石胆酸在冠状动脉粥样硬化中的作用及机制的研究

Coronary atherosclerosis, which is associated with complex metabolic disorders, has heavy disease burden. However, many individuals without traditional cardiovascular risk factors still have subclinical coronary atherosclerosis, which indicates novel pathogenic metabolite. We previously demonstrated that patients with coronary artery disease had elevated plasma lithocholic acid (LCA) level compared with controls by using both nontargeted and targeted metabolomics approach. Lithocholic acid induces inflammatory gene expression in vivo and suppresses endothelial cell proliferation in vitro. Therefore, we hypothesized that LCA promotes atherosclerosis via increasing the expression of adhesion molecule and inflammatory cytokines, and promotes monocyte-endothelial cell adhesion and monocyte migration. Our study will first treat endothelial cells and macrophages with LCA to investigate its effect on cell phenotype and monocyte-endothelial cell interaction. We will then use transcriptome sequencing and biacore technology to explore novel lithocholic acid-interaction protein. We will then investigate whether LCA exacerbate plaque area in atherosclerotic mice by feeding with LCA, and using LCA receptor knock-out and transgenic mice. Finally, we will include patients with coronary artery intermediate lesions and examine the association between baseline LCA level and risk of major cardiac adverse events at 2 year follow-up. If we can demonstrate the molecular mechanisms by which LCA promotes atherosclerosis, it will be of great clinical significance in finding novel targets to treat atherosclerosis and further improve patients’ outcome.

冠状动脉粥样硬化疾病负担沉重，其发病机制与代谢紊乱密切相关。然而，无传统危险因素人群仍有相当比例存在粥样斑块，提示存在其他潜在致病代谢产物。我们前期利用代谢组学手段，发现冠心病患者体内石胆酸水平增高。石胆酸能够增加体内炎症因子表达，并且能够抑制内皮细胞增殖。因此我们假设：石胆酸可能通过增加黏附及炎症因子表达，促进单核细胞黏附并穿过内皮细胞层，从而发挥促粥样硬化作用。本研究首先在细胞层面探讨石胆酸刺激对内皮，单核细胞表型及两者相互作用的影响，并进一步利用转录组测序，Biacore技术垂钓石胆酸结合蛋白，挖掘潜在的分子机制。然后在整体动物水平，利用动脉粥样硬化小鼠模型探讨喂养石胆酸是否能够促进粥样斑块形成。最终，在人群前瞻队列验证基线石胆酸水平与主要不良心血管事件发生风险关系。如能证实石胆酸在动脉粥样硬化形成中的作用及机制，有助于进一步开发冠心病治疗新靶点并改善患者预后，具有重要临床意义。

背景：冠状动脉粥样硬化疾病负担沉重，其发病机制与代谢紊乱密切相关。本课题前期代谢组学测序发现冠心病患者血浆石胆酸水平增高。石胆酸刺激抑制体外内皮细胞增殖，改变炎症相关基因表达，提示石胆酸可能通过改变炎症通路影响粥样硬化发生发展。.方法与结果：项目首先在动物水平探讨石胆酸对动脉粥样硬化发生发展的作用。8周龄Apoe-/-小鼠依据饲养饮食不同分为普通饮食组、高脂饮食组、高脂饮食+0.1%石胆酸组、高脂饮食+0.3%石胆酸组。饲养12周后取材分析发现饮食中添加石胆酸显著减低小鼠主动脉大体及根部的粥样硬化斑块面积（油红O染色），降低血浆总胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇水平。.脂质代谢异常及炎症反应是粥样硬化发生的两大主要机制。使用石胆酸刺激体外内皮细胞及巨噬细胞，发现其炎症分子表达及内皮-单核细胞黏附无显著改变。TGR5是石胆酸的天然受体之一并且与巨噬细胞功能相关。我们构建了Tgr5-/-Apoe-/-小鼠并发现高脂饮食中添加石胆酸仍然可显著减低Tgr5-/-Apoe-/-小鼠的斑块面积，提示石胆酸并非通过TGR5受体这一机制抗粥样硬化。.肝脏及肠道组织是胆固醇代谢的主要器官。小鼠肝脏转录组测序发现饮食中添加石胆酸显著改变肝脏脂肪酸代谢通路基因表达，代谢物蛋白互作实验及表面等离子共振实验证实脂肪酰胺水解酶（FAAH）是石胆酸的直接结合蛋白，功能实验证实石胆酸抑制FAAH酶催化活性。同时我们在小鼠肠道组织中发现饮食添加石胆酸显著降低胆固醇吸收关键分子NPC1L1表达，抑制饮食中胆固醇吸收。最后我们在人群水平发现基线石胆酸水平较高患者随访期间发生主要不良心脏事件风险较低。.结论：饮食中添加石胆酸可以有效减轻动脉粥样硬化模型小鼠的主动脉粥样硬化斑块面积，该作用主要是通过减低胆固醇水平实现的。一方面，石胆酸通过与FAAH结合并抑制其功能，调节体内脂肪酸代谢；另一方面，石胆酸抑制小肠上皮细胞NPC1L1蛋白的表达，抑制外源性胆固醇的吸收，进而降低体内的胆固醇水平。石胆酸抗动脉粥样硬化作用的阐明对于降脂药物的研发及改善冠心病患者预后具有重要意义。