慢性THC暴露以性别依赖性方式调节HIV-1 Tg26小鼠的行为结果与内源性大麻素信号

《Brain Research Bulletin》：Chronic THC exposure modulates behavioral outcomes and endocannabinoid signaling in HIV-1 Tg26 mice in a sex-dependent manner

　　

据世界卫生组织统计，预计到2024年底约有4080万人感染1型人类免疫缺陷病毒（HIV-1）。联合抗逆转录病毒疗法（cART）的发展延长了HIV-1感染者的寿命，使HIV-1感染成为一种可控但慢性的疾病。然而，由于潜伏病毒库在CD4⁺ T细胞和巨噬细胞/单核细胞群体中的持续存在，目前的cART疗法既不能治愈也不能完全根除HIV-1感染。这些受感染的免疫细胞群在感染早期穿过血脑屏障（BBB），在中枢神经系统（CNS）中建立病毒库。HIV-1在CNS中的存在刺激细胞因子和趋化因子等炎症介质释放，抑制突触谷氨酸再摄取，引起过量钙内流，兴奋神经元，并触发自由基形成。这些广泛的炎症模式和谷氨酸兴奋性毒性最终导致CNS中的突触树突损伤和神经递质稳态破坏。

众所周知，即使在cART时代，HIV-1相关的神经生理学症状源于病毒蛋白、神经毒素和炎症持续水平引起的CNS持续性破坏。值得注意的是，尽管接受了有效的cART方案，仍有约30-50%的HIV-1感染者出现运动功能障碍和学习缺陷等HIV-1相关症状。此外，30-60%的HIV-1感染者发展为HIV-1相关感觉神经病变。这些cART后的临床表现凸显了HIV-1持续存在的神经生物学影响，其中大部分由HIV-1病毒蛋白在CNS中的持续存在和活性驱动。因此，需要超越病毒抑制的治疗策略，内源性大麻素（eCB）系统正成为一个有前景的靶点。

eCB系统包括Gi/o蛋白偶联的大麻素受体（CB1R和CB2R）、内源性大麻素配体N-花生四烯酰乙醇胺（AEA）和2-花生四烯酰甘油（2-AG），以及负责其分解的主要分解代谢酶——负责AEA的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）和负责2-AG的单酰基甘油脂肪酶（MAGL）。生理上，该系统的激活具有稳态、抗炎和神经保护作用，使其成为对抗HIV-1感染神经毒性效应的有前景靶点。重要的是，先前研究表明，大麻使用与HIV-1感染者发生神经认知症状的几率较低相关，且HIV-1感染者近期大麻暴露与脑脊液和血浆中炎症标志物水平降低有关。大麻的主要精神活性成分Δ⁹-四氢大麻酚（THC）在CB1R和CB2R上均作为部分激动剂，其行为效应主要由CB1R介导，抗炎效应主要由CB2R介导。这些发现与其他研究共同支持eCB信号可能通过抗炎和神经保护机制减轻HIV-1相关神经毒性的观点。此外，HIV-1感染者自我药用地使用大麻的比例是美国一般人群的三倍，这强调了阐明大麻使用在HIV-1感染背景下作用的重要性。

研究人员利用非感染性HIV-1 Tg26小鼠模型（该模型携带多种HIV蛋白，如Tat、gp120、Nef）来复制HIV-1相关神经系统疾病的发病机制。先前使用该模型的研究显示对伤害性热刺激的敏感或过敏、高血压和行为相关缺陷，以及这些动物大脑皮层和海马中神经炎症、神经元损伤和线粒体损伤等持续性脑病理变化。然而，关于慢性THC在体内神经HIV中的效应知之甚少。研究人员实验室最近的工作表明，在HIV-1 Tg26小鼠模型中，低剂量慢性THC暴露改变了急性THC挑战的行为和神经炎症反应。具有慢性THC用药史的雌性Tg26小鼠对THC的低体温、抗伤害感受和运动抑制效应表现出降低的敏感性，同时多个CNS区域中促炎和抗炎细胞因子及趋化因子均减少。此外，一项在HIV-1转基因大鼠中进行的研究报告称，低剂量慢性THC暴露改善了学习表现但损害了基于风险的决策。值得注意的是，低剂量慢性THC给药在几种其他临床前疾病模型中显示出对行为和病理的有益效应，包括衰老、阿尔茨海默病和神经病理性疼痛。

由于关于慢性THC暴露在神经HIV背景下如何影响eCB系统的了解甚少，研究人员试图确定长期THC给药和HIV-1病毒蛋白对内源性大麻素水平、受体表达和降解酶表达的影响。因此，本研究通过评估自发伤害感受和运动协调，随后使用Western blot和质谱法检查eCB系统，检测了HIV-1 Tg26小鼠模型中慢性（3个月）THC治疗的效果。研究人员假设，通过THC（CBR激动剂）的CBR慢性激活，凭借其抗炎特性，将对HIV-1 Tg26小鼠模型的运动协调和自发伤害感受产生神经保护作用。此外，研究人员假设慢性THC暴露会改变CNS中的eCB张力。

**论文解读：慢性THC暴露对HIV-1 Tg26小鼠行为结果与内源性大麻素信号的性别依赖性调节**

**一、研究背景与目的**

全球约有4080万HIV-1感染者，联合抗逆转录病毒疗法虽将HIV-1感染转化为可控慢性疾病，但无法根除潜伏病毒库。HIV-1感染的免疫细胞穿越血脑屏障进入中枢神经系统，持续释放病毒蛋白（如Tat、gp120、Nef）和炎症介质，导致突触树突损伤和神经递质稳态失衡。即使有效抑制外周病毒载量，仍有30-50%的感染者出现运动功能障碍和学习缺陷，30-60%发展为感觉神经病变。现有的cART方案无法解决CNS中持续的病毒蛋白介导的神经毒性。内源性大麻素系统因其稳态调节、抗炎和神经保护特性成为潜在干预靶点。临床观察显示大麻使用与较低的神经认知症状发生率相关，且HIV-1感染者自我药用地使用大麻的比例显著高于一般人群。然而，慢性THC暴露在神经HIV背景下对eCB系统的具体影响尚不清楚。本研究利用HIV-1 Tg26转基因小鼠模型（携带多种HIV蛋白但不具感染性），探讨慢性THC（3 mg/kg，皮下注射，持续3个月）对行为结局和eCB信号的影响，重点关注性别差异。

**二、主要技术方法**

本研究使用HIV-1 Tg26转基因小鼠模型（FVB/N-Tg(HIV)26Aln/PkltJ与C57BL/6J回交至少八代，删除gag/pol基因的3 kb区域使病毒非感染性）及其野生型同窝对照。动物分为两个队列：队列1（n=48，雌雄各半）接受慢性THC或溶剂皮下注射（每日一次，每周五天，持续12周），评估转棒（rotarod）运动协调学习和热板（hot plate）自发伤害感受行为；队列2（n=24）为药物初治小鼠，单次注射THC后30分钟采集血浆和皮层组织，验证Δ⁹-THC及其代谢物的暴露水平。行为测试包括训练期（3周基线）、给药期（12周，每周至少一次测试）和停药后测试。分子检测包括：超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS）定量6个CNS区域（前额叶皮层、纹状体、杏仁核、小脑、脑干、脊髓）的eCB相关脂质（2-AG、AEA、PEA、OEA、AA）以及血浆和皮层中THC及其代谢物（11-OH-THC、11-COOH-THC）浓度；Western blot定量CB1R、CB2R、FAAH、MAGL蛋白表达水平。统计分析采用多因素方差分析（ANOVA），以性别、基因型和药物处理为组间因素。

**三、主要研究结果**

**1. 小脑运动学习缺陷伴随性别差异性eCB谱改变**

转棒任务评估了小脑依赖的运动协调和学习能力。基线期（3周训练），所有组别均表现出学习能力提升（时间主效应显著），但雌性Tg26(+/?)小鼠的运动学习速率显著慢于雌性Tg26(?/?)小鼠（第2周组间差异显著，p=0.043），尽管最终能达到同等水平。UPLC-MS/MS分析显示，Tg26(+/?)小鼠小脑中2-AG浓度整体低于Tg26(?/?)对照（基因型主效应显著）。Western blot分析揭示性别特异性分子变化：雌性Tg26(+/?)小鼠小脑MAGL酶表达显著升高（可能加剧2-AG降解），而雄性Tg26(+/?)小鼠小脑CB1R和CB2R表达显著上调（可能的代偿性受体上调反应）。这种分子层面的性别差异与行为学发现一致，提示雌性缺乏代偿性受体反应可能是其对HIV蛋白相关运动缺陷更易感的基础。

**2. 慢性THC给药缓解运动协调的时间性衰退**

在整个3个月给药期间，转棒表现随时间显著下降（时间主效应显著）。慢性THC处理在雄性小鼠中发挥了缓解效应：溶剂处理的雄性小鼠从第4周到第15周表现出显著的转棒潜伏期下降（p<0.001），而THC处理的雄性小鼠在整个测试期间保持稳定表现（独立于基因型）。这一行为保全与雄性小鼠小脑CB1R蛋白表达上调（药物主效应和基因型主效应均显著）相一致。停药后一周的测试未发现显著效应，表明THC的益处主要在持续给药期间体现。

**3. 热痛觉减退与脊髓和脑干eCB张力改变**

热板测试评估了脊髓上水平的自发伤害感受。基线期，Tg26(+/?)小鼠（特别是雌性）在热板上停留时间显著更长（较低的疼痛敏感性），表明存在热痛觉减退。慢性给药结束后，雄性Tg26(+/?)小鼠表现同样的基因型效应，但慢性THC未显著影响任何组的伤害感受行为。分子分析显示，在脑干和脊髓中，Tg26(+/?)雄性小鼠的2-AG浓度显著低于Tg26(?/?)对照，且溶剂处理的Tg26(?/?)雄性小鼠2-AG水平最高。脊髓组织中，Tg26(+/?)雄性小鼠CB1R和CB2R表达均显著下调，且慢性THC暴露进一步降低了CB1R表达（可能反映受体脱敏和耐受性发展）。脑干中未检测到药物诱导的CB1R和2-AG水平变化。

**4. THC及其代谢物的药代动力学性别差异性**

在药物初治队列中，单次皮下注射3 mg/kg THC后30分钟检测发现：病毒蛋白表达差异性地影响THC及其代谢物的生物利用度，且呈性别依赖性。在血浆中，病毒蛋白的存在增加了雄性Δ⁹-THC和11-COOH-THC的生物利用度，但降低了雌性中的水平（性×基因型交互作用显著）。在皮层中，Tg26(+/?)小鼠（特别是雄性）的11-OH-THC浓度显著高于Tg26(?/?)对照；而雌性和Tg26(+/?)小鼠的11-COOH-THC浓度更高（主要由Tg26(+/?)雌性驱动）。血浆中雄性较高的11-OH/11-COOH比值提示性别依赖性THC代谢处理差异，可能由CYP450酶表达的性别差异所介导。

**四、讨论与结论**

讨论部分指出，本研究证实了慢性THC暴露对HIV-1 Tg26小鼠的行为和分子表型产生性别依赖性调节作用。病毒蛋白表达与雌性小脑依赖性运动获取受损相关，可能机制为雌性中MAGL升高导致的2-AG加速降解叠加缺乏代偿性受体上调；而雄性通过CB1R/CB2R上调实现稳态代偿，维持运动功能。慢性THC在雄性中改善了运动协调的时间性衰退并伴随小脑CB1R上调，但未能改变伤害感受行为，可能与脊髓CB1R下调反映的耐受性发展有关。病毒蛋白表达相关的热痛觉减退提示HIV-1相关感觉处理回路功能障碍可能超越了eCB张力降低的预期行为后果。

结论部分总结指出，生物性别和病毒蛋白表达是决定Δ⁹-THC在HIV相关神经功能障碍模型中治疗和神经生物学效应的关键因素。慢性THC暴露与运动协调衰退的缓解和小脑CB1R表达增加相关，但同时也与脊髓CB1R表达降低一致（符合药效动力学耐受性的发展）以及缺乏可检测的抗伤害感受效应。这些发现为理解大麻素反应的性别依赖性变异提供了生物学框架，支持将性别作为开发基于大麻素的慢性神经炎症辅助治疗的关键因素。论文发表在《Brain Research Bulletin》。