute or post-acute stage of SARS-CoV-2 infection.