Cell︱大麻素受体1拮抗剂金雀异黄素减轻大麻诱导的血管炎症

撰文︱吴   雁

责编︱王思珍

制版︱查佳雪 

大麻（marijuana）是世界上使用最广泛的非法药物之一。大麻的日益合法化预计将增加大麻的使用，这凸显了了解其不利影响的必要性，特别是对心血管系统的影响。前期的研究表明，大麻会增加心血管疾病（CVD）的风险，包括心肌梗死、心绞痛和心律失常[1]。在动物模型中，大麻可诱导内皮功能障碍、动脉粥样硬化、心肌病和代谢功能障碍[2-3]。合成大麻素也与心血管不良反应有关[3]。英国的一项生物学数据库发现，大麻是CVD的一个风险因素。然而，我们对其机制知之甚少。因此，了解大麻和CVD之间的联系有着重要的意义。

大麻素受体主要有两个：大麻素受体1（CB1/CNR）和大麻素受体2（CB2/CNR2），均属于G蛋白偶联受体（GPCR）超家族[4]。CB1是人中枢神经系统中表达量最高的GPCR之一。CB1主要位于脑、脊髓与外周神经系统中。有研究结果显示，大麻的主要有效成分四氢大麻酚（delta-9-tetrahydrocannabinol，简称△⁹-THC）作用于CB1，与CVD发生发展相关。CB2不仅在免疫细胞中表达，特别是在巨噬细胞中，也在内皮细胞中表达[3]。内源性大麻素信号对代谢调节、记忆、情绪、疼痛和免疫功能都很重要[6]。此前的研究发现，CB1激活可通过促进炎症和氧化应激导致内皮功能障碍和动脉粥样硬化，而CB2激活可抗动脉粥样硬化。CB2激动剂目前正在研发中，将用于治疗血管疾病，而CB1拮抗剂可以抗动脉粥样硬化[3]。CB1信号还参与各种病理生理过程，包括肥胖、戒烟、糖尿病、肝硬化和癌症[6]。

基于体细胞重编程的诱导多能干细胞（iPSCs）的发现改变了干细胞生物学领域[7]。人类iPSCs（hiPSCs）避免了围绕使用人类胚胎干细胞（hESCs）的伦理困境。患者特异性hESCs来源的细胞系（如神经元、心肌细胞、肝细胞和平滑肌细胞）在再生医学和药物研发中具有很大的前景，因为它们能够产生无限供应的分化细胞系以用于疾病建模。hESCs衍生的内皮细胞（hiPSC-ECs）包含任何特定个体的遗传信息，因此能够用于研究特定血管疾病患者（个体）疾病的发生发展（原因）[8]，从而使其成为血管疾病建模和药物研发的理想平台。

2022年5月12日，斯坦福大学医学院心血管研究所Joseph C. Wu团队在Cell 上发表了题为“Cannabinoid receptor 1 antagonist genistein attenuates marijuana-induced vascular inflammation”的最新研究文章，揭示了大麻素受体1的拮抗剂金雀异黄素减轻大麻诱导的血管炎症的重要机制。

本文中，首先，研究者分析发现，在英国生物库中，被试者吸食大麻与心肌梗死之间有很强的正相关性，吸食大麻上调了与CVD有关的多种炎性细胞因子，如TGFB、CCL4/11/19、CXCL6/10/11、 IL-8、MCP2/4、TNF等。在SWEETLEAD化合物库中，通过基于配体的高通量电脑虚拟筛选，鉴定出了一种CB1拮抗分子：金雀异黄素（genistein），又称染料木素，是一种存在于豆科植物和齿状植物中的天然异黄酮化合物。金雀异黄素是公认的CB1拮抗剂，作为CB1的配体，与CB1结合并抑制CB1活性。然后，作者通过三种不同的细胞类型（图1）检测发现，△⁹-THC诱导了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的细胞毒性，且这种细胞毒性与炎症和氧化应激有关，而人胚胎干细胞来源的心肌细胞（H7 hESC-CMs）或心脏成纤维细胞（NHCF-V）没有任何不良影响（图1）。

图1 △⁹-THCC诱导人内皮细胞的细胞毒性

（图源：Tzu-Tang Wei, et al., Cell, 2022）

进一步地，作者发现，在人诱导多能干细胞来源的内皮细胞（hiPSC-ECs）中，△⁹-THC诱导了炎症，并激活了NF-kB信号通路，提示了内皮细胞细胞毒性产生的原因，也暗示了CB1参与△⁹-THC对血管的病理作用。接下来，作者应用药理学和基因学方法使得CB1失活，以研究CB1在△⁹-THC诱导的内皮细胞毒性中的作用。在hiPSC-ECs中，用siRNA、CRISPR干扰等方法抑制CB1可以逆转由△⁹-THC诱导的炎症和氧化应激，hiPSC-ECs给予CB1拮抗剂金雀异黄素也有类似效果（图2）。

图2 抑制CB1或金雀异黄素干预可减轻△⁹-THC对hiPSC-ECs的影响

（图源：Tzu-Tang Wei, et al., Cell, 2022）

最后，与体外细胞实验结果相一致地，在小鼠体内中，△⁹-THC，口服（较差的血脑屏障通过性）或注射金雀异黄素缓解可以缓解由△⁹-THC诱导的血管内皮功能障碍、炎症和氧化应激，也减少了动脉粥样硬化斑块（图3）。然而，值得关注的是，△⁹-THC诱导小鼠神经行为变化，包括运动性降低、体温降低、痛觉丧失（镇痛）、镇静；尽管小鼠体内金雀异黄素能够与CB1结合，但并不能改善△⁹-THC诱导的这些神经行为变化。

图3 金雀异黄素在小鼠模型中逆转△⁹-THC诱导的内皮功能障碍、氧化应激和炎症

（图源：Tzu-Tang Wei, et al., Cell, 2022）

图4 机制图：大麻素受体1拮抗剂金雀异黄素减轻大麻诱导的血管炎症

（图源：Tzu-Tang Wei, et al., cell, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，研究者主要发现大麻的使用呈上升趋势，并与心血管疾病有关。大麻的主要成分四氢大麻酚（△9-THC）通过大麻素受体1（CB1）引起血管炎症、氧化应激和动脉粥样硬化。金雀异黄素是一种大豆异黄酮，可以逆转△9-THC的有害心血管作用，同时保留镇静和镇痛等临床有用作用（图4）。该研究表明，中性CB1拮抗剂金雀异黄素可以减轻△9-THC对心血管系统的不利影响，同时保留△9-THC有益的中枢作用。

该研究突出创新点包括：（1）英国生物库大样本数据分析，共157331名参与者，其中约22.2%的参与者（34878名）吸食大麻（主要为抽烟），并且这些大麻吸食者与心肌梗死有明显的正相关。（2）首次通过两个独立的小鼠模型展示了△9-THC介导的血管炎症和氧化应激、内皮功能障碍和动脉粥样硬化之间的联系。（3）CB1拮抗剂金雀异黄素可减轻△9-THC诱导的动脉粥样硬化。

尽管，诱导多能干细胞是一种强大的疾病建模系统，因为它们可以提供无限的组织来源。但是iPSC-ECs不成熟，内皮型一氧化氮合成酶表达低，是动脉、静脉和淋巴ECs的混合物。因此，需要进一步用原代内皮细胞和小鼠模型来验证iPSC-ECs的作用。

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005

人才招聘
【1】人才招聘︱“ 逻辑神经科学 ”诚聘文章解读/撰写岗位 ( 网络兼职, 在线办公)【2】“ 逻辑神经科学 ”诚聘副主编/编辑/运营岗位（在线办公）

往期文章精选【1】Trends Mol Med 综述︱张兵团队聚焦外周神经在皮肤再生与疾病发生过程中的重要作用【2】Cereb Cortex︱首发未用药精神分裂症患者灰质体积改变的遗传机制【3】Nat Immunol︱星型胶质细胞IL-2基因递送改善损伤后神经炎症病理【4】Mol Neurobiol︱俞琼课题组使用生物信息学策略鉴定首发精神分裂症患者外周血miRNA生物标志物【5】Nat Commun︱杜洋团队在揭示人体孤儿受体GPR88激活和别构调节机制【6】Front Aging Neurosci︱遗忘型轻度认知障碍病人结构功能磁共振共享的连接模式【7】BRAIN 综述︱肠道菌群在帕金森病中的作用：机制研究和治疗选择【8】Neurobiol Dis 综述︱脑小血管疾病中神经血管单元对微循环和认知功能的调节作用
【9】Commun Biol︱刘晓冬/樊瑜波/李小梅揭示钙通道CaV1编码多肽对神经元活动—突起发育耦联的调控作用【10】Biol Psychiatry︱黄卓课题组揭示JADE2在海马突触可塑性和学习记忆中的重要作用

优质科研培训课程推荐【1】单细胞测序与空间转录组学数据分析研讨会（6月11-12日 腾讯在线会议）

研讨会【1】爱眼日专题研讨会︱转录、细胞和计算水平解析视觉功能及其异常

参考文献（上下滑动阅读）  

[1] Thomas, G., Kloner, R.A., and Rezkalla, S. (2014). Adverse cardiovascular, ce-rebrovascular, and peripheral vascular effects of marijuana inhalation: what cardiologists need to know. Am. J. Cardiol. 113, 187–190.

[2] Wang, X., Derakhshandeh, R., Liu, J., Narayan, S., Nabavizadeh, P., Le, S., Danforth, O.M., Pinnamaneni, K., Rodriguez, H.J., Luu, E., et al. (2016). One minute of marijuana second hand smoke exposure substantially impairs vascular endothelial function. J. Am. Heart Assoc. 5

[3] Pacher, P., Steffens, S., Hasko´, G., Schindler, T.H., and Kunos, G. (2018). Car-diovascular effects of marijuana and synthetic cannabinoids: the good, the bad, and the ugly. Nat. Rev. Cardiol. 15, 151–166

[4] Atakan, Z. (2012). Cannabis, a complex plant: different compounds and different effects on individuals. Ther. Adv. Psychopharmacol. 2, 241–254

[5] Mackie, K. (2006). Cannabinoid receptors as therapeutic targets. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 46, 101–122.

[6] Sugamura, K., Sugiyama, S., Nozaki, T., Matsuzawa, Y., Izumiya, Y., Miyata, K., Nakayama, M., Kaikita, K., Obata, T., Takeya, M., and Ogawa, H. (2009). Activated endocannabinoid system in coronary artery disease and antiinflammatory effects of cannabinoid 1 receptor blockade on macrophages. Circulation 119, 28–36

[7] Shi, Y., Inoue, H., Wu, J.C., and Yamanaka, S. (2017). Induced pluripotent stem cell technology: a decade of progress. Nat. Rev. Drug Discov. 16,115–130

[8] Lau, E., Paik, D.T., and Wu, J.C. (2019). Systems-wide approaches in induced pluripotent stem cell models. Annu. Rev. Pathol. 14, 395–419

本文完