内皮NOX1通过骨骼肌线粒体功能障碍驱动肥胖

背景：本研究旨在探讨细胞类型特异性、选择性激活不同血管NOX（NADPH氧化酶）亚型在肥胖和代谢综合征中的假设作用与机制。方法：在表型分析前，将野生型、NOX1/2/4全身性敲除小鼠、内皮/血管平滑肌细胞特异性NOX1敲除小鼠或血管内皮特异性NOX1敲入小鼠进行高脂饮食喂养，分析其肥胖和代谢综合征表型、运动能力、骨骼肌线粒体功能及新型遗传特征。结果：高脂饮食喂养的野生型小鼠中NOX1表达显著上调。NOX1全身性敲除（NOX1-/y）而非NOX2或NOX4敲除，显著抑制了高脂饮食诱导的体重/脂肪量增加、前脂肪细胞分化、脂肪肝、葡萄糖耐受不良以及胰岛素/瘦素抵抗。值得注意的是，内皮特异性NOX1敲除（Cdh5cre-NOX1CKO）而非血管平滑肌特异性NOX1敲除（Myh11cre-NOX1CKO）显著缓解了肥胖和代谢综合征。一致地，高脂饮食喂养的内皮特异性NOX1敲入小鼠（Cdh5cre-NOX1CKI）表现出加重的代谢紊乱。通过内皮细胞洗脱实验验证了内皮细胞特异性NOX1敲除/敲入。高脂饮食喂养的NOX1-/y、Cdh5cre-NOX1CKO或Cdh5cre-NOX1CKI小鼠的食物/水摄入量与相应对照组无差异，表明能量摄入无变化。相反，NOX1-/y或Cdh5cre-NOX1CKO小鼠的自发活动、运动能力、线粒体氧耗/ATP生成、骨骼肌线粒体功能（ROS产生和肿胀活性）及线粒体嵴结构均显著改善，表明能量消耗增加归因于骨骼肌线粒体功能的保持。支持性地，Cdh5cre-NOX1CKI小鼠表现出运动能力下降和骨骼肌线粒体功能障碍。高脂饮食喂养的NOX1-/y或Cdh5cre-NOX1CKO小鼠的内皮依赖性血管舒张功能恢复，证实内皮功能改善。RNA测序鉴定出高脂饮食喂养的Cdh5cre-NOX1CKO小鼠中4个基因（Cntnap4、Sgsm1、Tll2和Syt9）显著下调，7个基因（Odf3l2、Col9a1、Cldn23、Atp5g2、Nkx6-3、Ntsr2和Zfp69）显著上调，其中Cntnap4和Col9a1与肌肉疾病相关。重要的是，我们在肥胖患者的离体冠状动脉中观察到NOX1显著上调。结论：综上所述，我们的数据首次确立了一个新颖且范式转变的概念：内皮NOX1通过损害骨骼肌线粒体功能并伴随新型遗传特征，驱动系统性代谢表型。内皮NOX1及新型候选基因的组织特异性靶向可能为治疗肥胖和代谢综合征提供强效策略。