JMCB: 冯英梅/税光厚团队合作揭示Exendin-4通过控制造血干/前体细胞增殖减轻动脉粥样硬化进展

 研究背景：

胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1r）激动剂（GLP-1 RAs）在预防2型糖尿病患者的主要不良心血管终点、中风和慢性肾脏疾病的发生方面具有有益的功能。从病理学角度来看，动脉粥样硬化是心血管疾病的基本因素。它始于内皮功能障碍，随后是低密度脂蛋白（LDL）滞留到内皮下和炎症细胞浸润。施用GLP-1 RA Exendin-4（Ex-4）已被证明可通过不同的机制禁止高胆固醇血症小鼠的斑块进展。GLP-1 RAs对巨噬细胞的抗炎特性已有报道，但它们是否以及如何调节造血干/前体细胞（HSPCs）向髓系生成的方向发展尚不清楚。

HSPCs 是唯一能分化成所有类型血细胞的细胞。出生后，HSPCs 居于骨髓缺氧微环境中，其自我更新和分化之间的平衡受到BM微环境的调节。迄今为止，越来越多的证据表明，在饮食诱导的高胆固醇血症小鼠中，HSPCs 的异常扩增、偏斜性骨髓细胞生成和动脉粥样硬化的进展之间存在着密切的联系。

为了探讨Ex-4治疗对动脉粥样硬化的影响，研究人员将LDLr^−/−小鼠用饲料饮食或高脂饮食（HFD）喂养12周，并于喂养6周后，用盐水或Ex-4治疗6周。与饲料喂养的小鼠相比，HFD喂养小鼠被诱导葡萄糖耐量受损，血浆胆固醇和甘油三酯水平显著升高，HFD还促进了白细胞增多、髓细胞生成和F4/80+巨噬细胞频率。Ex-4的治疗不仅降低了葡萄糖水平，还减弱了高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠的斑块进展。

Ex-4治疗减轻高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠动脉粥样硬化斑块的进展

接着，研究人员将新鲜分离的骨髓细胞（BMCs）用 HSPC 标记物进行荧光激活细胞分选(FACS)，用以分析HSPC的频率和细胞周期。发现HFD喂养可显著增高HSPC 的频率和细胞周期，而Ex-4治疗可显著抑制高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠的HSPC增殖。此外，研究人员还通过毛细管免疫印迹法测定了FACS分选的野生型HSPCs中GLP-1r的表达。

Ex-4治疗抑制高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠的HSPCs的增殖

为了研究GLP-1r在HSPC生物学中的作用，研究人员随后构建了GLP-1r^−/−小鼠。野生型对照组和GLP-1r^−/−小鼠之间的空腹血浆胆固醇和甘油三酯水平相似。值得注意的是，当腹腔注射10%的葡萄糖时，GLP-1r^−/−小鼠显示出葡萄糖耐量受损。与生理盐水相比，Ex-4治疗并没有改善GLP-1r^−/−小鼠的葡萄糖耐量。

接着，研究人员将野生型或GLP-1r^−/−小鼠的BMCs移植到接受致死辐射的LDLr^−/−小鼠中，然后进行HFD喂养12周。BM重建16周后，通过FACS进行嵌合分析，发现GLP-1r^−/− BMCs的移植导致高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠的偏斜性骨髓生成，表明HSPCs中GLP-1r的表达参与了谱系重建。此外，进一步探究Ex-4对髓系细胞产生的调节作用发现，Ex-4在体外处理FACS纯化的HSPCs，可抑制LDL诱导的细胞扩张和粒细胞生成。

GLP-1r 缺乏会影响糖耐量和白细胞重建

最后，研究人员运用靶向代谢组学探究了Ex-4对HSPCs代谢组学特征的影响。HSPCs中119种代谢产物（包括9种脂质类别的101种脂质、TCA循环的9种代谢产物和9种其他代谢产物）的细胞内水平得到了量化。其中，21种代谢产物的水平在从饲料喂养小鼠和HFD喂养小鼠分离的HSPCs之间存在显著差异，如磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），其是连接糖酵解和糖异生的关键代谢产物，在HFD喂养小鼠HSPCs中的水平增加，而Ex-4治疗可改善HFD喂养小鼠HSPCs的糖酵解和脂质代谢。研究人员还通过酶联免疫吸附试验（ELISA）对肝脏和BMCs中与PEP产生和催化相关的酶进行了定量，进一步证实Ex-4治疗可以改变HSPCs的代谢。

HFD 下 Ex-4处理的 HSPC 的代谢特征

总之，该研究测定了HSPCs中GLP-1r的表达，发现GLP-1类似物通过GLP-1r发挥作用，直接调节HSPCs的增殖和髓细胞生成，导致高胆固醇血症LDLr^−/−小鼠斑块中炎性细胞数量和病变大小的减少。