内皮大麻素CB1受体缺陷减少剪切应力诱导的动脉炎症和脂质摄取

《Nature Communications》：Endothelial cannabinoid CB1 receptor deficiency reduces shear stress-induced arterial inflammation and lipid uptake

　　

外周大麻素CB₁受体（CB₁）拮抗剂（缺乏中枢神经系统效应）正成为代谢疾病的有前景疗法，然而内皮CB₁信号在动脉粥样硬化中的作用仍不清楚。在此，研究人员表明内皮CB₁在人类动脉粥样硬化斑块中表达，在易致动脉粥样硬化血流区域的振荡剪切应力（OSS）下被诱导，并促进血管炎症、通透性和脂质摄取。在小鼠中，内皮特异性Cnr1缺失或外周CB₁拮抗作用减轻动脉粥样硬化，通过下调小窝蛋白-1（caveolin-1，CAV1）和激活素样激酶1（ALK1）表达减少内皮小凹（caveolae）依赖性低密度脂蛋白（LDL）摄取，并在棕色和白色脂肪组织及肝脏中改善代谢参数。抗动脉粥样硬化和代谢效应在雌性中更为显著，这可能与雌激素信号相关。这些发现将内皮CB₁确定为一种促进动脉粥样硬化、具有性别偏倚的血管脂质转运和斑块发展及相关代谢功能障碍的调节因子。

**研究背景与目的**
动脉粥样硬化是一种脂质驱动的促炎性自身免疫疾病，低密度脂蛋白（LDL）在动脉壁的积累和内皮功能障碍被认为是关键起始机制。动脉粥样硬化病变优先发生于血流紊乱的动脉分支或弯曲处，剪切应力（血流对内皮表面产生的摩擦力）通过机械感受器诱导胞内信号反应。在易致动脉粥样硬化（atheroprone）区域，内皮暴露于低振荡剪切应力（OSS），激活核因子-κB（NF-κB）通路促进炎症；而在动脉保护性（atheroprotective）剪切应力下，内皮呈现静止表型。内皮小窝蛋白1（CAV1）是小凹的主要成分，介导LDL跨内皮转运，依赖于清道夫受体B1（SR-B1）和激活素样激酶1（ALK1）。内源性大麻素系统通过G蛋白偶联受体CB₁调节能量稳态，但内皮CB₁在动脉粥样硬化中的具体作用尚不明确。已有研究显示全身性CB₁拮抗剂可抑制斑块形成，但因其中枢副作用限制了应用。研究人员利用内皮特异性Cnr1敲除小鼠和外围CB₁拮抗剂，探究内皮CB₁在动脉粥样硬化及相关代谢紊乱中的作用。研究发表在《Nature Communications》。

**关键研究方法**
研究人员分析了人类动脉粥样硬化斑块的单细胞RNA测序数据（18例颈动脉内膜切除术患者，数据集GSE253904和GSE247238），通过原位杂交及体外剪切应力实验（人主动脉内皮细胞，HAoEC）检测CB₁表达。构建了内皮特异性Cnr1敲除小鼠（Cnr1^EC-KO，Apoe^-/-背景）和Ldlr^-/-小鼠模型，使用Western diet（WD）喂养。主要技术包括：超声心动图、荧光原位杂交、共聚焦显微镜、透射电镜（TEM）、RNA测序及生信分析（GO、GSEA、CHEA3）、流式细胞术、荧光LDL摄取实验（Dil-LDL）、cAMP ELISA检测、体外单核细胞黏附实验。样本队列来源于人类和小鼠。

**研究结果**
1. **Endothelial CB1 expression is induced by atheroprone shear stress**：通过分析18例患者颈动脉斑块单细胞RNA测序数据，发现CNR1主要在内皮细胞簇（endothelial 2）表达，且在小鼠主动脉易致动脉粥样硬化区域及HAoEC受OSS处理后表达升高，同时内源性大麻素2-AG合成酶DAGL上调。
2. **Endothelial Cnr1 deficiency affects vascular and cardiac function**：超声心动图显示Cnr1^EC-KO小鼠在WD后保持心功能（射血分数和缩短分数正常），而对照小鼠出现心功能下降；且Cnr1^EC-KO小鼠在基线状态下主动脉易致动脉粥样硬化区域峰值流速升高。
3. **Endothelial Cnr1 deficiency affects morphology and permeability**：内皮缺失Cnr1后，血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）表达增加，细胞形态更细长，ICAM1表达降低，伊文思蓝渗漏实验显示主动脉弓血管通透性下降。
4. **Cnr1^EC-KO endothelial cells show profound transcriptomic changes**：RNA测序发现303个差异表达基因，促炎因子（Il6, Ccl2, Cxcl12）下调，细胞基质基因（Itga8, Itga3）上调。GO分析揭示膜筏和小凹相关通路富集，转录因子预测显示Fos/Jun（AP-1）为主调控因子，GSEA揭示JNK/c-JUN、NF-κB通路抑制。CB₁拮抗剂AM281抑制TNFα诱导的c-JUN磷酸化。CNR1沉默降低HAoEC中促炎基因和ROS水平；CB₁激动剂ACEA在层流剪切应力（LSS）下逆转抗炎表型并增加单核细胞黏附。
5. **Endothelial Cnr1 deficiency reduces atherosclerotic plaque formation**：WD 4周，雌性Cnr1^EC-KO小鼠主动脉弓斑块减小，雄性降主动脉斑块减小；16周后雌性主动脉根部斑块显著减小，而雄性无差异。斑块组成分析显示雌性Cnr1^EC-KO小鼠脂质含量下降、胶原增加，提示更稳定斑块表型。
6. **Endothelial Cnr1 deficiency improves metabolic parameters**：Cnr1^EC-KO小鼠体重增长减缓，脂肪质量减少，雌性附睾白色脂肪细胞减小，棕色脂肪中Gpihbp1、Prdm16、Fabp4表达上调；棕色脂肪内皮细胞RNA测序显示线粒体呼吸和ATP合成通路富集。肝脏脂滴积累减少，胆固醇水平降低，Cd36和Acadm表达升高。腹腔葡萄糖耐量测试显示葡萄糖清除改善。
7. **Endothelial Cnr1 deficiency reduces caveolae-mediated LDL uptake**：体外灌注颈动脉实验显示Cnr1^EC-KO小鼠动脉中Dil-LDL滞留减少。TEM显示内腔侧小凹数量减少，CAV1表达在雌性Cnr1^EC-KO小鼠中下降。HAoEC中CB₁拮抗剂AM281降低CAV1及LDL摄取，而激动剂ACEA增加CAV1表达和LDL摄取；ACVRL1（ALK1）沉默可阻断ACEA诱导的LDL摄取。
8. **Endothelial CB1 induces caveolae-mediated LDL uptake via cAMP-PKA signaling**：在HEK293和HAoEC中，CB₁拮抗增加cAMP，激动减少cAMP。PKA抑制剂KT5720逆转AM281引起的CAV1降低和LDL摄取减少。同时在雄性HAoEC中AM281对CAV1无显著影响，但减少LDL摄取。
9. **Chronic peripheral CB1 antagonism reduces atheroprogression, endothelial CAV1 and ICAM1 expression in female Ldlr^-/- mice**：外周CB₁拮抗剂JD5037治疗8周后，雌性Ldlr^-/-小鼠主动脉弓斑块面积减小，内皮CAV1、ICAM1、VCAM1表达下降，而雄性中仅VCAM1降低。
10. **Estrogen reduces endothelial CAV1 expression and LDL uptake, which is not observed after CNR1 silencing**：雌性Cnr1^EC-WT小鼠主动脉内皮Cnr1表达高于雄性；雌二醇(E2)剂量依赖性上调CNR1和CAV1 mRNA。E2处理降低CAV1蛋白和LDL摄取，但CNR1沉默后E2不再产生额外效应。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究证明内皮CB₁在人类斑块内皮中表达，受致动脉粥样硬化剪切应力诱导。内皮CB₁缺失影响血管张力、改善内皮功能障碍、减少LDL浸润并改善代谢参数。外周CB₁拮抗剂JD5037可限制斑块进展和内皮炎症。内皮CB₁通过调节小凹和CAV1/ALK1通路控制LDL摄取，其机制涉及cAMP-PKA信号。性别差异可能与雌激素刺激CB₁和CAV1表达有关，但雌激素整体具有动脉保护作用。研究局限性包括缺乏CB₁蛋白特异性抗体，但功能学数据提供了关键调控证据。
**研究结论**：总之，外周CB₁拮抗剂有望成为治疗动脉粥样硬化及相关代谢紊乱的有效治疗策略。