* 本篇特別邀請原文第一作者魏子堂老師審稿
大麻在台灣列為二級毒品，吸食大麻會造成興奮、認知改變，同時也是第二級管制藥品，能作為具有止痛功效的醫療用藥。隨著大麻合法化的討論漸增，深入了解大麻所帶來的影響將更加重要。先前有些回溯性研究發現吸食大麻會增加患有心肌梗塞及心絞痛等心血管疾病的風險 [1]，也有研究指出大麻會導致小鼠血管內皮功能異常、動脈粥狀硬化、心肌病變，甚至是肥胖與糖尿病等代謝異常 [2]，然而，我們仍尚未全面瞭解其中致病機轉。
臺大藥理所與史丹佛大學為首的研究團隊結合資料庫分析、電腦模擬、細胞及活體實驗，企圖找出大麻造成心血管疾病的機制，並提供可能的解決之道。
首先，作者利用英國人體生物資料庫（UK Biobank）分析使用大麻與心肌梗塞或其它心血管疾病之間的相關性。將年齡、BMI 與性別等等因素納入考量後，發現使用大麻對於心肌梗塞而言是一個統計上顯著的正相關指標（positive predictor），蛋白質體學分析也顯示，吸食大麻 90 分鐘後，血液中發炎相關基因（例如：TGFB 及 TNF）的表現即會顯著改變，由於發炎是造成動脈粥狀硬化的主要過程，這些改變可能提高動脈粥狀硬化的發生機率（圖一）。
圖一、利用英國人體生物資料庫分析吸食大麻後，血漿中發炎相關細胞激素基因表現量的改變。
圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
大麻對心血管系統的損害主要透過大麻素受體-1（cannabinoid receptor 1，CB1）的活化 [3]，然現有的選擇性 CB1 拮抗劑發現會產生嚴重神經相關副作用，或尚未經臨床證實功能，因此針對 CB1 的拮抗抑制仍是一有潛力的藥物開發方向。團隊以四個已知的選擇性 CB1 拮抗劑（antagonist）作為範本，在 SWEETLEAD 化學資料庫篩選出候選化合物，進一步進行分子嵌合（molecular docking）模擬，發現來自黃豆的一種類黃酮（flavonoid）：金雀異黃酮（genistein），或許為適用人體的 CB1 拮抗劑。下階段的細胞、活體實驗，將驗證金雀異黃酮對於CB1 的拮抗效果及抗發炎功效。
Δ9-tetrahydrocannabinol（Δ9-THC，四氫大麻酚）為大麻中主要的致幻成分，主要與 CB1 結合介導影響認知與精神狀態。此外團隊也想探討 Δ9-THC 是否與心血管疾病風險有關。作者先評估 Δ9-THC 對於三種不同心血管細胞株的毒性，包含血管內皮細胞（HUVECs 與 HCAECs）、心肌細胞（H7 hESC-CMs）及心臟纖維母細胞（NHCF-V），發現 Δ9-THC 能對內皮細胞造成細胞毒性，且在內皮細胞中誘導了發炎相關基因、抑制抗氧化壓力的基因（圖二），但未顯著影響心肌和心臟纖維母細胞。
圖二、Δ9-THC 所導致的細胞毒性，及其對於內皮細胞造成的發炎與氧化壓力。(A) Δ9-THC 對於不同細胞株存活率的影響。(B 及 C) Δ9-THC 對於 HUVEC 中發炎 (B) 與氧化壓力 (C) 相關基因的影響。
圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
團隊亦利用 iPSCs 分化出血管內皮細胞（hiPSC-EC），進一步探討 Δ9-THC 的細胞毒性與造成發炎的風險。經 Δ9-THC 處理後，促發炎細胞激素（proinflammatory cytokine）及趨化因子（chemokine）的表現均上升（圖三 A）。除了單一時間點的評估之外，研究團隊也分析由 Δ9-THC 處理細胞後，不同時間點發炎相關基因的表現量變化，發現經兩天的處理後，Δ9-THC 所引致的發炎大約可以維持八至十天（圖三 D）。另一方面，Δ9-THC 處理後，單核球更容易附著於內皮細胞，這也是動脈粥狀硬化早期的特徵（圖三 B、C）。
圖三、Δ9-THC 在 hiPSC-ECs 細胞中造成的發炎、單核球附著與 NF-κB 的活化。 (A) Δ9-THC 在四種 hiPSC-EC 細胞中對於發炎相關基因表現量的影響。 (B 和 C) 經 Δ9-THC 處理後，單核球附著於 hiPSC-EC 細胞的多寡 (D) hiPSC-EC 給予 Δ9-THC 兩天後，發炎相關基因表現量隨時間的變化。
圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
了解到 Δ9-THC 所致的發炎相關基因表現上升，接著同樣使用 hiPSC-ECs 細胞，進入機制梳理與金雀異黃酮的測試。使用 CRISPRi （CRISPR interference，CRISPR 干擾）降低 CB1 基因表現後，Δ9-THC 造成的發炎基因表現上升程度較少（圖四 A），施用 Δ9-THC 加上金雀異黃酮的組別相較於單純 Δ9-THC，部分發炎指標也有下降，然而若是 CB1 的基因表現降低，金雀異黃酮的效果也相對減弱（圖四 B）。因此，證實金雀異黃酮必須透過 CB1 才可發揮效果。
圖四、抑制 CB1 的表現使得金雀異黃酮對抗由 Δ9-THC 誘導發炎的效果減弱。
圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
除了細胞試驗，活體實驗證實金雀異黃酮也能保護血管。首先，單純給予 Δ9-THC 的小鼠可被觀察到顯著的血管內皮功能異常，相關基因顯示動脈發炎、抗氧化能力減弱（圖五）。若同時給予金雀異黃酮，則能有效反轉前述 Δ9-THC 的不良效果。為了探討 Δ9-THC 與金雀異黃酮如何影響動脈粥狀硬化，研究團隊選用了兩種常用的動物模式：LDL 受體基因剔除鼠與 Apoe 基因剔除鼠。透過觀察動脈粥狀硬化病變的區域大小、斑塊（plaque）多寡，以及巨噬細胞聚集到主動脈根部的程度，證實了 Δ9-THC 會惡化動脈粥狀硬化的現象，而若是同時給予金雀異黃酮則能有效緩解 Δ9-THC 造成的病徵。
圖五、在小鼠模式中金雀異黃酮能抑制 Δ9-THC 所誘發的內皮功能異常。(A 到 D) 發炎與氧化壓力相關基因在單純 Δ9-THC 或合併金雀異黃酮處理的表現量。(E 及 F) 不同組別小鼠主動脈根部的斑塊多寡與巨噬細胞的聚集程度。
圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
本篇研究發現大麻致幻成分 Δ9-THC 造成血管內皮細胞發炎的相關機轉，並發現存在於黃豆中的金雀異黃酮可減緩大麻造成的發炎作用。期待未來有更多的相關研究，證實金雀異黃酮的臨床效果，提供大麻造成的心血管問題一個解決之道。
Main Article:
Wei, T. T., Chandy, M., Nishiga, M., Zhang, A., Kumar, K. K., Thomas, D., Manhas, A., Rhee, S., Justesen, J. M., Chen, I. Y., Wo, H. T., Khanamiri, S., Yang, J. Y., Seidl, F. J., Burns, N. Z., Liu, C., Sayed, N., Shie, J. J., Yeh, C. F., Yang, K. C., … Wu, J. C. (2022). Cannabinoid receptor 1 antagonist genistein attenuates marijuana-induced vascular inflammation. Cell, 185(10), 1676–1693.e23. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.005
參考文獻：
[1] Thomas, G., Kloner, R. A., & Rezkalla, S. (2014). Adverse cardiovascular, cerebrovascular, and peripheral vascular effects of marijuana inhalation: what cardiologists need to know. The American journal of cardiology, 113(1), 187–190. https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2013.09.042
[2] Pacher, P., Steffens, S., Haskó, G., Schindler, T. H., & Kunos, G. (2018). Cardiovascular effects of marijuana and synthetic cannabinoids: the good, the bad, and the ugly. Nature reviews. Cardiology, 15(3), 151–166. https://doi.org/10.1038/nrcardio.2017.130
[3] Ibsen, M. S., Connor, M., & Glass, M. (2017). Cannabinoid CB1 and CB2 Receptor Signaling and Bias. Cannabis and cannabinoid research, 2(1), 48–60. https://doi.org/10.1089/can.2016.0037
撰文｜張乃有
審稿｜魏子堂老師、王振宇、黃云宣、陳品萱
