脂肪甘油三酯脂肪酶敲除增加了血管周围脂肪组织的抗收缩作用

《Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology》：Adipose Triglyceride Lipase Knockout Increases Anticontractile Effects of Perivascular Adipose Tissue

肥胖和动脉粥样硬化中，ATGL基因在脂肪细胞中的特异性表达或敲除可调节PVAT的血管收缩功能，其中脂肪细胞ATGL抑制可减轻PVAT功能障碍。

　　肥胖作为一种全球性的健康问题，严重增加了心血管疾病的风险。尽管这种关联已被人们认识数十年，但对局部脂肪组织与血管之间的相互作用机制仍知之甚少。围绕血管的脂肪组织，即血管周围脂肪组织（PVAT），在调节血管功能方面具有重要作用。PVAT通过释放影响邻近平滑肌和内皮细胞的介质，从而对血管的收缩和舒张产生调控作用。因此，PVAT在调节血压、血管壁硬度以及动脉粥样硬化等方面发挥着关键作用。早期研究表明，PVAT可以减弱血管对去甲肾上腺素、苯肾上腺素、血管紧张素II、内皮素-1和血清素等收缩剂的反应。这种抗收缩效应被认为是由PVAT释放的一氧化氮（NO）以及激活血管平滑肌细胞的钾通道所介导的。参与血管旁分泌交流的活性介质包括脂肪因子（如瘦素和脂联素）、硫化氢、活性氧、炎症细胞因子和血管紧张素-1-7等，这些介质可能来源于PVAT中的脂肪细胞、干细胞、神经元或免疫细胞。然而，关于这些血管来源松弛因子的细胞来源和身份仍存在争议。不同研究结果的不一致表明，这种松弛因子可能并非单一物质，而是根据血管床、所用刺激物以及PVAT自身的表型状态而有所不同。与其它脂肪组织类似，PVAT也会受到代谢变化的影响，如肥胖。在肥胖人群中，PVAT失去了棕色脂肪组织（BAT）样特性及其抗收缩能力，这种现象被称为PVAT功能障碍。

ATGL（脂肪组织甘油三酯酶；也称为PNPLA2）催化了细胞内甘油三酯分解的关键步骤，启动了脂肪酸（FAs）从甘油骨架中逐步释放的过程。ATGL在PVAT中高度表达，而全球ATGL缺失的小鼠则表现出PVAT重量显著增加以及严重的血管功能障碍。与肥胖动物的PVAT不同，全球ATGL缺失小鼠的PVAT表现出增强的抗收缩能力，尽管它们的脂肪积累和炎症是肥胖脂肪组织的典型特征。然而，全球ATGL缺失小鼠由于缺乏心肌细胞中的脂质配体，导致PPARα信号传导受阻，从而出现严重的肥厚性心肌病。因此，目前尚不清楚AKO小鼠中观察到的抗收缩效应是否直接由PVAT中的ATGL缺失引起，还是由其他系统性效应（如心力衰竭期间的去甲肾上腺素信号增强）所致。

本研究旨在探讨脂肪细胞中ATGL对血管收缩性、内皮依赖性舒张以及心脏功能的贡献。我们分析了脂肪细胞特异性ATGL缺失小鼠和仅在心脏肌肉中表达ATGL的全球ATGL缺失小鼠的血管功能。为了实现脂肪细胞特异性ATGL表达，我们通过细菌人工染色体（BAC）技术将完整的ATGL cDNA引入到小鼠的AdipoQ基因位点中。该构建体包括SV40多聚腺苷酸信号和一个由frt位点包围的新生霉素/卡那霉素抗性基因。通过将该构建体微注射到FVB小鼠的受精卵中，我们获得了13只小鼠中的一只ATGL-AdipoQ转基因小鼠。然后，将该转基因小鼠与异质型AKO小鼠杂交，以在C57BL/6J背景下产生具有脂肪细胞特异性ATGL恢复的AKO小鼠（A+/AKO）。所有小鼠均进行了至少10代回交，以确保遗传背景的一致性。实验中使用了标准实验室饮食（Altromin 1324）和自由获取的水，小鼠被群体饲养在12小时光照/黑暗周期环境中。在本研究中使用了自由进食的雄性和雌性小鼠，并在约8至12周龄时被安乐死。所有动物均按照奥地利实验室动物实验法律（基于美国国家卫生研究院指南）接受标准护理，该研究方案已获得奥地利联邦教育、科学与研究部（BMBWF-66.007/0025-V/3b/2019和2023-0.349.814）的批准。

为了研究脂肪细胞特异性ATGL表达对AKO小鼠系统和异位代谢表型的影响，我们比较了A+/AKO小鼠与野生型（WT）和AKO小鼠的体重、心脏、肝脏和骨骼肌的外观。结果表明，A+/AKO小鼠与AKO小鼠在体重方面无显著差异，但在心脏、肝脏和骨骼肌中表现出类似的脂肪沉积。这说明脂肪细胞特异性ATGL表达能够部分恢复AKO小鼠的代谢表型。此外，我们还观察到A+/AKO小鼠的血浆非酯化脂肪酸（NEFAs）水平显著低于WT小鼠，但与AKO小鼠相似。这表明ATGL在脂肪细胞中的表达可能影响了脂肪酸的释放，从而改变了代谢状态。同时，A+/AKO小鼠的血浆胆固醇水平也显著降低，而血浆甘油三酯水平则与WT和AKO小鼠相似。这些数据进一步支持了ATGL在脂肪细胞中的作用，并表明其在调节脂肪代谢和血管功能方面的重要性。

为了探讨脂肪细胞特异性ATGL表达对AKO小鼠血管收缩性的影响，我们进行了离体血管收缩性研究。使用不同浓度的苯肾上腺素（phenylephrine）刺激血管环，并在有无PVAT的条件下测量其反应。结果显示，AKO小鼠的血管对苯肾上腺素的反应显著降低，而脂肪细胞特异性ATGL表达的A+/AKO小鼠则表现出部分恢复的收缩性。这表明脂肪细胞中的ATGL可能在血管收缩性调节中起着重要作用。此外，我们还观察到，当血管环在有PVAT的情况下暴露于血栓素类似物U46619时，AKO小鼠的血管反应显著增强，而A+/AKO小鼠则表现出类似的增强效果。这说明ATGL的缺失可能通过增强PVAT的抗收缩能力来影响血管功能。然而，值得注意的是，这种抗收缩效应并不影响内皮依赖性舒张，这表明ATGL可能主要通过影响PVAT的功能来调节血管收缩性。

为了进一步验证这些发现，我们还研究了心脏特异性ATGL表达对AKO小鼠血管功能的影响。结果显示，心脏特异性ATGL表达的AKO小鼠（AKO/cTg）在血管舒张方面表现出部分改善，但其血管收缩性并未受到影响。这表明ATGL在心脏中的表达可能对内皮功能有一定的影响，但对血管收缩性的作用较弱。我们还通过离体心脏灌注实验评估了心脏功能，发现AKO和A+/AKO小鼠的心脏重量和心脏与体重的比例均显著增加，这与心脏中甘油三酯水平的升高一致。然而，这些小鼠的收缩功能并未得到改善，反而表现出显著的舒张功能障碍。这表明ATGL的缺失可能对心脏功能产生更广泛的负面影响，而不仅仅是血管功能。

在讨论部分，我们总结了本研究的主要发现。首先，脂肪细胞特异性ATGL缺失显著增强了PVAT的抗收缩能力，无论是在急性还是慢性条件下。其次，尽管AKO小鼠的PVAT表现出抗收缩能力的增强，但它们的心脏功能仍然严重受损，这可能掩盖了ATGL对血管功能的影响。此外，我们发现，ATGL的缺失可能通过影响PVAT的代谢活动来调节血管功能，而不是直接影响血管壁。这些结果提示，ATGL在PVAT功能调节中起着关键作用，并且其缺失可能成为治疗肥胖和动脉粥样硬化相关血管功能障碍的新策略。

综上所述，本研究提供了首个证据表明，脂肪细胞中ATGL的表达变化可能对血管收缩性产生调控作用。ATGL的缺失可能通过影响PVAT的代谢活动，从而降低血管收缩性，并具有防止PVAT功能障碍的潜力。这些发现为未来研究ATGL在心血管疾病中的作用提供了重要的理论依据，并可能为开发新的治疗策略提供方向。