内源性大麻素系统(Endocannabinoid system, ECS)是一种神经调节剂系统，该系统在中枢神经系统以及对内源性和外源性化合物和炎症的反应中发挥着至关重要的作用。内源性大麻素系统由两个细胞表面受体（CB1和 CB2）、两种脂质衍生的内源性大麻素分子 N-花生四烯酸氨基乙醇(Anandamide, AEA) 和 2-花生四烯酰甘油 (2-Arachidonylglycerol, 2-AG)以及其他调控或激活这些分子表达的蛋白质组成。这些内源性大麻素的前体存在于脂质膜中，当机体感受到外界刺激后，神经元突触前膜被激活，释放神经递质作用于突触后膜激活钙离子通道，使得钙离子不断积累，进而导致膜磷脂在内源性大麻素合成酶的作用下合成内源性大麻素。内源性大麻素被释放后与受体结合，激活G蛋白，抑制突触前膜神经递质的释放，从而抑制刺激作用。随后，内源性大麻素被神经元摄取和分解，从而消除内源性大麻素作用。

内源性大麻素系统主要负责维持内部环境（体温、情绪和免疫系统）的平衡以及生物系统中的能量输入和输出，并直接影响焦虑，喂养行为/食欲，情绪行为，神经功能，认知，学习，记忆和疼痛等多种生理过程，此外，ECS还涉及几种病理生理疾病，如癌症，心血管疾病和神经退行性疾病。

参考文献：

[1] Lu HC.Mackie KBiol Psychiatry. 2016 Apr 1;79(7):516-25.

敲黑板啦！

1. 青春期小鼠THC暴露会改变其成年期的能量代谢；

2. THC处理的小鼠会变瘦，并激活分化脂肪细胞中的CB1受体；

3. THC处理导致脂肪功能异常，小鼠表现出“伪瘦”的特征。

研究结果

CB1在中枢神经系统中大量表达，其主要定位于γ-氨基丁酸(GABA)能中间神经元和谷氨酸能投射神经元的轴突末端，神经元上的CB1被大麻素激活后Ca²⁺通道活性被抑制同时K⁺通道活性增加，进而减少神经递质释放并抑制膜兴奋性。除神经元细胞外，中枢系统的其他细胞（如星形胶质细胞）、外周神经系统，以及肝脏、小肠和骨骼肌等组织中也存在大量的CB1，在小肠中CB1受体参与摄食调节和平滑肌收缩，而在肝脏中CB1参与调节脂肪和纤维生成。

已有研究发现CB1在白色脂肪组织和棕色脂肪组织中均存在。iWAT中CB1的激活会促进葡萄糖摄取和脂肪酸生物合成，上调脂肪细胞分化基因如PPARγ的转录水平，并通过抑制AMPK-PGC1α途径抑制线粒体生物发生和棕色化。不仅如此，BAT中CB1可以抑制ADRB3-PKA信号通路，同时下调产热基因Ucp-1和 PGC-1α和脂解基因激素敏感脂肪酶（Hormone-sensitive lipase,HSL）和脂肪甘油三酯脂肪酶（Adipose triglyceride lipase, ATGL）水平，导致脂肪酸释放减少和产热降低。

参考文献：

[1] Jung KM et al.Rev Endocr Metab Disord. 2022 Feb;23(1):51-60

图1.THC激活青春期小鼠分化脂肪细胞中的CB1受体进而抵抗肥胖

图S1.THC激活青春期小鼠分化脂肪细胞中的CB1受体进而抵抗肥胖

与对照组相比，THC处理雄性小鼠在24小时周期的黑暗(活动)和光明(非活动)阶段均出现能量消耗增加和呼吸交换率降低(图2A,2B、图S2A,S2B)。体成分分析显示，THC处理不影响小鼠相对瘦肉量、脂肪量和含水量(图2C、图S2C)。然而，结合动物体重的变化情况，研究人员发现绝对瘦肉量、含水量、脂肪量均呈现下降的趋势(图S2D-S2F)。在THC处理结束10天内，小鼠的体重恢复正常(图2D)。

到成年初期(PND70，出生后70天。此模型在PND44时结束THC处理)，当脂肪组织中THC含量低于质谱分析的定量限值(约为0.6 pmol)时(图2E)，代谢表型又发生了改变。研究人员发现THC处理的小鼠能量消耗和呼吸交换率均降低，其中能量消耗在整个24小时期间持续降低(图2F、图S2G,S2H)，呼吸交换率仅在黑暗阶段期间降低(图2G)。此外，与对照组相比，THC组小鼠的eWAT重量和脂肪细胞面积减少，相对瘦肉含量增加，但含水量、肠道菌群组成、血指标均没有显著变化(图2H,2I、图S2I-J)。这些数据表明，低剂量THC处理青春期雄性小鼠会在不同的两组时间上引发不同的代谢变化，在青春期时期(PND44)时，脂肪中仍然含有较高浓度的药物(图2E)，此时小鼠体重减轻，能量消耗增加，呼吸交换率降低。随着小鼠成年，当THC被机体完全代谢掉后，代谢状态发生改变，平均体重恢复到正常值，而脂肪量、白色脂肪细胞面积、能量消耗和呼吸交换率降低，瘦肉含量增加（小编注：在后文中，作者提到，能量消耗降低但脂肪含量减少，这种变化即作者在后文中提出的“伪瘦”表型。该表型特征为脂肪量减少，瘦肉量增加，脂肪作为燃料的利用增加，对饮食引起的肥胖和血脂异常的部分抵抗，能量消耗程度降低，出现异常产热，以及寒冷和β-肾上腺素能受体刺激的脂肪分解受损，该情况来源于脂肪器官功能障碍）。

图2.THC处理青春期小鼠会改变其成年期的能量代谢和体重组成

为了进一步确定THC处理青春期小鼠对能量平衡的长期影响，研究人员用THC处理青春期雄性小鼠，动物出生后57天(PND57)给予HFD饮食喂养10周（HFD期间未用THC处理），结果发现THC处理小鼠体重增加程度显著低于对照组，而在食物摄入量、运动活动量或营养吸收方面没有差异(图3A-3D)。进一步分析发现，THC处理小鼠的黑暗期能量消耗增加，光照期呼吸交换率降低，脂肪重量和eWAT面积减少，瘦肉百分比增加，空腹血浆胰岛素、瘦素、甘油三酯、胆固醇和血清葡萄糖水平降低，而相对含水量和葡萄糖耐量没有显著变化(图3E-3O、图S2M)。

接下来研究人员进一步探究小鼠对低温环境的急性适应能力，这种急性反应会同时刺激BAT产热和WAT中的脂肪分解。在基线条件(20℃)下，THC处理小鼠的核心体温会高于对照组大约1℃(图4A)。转移到寒冷环境(4℃)后，两组小鼠体温均降低，并在2h后达到稳定水平，但THC处理的小鼠冷耐受能力更强(图4B)。此外，寒冷环境下THC组小鼠血浆中游离脂肪酸减少(图4C)，而两组小鼠在陌生环境中的自发活动量没有差异(图4D)。研究人员还检测了THC处理青春期小鼠是否影响机体对选择性β3-肾上腺素能受体激动剂CL316243的反应，结果表明该化合物增加了对照组小鼠的体温和血浆FFA浓度，但是没有影响THC处理小鼠的体温和血浆FFA浓度(图4E和4F)。这些结果表明，低剂量THC处理青春期雄性小鼠会产生持久的代谢影响，其特征为脂肪含量较低，瘦肉含量较高，对饮食诱导的肥胖和血脂异常具有部分抵抗力，产热增加，对生理和药理刺激的脂解反应迟钝。

图3.THC处理HFD青春期雄性小鼠可减轻成年期的体重增加和代谢异常反应

研究人员推测脂肪组织中ECS的下调引起脂肪生成减少和产热水平上调，进而维持THC处理青春期小鼠带来的持续高代谢状态。然而，与推测相反，研究人员对成年早期的小鼠BAT和iWAT进行分析，发现关键的ECS组分例如CB1受体mRNA和蛋白水平，编码2-AG代谢酶、二酰基甘油脂肪酶-α、单甘油酯脂肪酶的mRNA均没有显著差异(图S3A-D)。在iWAT中N-酰基-磷脂酰乙醇胺磷脂酶D(N-acylphosphatidylethanolamine- hydrolyzing phospholipase, NAPE-PLD)和脂肪酸酰胺水解酶(Fatty acid amide hydrolase, FAAH)的转录水平上调，但在BAT中没有变化。而BAT和WAT中2-AG水平未发生明显变化，但内源性大麻素AEA水平在iWAT中升高，在BAT中降低(图S3E-H)。综上，THC处理青春期小鼠对成年期ECS的有限影响并不能解释THC引起的实质性代谢改变。

图S3.THC处理青春期雄性小鼠会改变小鼠成年期的体温调节和脂解过程

与之前的数据相比，对对照组和THC处理组雄性小鼠BAT和iWAT的转录组数据集进行的RNA测序提供了相关的思路。通过对来自对照组和THC处理组BAT和iWAT的转录组数据集分析后，两组间差异表达的基因总数在BAT中为2985个，iWAT为3446个(图5A-D)（小编注：图5A B G表示对照组BAT、iWAT、肌肉中表达的基因与THC处理组BAT、iWAT、肌肉中表达的基因之间的相关性，两者重叠部分越多说明相关性越强，差异性variance越小）。GO富集分析显示，编码通常在肌肉和心脏中表达的收缩蛋白的基因表达水平显著上调，上调幅度较大的包括收缩纤维、肌原纤维、肌节和收缩纤维组分(Contractile fiber part)。相反，参与线粒体呼吸和蛋白质合成的基因表达水平明显降低，包括线粒体蛋白复合物、线粒体内膜和线粒体基质(图5E、5F)。部分已被证实在反复暴露于THC后的成年大鼠中脂肪组织巨噬细胞浸润增加的GO类别却几乎没有发生变化，其中包括巨噬细胞激活、先天免疫和炎症。THC发挥作用的过程具有器官特异性和生理调节性，研究人员对成年早期小鼠的骨骼肌(后肢四头肌)进行平行分析发现一组不同的转录改变，其中包括许多在BAT和WAT中升高的肌节相关基因的下调(图5G-I)。同样，成年小鼠(PND70-83，验证时为PND110)THC治疗对BAT和WAT基因转录的影响，比青春期THC治疗产生的影响要小得多，并且不包括与肌肉相关的GO类别(图S4A-S4D)。

此外，研究人员对使用THC处理青春期雄性小鼠进行筛查发现编码肌节成分的多个基因的转录水平在BAT中显著上调，在iWAT中轻度上调（上调但程度低于BAT），这些基因编码的蛋白主要包括以下几种：肌凝蛋白(Titin, Ttn)、肌凝蛋白重链(Myosin heavy chain, Myh)1、2、7；肌凝蛋白轻链3(Myosin light chain, Myl2)；肌钙蛋白1(Troponin, Tnni2)、肌钙蛋白T(Troponin T, Tnnt3)以及主要存在于肌肉中的酶，如烯醇化酶3(Enolase 3, Eno3)和基质内质网钙ATP酶1(Endoplasmic reticulum calcium ATPase 1, Atp2a1)。相反，参与线粒体呼吸的核编码基因ATP合酶亚基5(ATP synthase, Atp5)和NADH：泛素氧化还原酶(NADH dehydrogenase [ubiquinone] 1 alpha subcomplex subunit, Ndufa)以及呼吸链复合物I的两个成分被显著抑制(图6B)。然而，线粒体生物发生的主调控因子Pgc1α在BAT和WAT中表达均增强(图S4E)，而脂肪组织发挥功能所需的各种关键基因部分不受影响（如Pparγ），其他在BAT和iWAT中表达存在差异的基因如Prdm16、Adrb3、Ucp2在BAT中下调而在iWAT中上调、Ucp1在BAT中下调，iWAT中不变、Ucp3在BAT中不变，iWAT中上调。此外，研究人员发现骨骼肌中存在一组明显的、部分相反的转录修饰，这证实了THC效应的器官特异性，与对照组相比，THC处理小鼠中许多涉及肌节结构功能、钙转运和细胞呼吸的基因表达被抑制(图6A,B)。因此，THC处理青春期小鼠会导致小鼠脂肪组织中产生一系列复杂的持久性转录异常，包括肌节蛋白编码基因的异位表达，以及参与线粒体呼吸的基因表达抑制（小编注：肌节蛋白编码基因异位表达影响肌肉量，导致消瘦表型出现，线粒体呼吸基因被抑制影响机体代谢表型，引发RER异常降低）。

图5.THC处理青春期小鼠会影响小鼠成年期脂肪组织的基因转录水平

与转录组学数据一致，非靶向质谱分析显示，THC处理青春期雄性小鼠的BAT和iWAT中均存在蛋白质组学的显著变化(图S5A和S5B)，BAT的102个蛋白质中75个上调，iWAT的44个蛋白质中6个上调。THC处理的小鼠BAT中，有41个高倍数上调蛋白的STRING分析结果中显示在与肌肉成分相关的类别显著富集(图6C)，例如肌节成分肌联蛋白、肌钙蛋白，肌凝蛋白，这些蛋白的基因转录水平上调(图6D)；但参与线粒体呼吸的蛋白质，如NADH脱氢酶1a亚基3和5(NADH dehydrogenase 1 a-subcomplex subunit 3 and 5, NDUA3 and 5)和细胞色素c氧化酶亚基5A(Cytochrome c oxidase subunit 5A, COX5A)的转录被抑制(图6B)。BAT的免疫组化结果显示，在对照组小鼠中，免疫反应性肌联蛋白Titin主要定位于血管平滑肌，而THC处理小鼠的BAT中则观察到强烈的Titin免疫反应(图6E、F)。此外，研究人员发现了被THC影响的选择性BAT蛋白(图S5C、S5D)。相比而言，THC处理在WAT中产生的蛋白质组学变化比在BAT中产生的变化幅度更低。然而，三种肌肉相关蛋白肌凝蛋白、肌凝蛋白1B和肌凝蛋白9以及参与细胞内运输(分类连接蛋白1 [SNX1])和跨膜受体功能(抑制蛋白-1[ARRB1])的蛋白水平在iWAT中均显著上调(图6G和6H)。

图6.THC处理青春期小鼠会影响小鼠成年期脂肪组织中肌肉相关蛋白的异位表达

靶向代谢组学研究表明，THC处理的雄性小鼠BAT中，几种代谢物显著上调(图7A-7C)，但THC处理并没有影响与能量产生途径相关的代谢途径，如糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径，核苷酸也基本没有变化(图S6A-S6D)。相比之下，THC处理组中必需氨基酸和非必需氨基酸以及N-乙酰化氨基酸水平均升高(图7D-7F)，这表明氨基酸的合成代谢过程增强，与之相一致的是NADPH/NADP⁺比值显著降低，其原因可能与蛋白质合成消耗大量的NADPH有关，但NADH/NAD⁺比值没有变化(图7G)。有趣的是，研究人员发现THC处理小鼠的WAT中没有发生明显的代谢组学改变(图S6E-S6K)，转录组学和蛋白质组学反应也不那么明显。最后，研究人员通过透射电镜观察没有发现对照组和THC组小鼠棕色和白色脂肪细胞有任何显著的超微结构差异(图S7A-S7C)，且在BAT中肾上腺素能纤维(酪氨酸羟化酶阳性，为释放去甲肾上腺素作为神经递质的神经纤维)的密度或脂滴大小也没有差异(图 S7D)。

图7.THC处理青春期小鼠会影响小鼠成年期BAT中的氨基酸代谢

在本文中，作者发现THC低剂量(5mg/kg)腹腔注射可以降低两性年轻小鼠的体重。当治疗停止时，THC处理的雄性小鼠消耗能量显著上调。且当其成年时，体重恢复正常，脂肪量和白色脂肪细胞面积减少，瘦体重增加，抵抗饮食诱导的肥胖和血脂异常。 但在进一步分析中，作者发现THC诱导后，在冷刺激环境下小鼠冷耐受能力增强，脂肪分解上调程度显著低于对照组；但在CL刺激后，小鼠体温并未发生变化，此时脂解上调程度仍低于对照组。此外，THC小鼠还出现了脂肪含量下降，但在黑暗活动期能量消耗却显著降低(NCD)或升高(HFD)等相反代谢表型。这些结果说明THC处理会引起产热异常，并抑制脂解发生。进一步研究表明，青春期的长期THC处理会引起成年小鼠脂肪组织出现转录异常：参与线粒体呼吸的Atp5、Ndufa和呼吸链复合物I等表达被抑制；但与此同时，脂肪组织的合成代谢能力被异常增强：肌节蛋白、肌钙蛋白等肌肉组织蛋白在脂肪组织中异常高表达，必需和非必需氨基酸以及N-乙酰化氨基酸均显著上调，NADPH / NADP比率也显著降低；此外，糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径并未受到影响。

以上结果表明，在青春期长期接触低剂量THC会引发异常的“伪瘦”状态。这种表型在特征上存在瘦肉增加等健康状态表型，实际上却是由于脂肪组织产热和脂肪分解的异常所造成。但本文并未详细阐述CB1与这些分子水平变化和表型的上游机制，“伪瘦”状态对其他组织的影响也有待挖掘。