关于epsin纳米疗法调控胆固醇转运以促进动脉粥样硬化斑块消退的研究报告

研究团队与发表信息

该研究由哈佛医学院波士顿儿童医院血管生物学项目的Kui Cui、Xinlei Gao、Beibei Wang等作为共同第一作者，Hong Chen和Kaifu Chen为共同通讯作者，团队还包含来自布莱根妇女医院、路易斯维尔大学和范德堡大学等多个机构的研究人员。研究于2023年1月6日发表在Circulation Research期刊，标题为“epsin nanotherapy regulates cholesterol transport to fortify atheroma regression”，论文编号DOI:10.1161/circresaha.122.321723。

学术背景

动脉粥样硬化（atherosclerosis）是一种慢性炎症性疾病，其特征是动脉壁内脂质堆积形成斑块，最终导致冠心病、缺血性中风等心血管事件。尽管现有降脂疗法（如靶向PCSK9的抗体或siRNA药物）已取得进展，但动脉炎症仍是斑块不稳定的关键因素。

背景知识：
1. 巨噬细胞（macrophages）在斑块中摄取氧化低密度脂蛋白（oxLDL）后转化为泡沫细胞（foam cells），驱动炎症反应。
2. 胆固醇逆转运（reverse cholesterol transport, RCT）依赖ABCG1等转运蛋白将胆固醇从巨噬细胞排出至高密度脂蛋白（HDL），但这一过程在动脉粥样硬化中常被抑制。
3. epsin家族蛋白作为内吞适配器（endocytic adaptors），此前研究发现其通过下调LRP-1促进动脉粥样硬化，但其在胆固醇代谢中的作用尚未明确。

研究目标：
- 揭示epsin在巨噬细胞脂质代谢（lipid metabolism）中的分子机制；
- 设计靶向epsin的纳米颗粒（nanoparticle, NP）疗法，通过siRNA沉默epsin以促进斑块消退。

研究流程与实验方法

1. 单细胞RNA测序与代谢通讯分析

• 研究对象：从髓系特异性epsin双敲除（LysM-DKO）小鼠和野生型（WT）小鼠的主动脉分离细胞。
  
• 实验方法：
  
  • 单细胞RNA测序（scRNA-seq）鉴定主动脉细胞类型（如巨噬细胞亚群、血管平滑肌细胞等），并通过标志基因（如CD68、Trem2）分选。
    
  • 使用MEBOCOST算法（团队自主开发）分析细胞间代谢物-传感器通讯，发现胆固醇（cholesterol）-CD36通路在epsin缺失后显著减弱。
    
• 关键结果：epsin缺失导致巨噬细胞中CD36介导的脂质摄取减少，同时ABCG1表达上调。
  

2. Epsin调控CD36内吞与脂质摄取的机制

• 实验设计：
  
  • 通过免疫共沉淀（co-IP）证实epsin1通过其N端ENTH结构域与CD36结合。
    
  • 流式细胞术和免疫荧光显示，oxLDL刺激下，epsin缺失巨噬细胞的CD36膜定位减少，且早期内体（early endosomes）标记EEA1与CD36共定位消失。
    
• 功能验证：
  
  • 油红O（Oil Red O）染色和BODIPY标记显示epsin缺失巨噬细胞的脂滴积累减少。
    
  • 构建epsin1截断体（ΔENTH或ΔUIM），发现ΔENTH突变体无法恢复CD36介导的脂质摄取。
    

3. Epsin通过泛素化降解ABCG1抑制胆固醇外排

• 分子机制：
  
  • WB和细胞表面生物素化实验表明，epsin缺失巨噬细胞中ABCG1蛋白水平升高，且其膜定位增加。
    
  • Co-IP证实epsin通过其UIM结构域结合泛素化的ABCG1，促进其溶酶体降解（lysosomal degradation）。
    
• 功能验证：
  
  • 在LysM-DKO/ABCG1fl/+小鼠中，ABCG1部分回补逆转了epsin缺失导致的胆固醇外排增强效应。
    

4. S2P-NP靶向递送epsin siRNA的纳米疗法

• 纳米颗粒设计：
  
  • 合成巨噬细胞靶向肽（S2P）修饰的脂质纳米颗粒（S2P-NP），包裹epsin1/2 siRNA（S2P-NP-siepsin1/2）。
    
• 动物模型：
  
  • 早期/晚期斑块模型：ApoE−/−小鼠高脂饮食（WD）8周（早期）或17周（晚期）后注射NP。
    
  • 斑块消退模型：AAV8-PCSK9突变小鼠高脂饮食16周后转为正常饮食，并注射NP。
    
• 结果：
  
  • NP治疗显著缩小斑块面积，减少坏死核心（necrotic core），增加胶原沉积（见图7、8）。
    
  • 巨噬细胞炎症因子（TNF-α、IL-1β）下调，抗炎因子（IL-10）上调。
    

主要研究结果

1. epsin通过CD36促进脂质摄取：

   • scRNA-seq显示epsin缺失减弱胆固醇-CD36信号（图1）。
     
   • CD36内吞和再循环依赖epsin的ENTH结构域（图3）。
     

2. epsin抑制ABCG1介导的胆固醇外排：

   • epsin通过UIM结构域促进ABCG1泛素化降解（图6）。
     
   • 在LysM-DKO小鼠中，ABCG1上调增强RCT（图5）。
     

3. 纳米疗法促斑块消退：

   • S2P-NP-siepsin1/2可稳定斑块，减少巨噬细胞浸润（图8）。
     

结论与意义

1. 科学价值：

   • 首次阐明epsin通过“双刃剑”机制（促进CD36内吞+抑制ABCG1外排）调控巨噬细胞胆固醇代谢。
     
   • 开发MEBOCOST算法解析代谢通讯，为单细胞数据分析提供新工具。
     

2. 应用价值：

   • S2P-NP靶向递送siRNA的策略可避免全身副作用，为动脉粥样硬化治疗提供新方向。
     

研究亮点

1. 创新性发现：epsin同时调控脂质摄取与外排的“双向开关”机制。
   
2. 技术突破：自主开发MEBOCOST算法和巨噬细胞靶向纳米颗粒。
   
3. 临床潜力：纳米疗法在斑块消退模型中表现优异，有望转化至心血管疾病治疗。
   

补充说明：研究数据已上传至GEO数据库（GSE214414），实验方法详见补充材料。