動脈粥樣硬化是一種典型的慢性炎癥性疾病，其特征是動脈斑塊中存在充滿膽固醇的巨噬細胞。動脈粥樣硬化性心血管疾病（ASCVD）是全球范圍內發病和死亡的主要原因。巨噬細胞代謝改變和細胞死亡促進壞死核心的形成，而胞葬作用水平降低則導致核心擴大，進一步引發炎癥、壞死和血栓形成。經典活化的巨噬細胞（M1）分泌促炎細胞因子（如TNF-α, IL-1β），促進組織損傷和斑塊破裂。相比之下，替代活化的巨噬細胞（M2）釋放抗炎介質，促進組織修復并有助于斑塊穩定。鑒于巨噬細胞在動脈粥樣硬化中的高異質性和可塑性，其表型可以影響疾病的進展和消退。因此，開發抗動脈粥樣硬化的新治療策略至關重要。

氨基酸代謝的改變影響免疫細胞極化和增殖，導致動脈粥樣硬化中的局部炎癥和細胞間相互作用的增加。胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體SLC7A11是氨基酸轉運系統Xc^-的輕鏈亞基，其功能是輸入細胞外胱氨酸并輸出細胞內谷氨酸，用于谷胱甘肽（GSH）的生物合成。越來越多的證據表明Slc7a11與心血管疾病（CVDs）之間存在關聯。然而，Slc7a11及其介導的氨基酸在動脈粥樣硬化中的功能仍不清楚。

為了探索泡沫巨噬細胞和非泡沫巨噬細胞之間的差異，研究團隊分析了小鼠動脈粥樣硬化斑塊的RNA測序數據。轉錄組分析揭示了氧化應激、巨噬細胞變化、鐵死亡和氨基酸轉運途徑的參與。Slc7a11基因表達水平在與動脈粥樣硬化發展相關的信號通路中名列前茅，包括細胞對氧化應激的反應、鐵死亡、GSH代謝過程和氨基酸跨膜轉運。在骨髓源性巨噬細胞（BMDMs）中，氧化型低密度脂蛋白（oxLDL）上調了Slc7a11的mRNA表達，并呈劑量依賴性。與mRNA調控模式一致，oxLDL也以時間和劑量依賴性的方式增加了Slc7a11蛋白水平。oxLDL誘導的Slc7a11蛋白表達通過流式細胞術得到驗證。值得注意的是，用Nrf2抑制劑（Nrf2-In-1）處理的BMDMs中，oxLDL誘導的Slc7a11 mRNA表達受到抑制。為了進一步證實Slc7a11在動脈粥樣硬化中的參與，研究探索了接受16周西方飲食的ApoE^-/-小鼠動脈樣本的動脈粥樣硬化斑塊中巨噬細胞Slc7a11的表達。免疫熒光染色顯示，膜轉運蛋白Slc7a11在接受16周西方飲食的ApoE^-/-小鼠的動脈粥樣硬化斑塊中與Mac-3陽性巨噬細胞共定位。這些結果表明，Slc7a11表達在動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞中增強。

為了研究巨噬細胞Slc7a11在動脈粥樣硬化發展中的病理生理學作用，研究團隊構建了具有巨噬細胞特異性Slc7a11過表達的ApoE^-/-小鼠（ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠）。與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的主動脈根部動脈粥樣硬化病變面積減少了61%。主動脈根部的橫截面分析進一步表明，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的斑塊壞死核心面積顯著減少。根據Stary方法對主動脈斑塊的分類顯示，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠在早期和中期有更多斑塊，而ApoE^-/-小鼠有更嚴重的動脈粥樣硬化斑塊。ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠具有更高的α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）比例和更低的Mac-3陽性細胞，表明與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的纖維帽內有更多的平滑肌細胞和更少的巨噬細胞浸潤。主動脈竇斑塊的Masson三色染色顯示，與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠有更多的膠原沉積。此外，通過檢測循環抗氧化劑（GSH和GSH過氧化物酶GSH-PX）和脂質過氧化產物（丙二醛MDA和4-羥基壬烯醛4-HNE）來評估氧化應激水平。與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠顯示出更高的血漿GSH和GSH-PX水平，但血漿MDA水平更低。動脈粥樣硬化斑塊中Mac-3和4-HNE的共染色顯示，與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的巨噬細胞脂質過氧化水平降低。總之，這些結果表明，巨噬細胞特異性Slc7a11過表達通過減少巨噬細胞浸潤和氧化應激，顯著緩解了動脈粥樣硬化的發展并增強了動脈粥樣硬化病變的穩定性。

研究表明，增加巨噬細胞向M1表型的極化或減少向M2表型的極化會加速動脈粥樣硬化斑塊的進展。為了確定Slc7a11如何減弱巨噬細胞中的動脈粥樣硬化進展，研究測量了來自ApoE^-/-Slc7a11^MOE和ApoE^-/-小鼠的主動脈中巨噬細胞極化標記物的mRNA表達。與ApoE^-/-小鼠相比，ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠主動脈中M1標記物（Tnfa, Nos2, Il6, Il1b）的表達較少，而M2標記物（Arg1, Mrc1, Irf4, Retnla）的表達較多。這表明Slc7a11過表達可能通過調節ApoE^-/-小鼠的巨噬細胞極化來減輕動脈粥樣硬化。

研究進一步探討了Slc7a11調節巨噬細胞極化的潛在機制。M1巨噬細胞表型由信號轉導和轉錄激活因子1（Stat1）控制，Stat1在響應干擾素和其他免疫信號時通過其磷酸化被激活。用脂多糖（LPS）和干擾素-γ（IFN-γ）激活來自野生型、Slc7a11^-/-和Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中的M1表型，然后測量Stat1磷酸化和M1標記物（Tnfa, Nos2, Il6, Il1b）的mRNA水平以評估M1極化。與野生型BMDMs相比，Slc7a11過表達降低了LPS/IFN-γ誘導的M1極化，而Slc7a11缺陷的巨噬細胞促進了LPS/IFN-γ誘導的M1極化。與Slc7a11^-/-巨噬細胞類似，通過erastin對Slc7a11進行藥理學抑制也顯著增加了LPS/IFN-γ誘導的Stat1磷酸化和M1標記物表達。

接下來，研究調查了Slc7a11對M2巨噬細胞極化的影響。用白細胞介素-4（IL-4）激活M2巨噬細胞表型，并測量Stat6磷酸化和M2標記物（Arg1, Mrc1, Irf4, Retnla）的mRNA水平。與野生型BMDMs相比，Slc7a11過表達促進了IL-4誘導的M2極化，而Slc7a11缺陷或erastin處理抑制了IL-4誘導的M2極化。總之，這些結果表明，Slc7a11抑制了LPS/IFN-γ誘導的M1極化，并促進了IL-4誘導的M2極化。

Slc7a11介導細胞外胱氨酸的攝取，以交換細胞內谷氨酸，從而合成GSH。研究進一步探討了Slc7a11介導的巨噬細胞極化是否通過胱氨酸攝取和GSH合成進行。GSH處理可顯著降低來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中LPS/IFN-γ誘導的M1極化，表明GSH抑制了巨噬細胞M1極化。GSH處理降低了來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中的Stat1磷酸化和M1標記物mRNA表達。具體而言，在Slc7a11缺陷的巨噬細胞中，GSH處理將Stat1磷酸化和M1標記物恢復到野生型巨噬細胞的水平。在Slc7a11^MOE巨噬細胞中，當Slc7a11過表達時，GSH進一步抑制了M1極化。

接下來，研究使用無胱氨酸培養基來消除GSH合成，以評估其對巨噬細胞極化的影響。在來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中，胱氨酸剝奪增加了Stat1磷酸化和M1標記物mRNA表達。與胱氨酸剝奪一致，過量谷氨酸處理（通過Slc7a11破壞胱氨酸攝取）也增加了來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中的Stat1磷酸化和M1標記物mRNA表達。這些數據表明，Slc7a11通過胱氨酸攝取和GSH合成抑制巨噬細胞M1極化。

通過測量用IL-4處理的BMDMs中的Stat6磷酸化和M2標記物mRNA表達，評估了GSH、胱氨酸和谷氨酸對M2極化的影響。GSH處理顯著增加了來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中IL-4誘導的M2極化，表明GSH促進了巨噬細胞向M2表型極化。與野生型巨噬細胞相比，GSH處理顯著逆轉了Slc7a11缺陷巨噬細胞中的Stat6磷酸化和M2標記物表達。GSH處理進一步促進了Slc7a11^MOE巨噬細胞中的M2極化。另一方面，胱氨酸剝奪或過量谷氨酸處理降低了來自野生型、Slc7a11^-/-、ApoE^-/-和ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的BMDMs中的Stat6磷酸化和M2標記物mRNA表達。總之，這些數據表明，Slc7a11通過調節胱氨酸介導的GSH合成，抑制巨噬細胞M1極化但促進M2極化。

Ferrostatin-1（Fer-1）療法已用于通過清除脂質活性氧（ROS）來恢復細胞GSH含量。Fer-1處理抑制了BMDMs中的經典M1極化，同時促進了替代M2極化。為了實現小鼠體內的巨噬細胞特異性靶向和持續釋放，研究構建了一種用半乳糖修飾并封裝Fer-1的LNP（LNP-Fer-1）。巨噬細胞具有天然的高吞噬能力以內化納米顆粒，而LNP表面的半乳糖可以促進動脈粥樣硬化病變內巨噬細胞的受體介導的內吞作用。通過薄膜水化法制備了由膽固醇、氫化大豆磷脂酰膽堿（HSPC）、1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基（聚乙二醇）-2000]（DSPE-mPEG2000）和DSPE-mPEG2000-半乳糖組成的封裝Fer-1的LNP。高效液相色譜（HPLC）分析顯示，Fer-1在LNP中的包封效率為80.8%，載藥效率（DLE%）為5.4%，表明親脂性Fer-1被有效包埋于LNP內。透射電子顯微鏡檢查顯示，LNP-Fer-1是納米尺寸的球形顆粒，均勻分散在水溶液中。LNP-Fer-1在紫外-可見光譜中顯示出吸收峰，而與空LNP相比，LNP-Fer-1的zeta電位也顯著降低。動態光散射分析顯示，LNP-Fer-1和LNP的平均直徑分別為133.3 ± 5.6和111.5 ± 4.3 nm。為了驗證LNP-Fer-1的巨噬細胞靶向能力，將野生型小鼠的BMDMs與用Cy5.5標記的LNP-Fer-1（LNP-Fer-1-Cy5.5）共孵育6小時。可以在BMDMs內觀察到來自LNP-Fer-1-Cy5.5的熒光信號。

為了評估LNP-Fer-1對動脈粥樣硬化的治療效果，分別通過尾靜脈注射將LNP、Fer-1、LNP-Fer-1或生理鹽水給予雄性ApoE^-/-小鼠6周（每周兩次；每次1 mg/kg，按Fer-1計算；其他組給予等體積），此前已通過高脂飲食進行12周的動脈粥樣硬化建模。各組間最終體重無顯著差異。接受Fer-1或LNP-Fer-1的小鼠血清TG、TC和LDL-C降低。在接受LNP、Fer-1或LNP-Fer1給藥的小組中也未發現心臟、肝臟和腎臟損傷。接受Fer-1或LNP-Fer-1的小鼠顯示出動脈粥樣硬化的病理參數得到緩解。特別是，與接受Fer-1、LNP或生理鹽水的小鼠相比，LNP-Fer-1治療在動脈粥樣硬化進展中進一步減輕了動脈粥樣硬化病變和壞死區域。與接受Fer-1、LNP或生理鹽水的小鼠相比，LNP-Fer-1還通過增加血管平滑肌細胞比例和膠原含量來穩定動脈粥樣硬化斑塊。此外，LNP-Fer-1治療還顯示出GSH水平和GSH-PX活性增加，但脂質過氧化降低，表現為比其他治療更低的MDA和4-HNE水平。

接下來，研究調查了Fer-1是否通過影響巨噬細胞浸潤和極化來抑制動脈粥樣硬化形成。為了評估主動脈斑塊中的巨噬細胞浸潤，Mac-3的免疫熒光染色顯示，與接受Fer-1、LNP或生理鹽水的小鼠相比，LNP-Fer-1治療有效減少了巨噬細胞的數量。為了評估巨噬細胞極化，測量了主動脈根部M1/M2標記物的mRNA表達。與接受Fer-1、LNP或生理鹽水的小鼠相比，LNP-Fer-1處理降低了主動脈根部M1標記物（Tnfa, Nos2, Il6, Il1b）的表達，并增加了M2標記物（Arg1, Mrc1, Irf4, Retnla）的表達。總之，這些結果表明，巨噬細胞靶向的LNP-Fer-1通過調節巨噬細胞極化來緩解動脈粥樣硬化的發展。

越來越多的證據表明氨基酸代謝在心血管疾病（CVDs）中的重要作用。胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體Slc7a11的主要功能是通過平衡谷氨酸和胱氨酸轉運以及GSH合成來維持氧化還原穩態。然而，Slc7a11在動脈粥樣硬化發展中的功能在很大程度上是未知的。本研究提供了一個創新視角，即Slc7a11作為巨噬細胞極化的調節劑并改善動脈粥樣硬化。研究發現，Slc7a11表達被oxLDL上調，并在動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞中特異性增強。巨噬細胞特異性Slc7a11過表達可減輕動脈粥樣硬化病變并增加斑塊穩定性。機制上，Slc7a11表達通過減少Stat1磷酸化來抑制經典活化的巨噬細胞（M1）極化，并通過增強Stat6磷酸化來促進替代活化的巨噬細胞（M2）極化。Slc7a11介導的胱氨酸攝取和GSH合成促進巨噬細胞從M1向M2極化。負載抗氧化劑Fer-1的巨噬細胞靶向LNP促進GSH合成，同樣改善了動脈粥樣硬化的進展。這些發現揭示了Slc7a11在巨噬細胞表型轉換和動脈粥樣硬化進展中的關鍵作用。

機制上，Slc7a11介導的氨基酸代謝調節斑塊微環境，從而影響巨噬細胞的表型可塑性，并控制動脈粥樣硬化的進展和消退。Slc7a11過表達顯著減少了動脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細胞浸潤。此外，具有巨噬細胞特異性Slc7a11過表達的小鼠通過重編程巨噬細胞從M1向M2的極化，減輕了動脈粥樣硬化斑塊并增加了斑塊穩定性。隨著病變的增長，M2巨噬細胞減少，但M1巨噬細胞和炎癥標記物持續增加。Slc7a11過表達提高了小鼠主動脈組織中M2標記物的表達，降低了M1標記物的表達。Slc7a11介導的半胱氨酸轉運和GSH合成抑制了Stat1磷酸化和M1活化，但促進了Stat6磷酸化和M2極化。M2巨噬細胞被認為在早期分泌膠原并清除凋亡細胞以穩定動脈粥樣硬化病變。巨噬細胞中的ROS觸發GSH合成以緩沖細胞內氧化應激。越來越多的證據表明，ROS作為調節M1/M2巨噬細胞極化的關鍵第二信使。先前的研究表明，巨噬細胞特異性Slc7a11敲除促進了巨噬細胞的全身炎癥反應。在ApoE^-/-Slc7a11^MOE小鼠的主動脈組織中，觀察到更多的早期斑塊和更少的晚期斑塊，而不是嚴重鈣化的晚期斑塊，這支持了之前的發現，即Slc7a11是抗血管鈣化的主要保護因子。

特定氨基酸代謝的變化是區分不同巨噬細胞亞群的最顯著和最早的特征之一。代謝改變與巨噬細胞活化密切相關。精氨酸代謝促進了腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）的M2促腫瘤極化，從而抑制抗腫瘤免疫并促進乳腺癌進展。肌氨酸處理通過激活IL-4刺激的BMDMs中的GCN2-ATF4信號通路上調了抗炎巨噬細胞標記物的表達。然而，Slc7a11介導的胱氨酸/谷氨酸代謝在巨噬細胞極化中的確切作用仍知之甚少。與Slc7a11介導的胱氨酸攝取和GSH合成促進巨噬細胞從M1向M2表型轉換的發現相反，先前的一項研究報告稱，GSH促進了LPS誘導的腹腔巨噬細胞中促炎性IL-1β的產生。這表明可能存在組織特異性的巨噬細胞活化模式，即巨噬細胞表型轉換受到氧化環境、能量代謝或線粒體功能的影響。

巨噬細胞靶向的納米遞送系統已成為動脈粥樣硬化治療的有前景的策略。在本研究中，巨噬細胞特異性Slc7a11過表達或促進GSH的LNP通過抑制炎癥來抑制動脈粥樣硬化的發展，而不依賴于血脂水平的變化