沈朝乾，趙雪竹，董增祥,2，田野

動脈粥樣硬化（AS）是一種慢性代謝性疾病，伴有持續(xù)的動脈管壁無菌炎癥，可引發(fā)急性心肌梗死、腦卒中、下肢動脈閉塞等嚴重不良心血管事件，極大威脅人類健康。AS誘發(fā)因素復雜，其發(fā)生發(fā)展機制至今仍未明確。大量研究提示內皮細胞、血管平滑肌細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞、T細胞等免疫細胞糖酵解代謝異常誘發(fā)一系列病理改變，加劇系統(tǒng)炎癥，推動AS進展。此外，近期關于非編碼RNA參與調控糖酵解代謝的諸多研究亦為AS治療提供了新的思路。本文將圍繞關于糖酵解代謝方式與AS進展的相關研究進行綜述。

1 糖酵解及關鍵酶

癌細胞葡萄糖攝取和乳酸生成增加，在氧氣充足的環(huán)境下仍以糖酵解為主要代謝方式，該現(xiàn)象被稱為Warburg效應，實質是細胞發(fā)生了由線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）轉向有氧糖酵解的代謝重編程[1]。首先，葡萄糖轉運體（GLUT）負責細胞葡萄糖的攝入，通過三種糖酵解關鍵限速酶：己糖激酶（HK）、6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）和丙酮酸激酶（PK）的共同作用，將葡萄糖轉化為丙酮酸，乳酸脫氫酶（LDH）介導糖酵解終反應，催化丙酮酸生成乳酸。最后，一元羧酸轉運蛋白釋放乳酸到細胞外基質。此外，丙酮酸脫氫酶激酶（PDK）通過對抗丙酮酸脫氫酶（PDH），抑制其將丙酮酸催化成乙酰輔酶A而限制了三羧酸循環(huán)，使糖代謝不斷向糖酵解傾斜[2]。6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3）促進2,6-二磷酸果糖生成，是PFK-1的強效激活劑[3]。

盡管在消耗等量葡萄糖時糖酵解比線粒體OXPHOS產(chǎn)生的ATP少，但其代謝速率較高能夠快速供能且代謝產(chǎn)物還參與蛋白質、脂質、核酸等生物合成及細胞功能調控[1,4]。越來越多證據(jù)表明，Warburg效應實際上是許多病理條件下具有高增殖需求和生理條件下部分細胞的主動選擇，不僅是腫瘤細胞的專利，還密切參與著許多非腫瘤（包括炎癥性）疾病進展[1,4]，而在AS中可能涉及內皮細胞功能失調、血管平滑肌細胞增殖遷移、巨噬細胞極化、炎癥反應等病理過程。

2 細胞糖酵解與AS

2.1 內皮細胞糖酵解與ASAS早期動脈血管內皮損傷，通透性增強，伴有內皮細胞（ECs）活化和功能障礙，導致脂質在動脈壁異常積聚，始動AS斑塊形成。糖酵解是正常生理狀態(tài)下ECs的主要能量代謝方式，為ECs提供占細胞總量85%的ATP[3]。Xu等報道稱，在人臍靜脈ECs中過表達miR-143可通過靶向下調HK2抑制糖酵解，導致ECs功能障礙[5]。此外，糖酵解在ECs增殖、遷移及維持血管內皮通透性中同樣具有重要作用。AS易發(fā)（atheroprone）區(qū)域動脈管壁異常的剪切應力等危險因素導致部分ECs凋亡，損害了內皮屏障的完整性，原本處于靜息狀態(tài)的ECs在病理條件下被激活，糖酵解代謝顯著上調[6]。Yang等[7]發(fā)現(xiàn)能量傳感器PRKAA1/AMPKα1介導的糖酵解保證了AS易發(fā)區(qū)域ECs的正常代謝和增殖，對維持ECs穩(wěn)態(tài)及血管內皮單層完整性具有重要意義，選擇性敲除ECs中PRKAA1基因引起ECs糖酵解水平及增殖速率降低，ECs功能障礙、血管內皮通透性增強，加速AS進展；通過過表達促葡萄糖轉運蛋白SLC2A1挽救PRKAA1基因敲除ECs中受損的糖酵解逆轉了上述影響，有效防止脂質和炎性浸潤進而延緩AS進展。此外，該團隊在小鼠頸動脈部分結扎實驗中，將SLC2A1基因轉導至PRKAA1完整的內皮細胞，小鼠頸AS斑塊的大小增加，提示過高糖酵解誘發(fā)的ECs過度增殖，亦會觸發(fā)血管內皮通透性，損害內皮單層屏障功能，加速AS進展。已有證據(jù)表明暴露于AS易發(fā)區(qū)域擾動血流下的ECs糖酵解增加，炎癥反應上調[7]。ECs轉錄因子KLF2在正常層流剪切應力作用下上調，通過降低PFKFB3啟動子活性調控糖酵解速率，增加血管內皮鈣黏蛋白（VE-cadherin）表達和屏障功能，以適當?shù)奶墙徒馔烤S持ECs靜息狀態(tài)。但AS易發(fā)區(qū)域擾動血流降低KLF2活性和VE-cadherin水平，對PFKFB3表達的抑制減弱，導致糖酵解增加、ECs活化。此外，低剪切應力和氧化低密度脂蛋白誘導miR-92a表達，降低KLF2和2B型磷脂酸磷酸酯酶（PPAP2B）水平，協(xié)同增強糖酵解并激活促炎信號通路[8]。ECs還通過糖酵解旁路戊糖磷酸途徑生成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）維持氧化還原穩(wěn)態(tài)，并可能通過己糖胺途徑參與內皮糖萼層生物合成[8]。

PFKFB3能夠上調ECs的糖酵解，促進ECs增殖和遷移，刺激血管芽生。既往研究指出靶向抑制PFKFB3減少糖酵解通量并抑制血管芽生，在腫瘤治療中獲益[3]。PFKFB3阻斷劑，小分子3-(3-pyridinyl)-1-(4-pyridinyl)-2-propen-1-one（3PO）已被證實通過阻斷PFKFB3，降低了ECs糖酵解并抑制其增殖、遷移，減少了病理性芽生的新生血管[9]。越來越多證據(jù)表明，斑塊內（IP）新生血管形成促進AS，加重斑塊不穩(wěn)定性，在易損斑塊模型ApoE-/-Fbn1C1039G+/-小鼠中，3PO通過抑制糖酵解有效減少IP新生血管形成和IP出血，在降低斑塊易損性上同樣表現(xiàn)出巨大潛力[10]。

2.2 血管平滑肌細胞糖酵解與AS動脈管壁內血管平滑肌細胞（VSMCs）的增殖和遷移是AS進展過程中的重要病理特征。多項研究證實糖酵解及相關代謝產(chǎn)物直接參與調控VSMCs表型及增殖、遷移能力。與骨骼肌和心肌細胞等終末分化細胞不同，VSMCs具有收縮、合成兩種表型且能夠根據(jù)局部微環(huán)境變化在二者間轉換。收縮表型VSMCs提供調節(jié)血壓所需的機械張力，合成表型VSMCs具有較高增殖率和遷移能力，產(chǎn)生細胞外基質蛋白、生長因子等，參與生理條件下的血管重構及內膜增生、高血壓、AS等病理過程[11,12]。在AS斑塊形成過程中VSMCs轉向合成表型，大量增殖并遷移至內膜下，分泌大量基質蛋白，加速AS斑塊纖維帽形成并加重其易損風險[12]。血小板衍生生長因子（PDGF）可激活并促進VSMCs增殖、遷移及糖酵解代謝增強，上調葡萄糖攝取和多種糖酵解關鍵酶表達[13,14]。Kim等通過siRNA沉默LDHA基因和草氨酸鹽藥理抑制LDHA，顯著下調PDGF刺激所增強的糖酵解，減少葡萄糖攝取、乳酸和ATP生成，并抑制了VSMCs的增殖和遷移[13]。Heiss等研究指出VSMCs遷移抑制劑Indirubin-3′ monoxime（I3MO）能夠通過抑制STAT3/HK2信號通路下調HK2表達，抑制VSMCs糖酵解代謝，進而抑制VSMCs遷移能力[14]。乳酸是糖酵解代謝產(chǎn)物，Yang等在人類誘導多能干細胞分化的血管平滑肌細胞（hiPSCvSMCs）模型實驗中發(fā)現(xiàn)，hiPSC-vSMCs在乳酸刺激下合成表型標志物表達上調，增殖和遷移顯著增加，收縮和凋亡活性明顯下降[11]。因此，靶向VSMCs的糖酵解調控有望通過抑制VSMCs的增殖、遷移從而延緩AS進展。

2.3 巨噬細胞糖酵解與AS動脈管壁內皮損傷及脂質積聚導致循環(huán)系統(tǒng)單核細胞大量募集，浸潤動脈內膜，逐漸向巨噬細胞分化并吞噬脂質形成泡沫細胞[15]。有報道稱，參與AS進展的巨噬細胞主要可分為M1、M2兩種表型，斑塊早期M2型巨噬細胞較多，但隨著斑塊不斷進展，M1型巨噬細胞逐漸占據(jù)主導。經(jīng)典激活的M1型巨噬細胞主要通過糖酵解供能，表達腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、白介素-12（IL-12）等多種促炎介質和蛋白水解酶，加劇局部炎癥和細胞外基質成分的降解，促進AS進展；選擇性激活的M2型巨噬細胞則依賴脂肪酸氧化，表達轉化生長因子-β（TGF-β）、白介素-1（IL-1）受體拮抗劑、白介素-10（IL-10）等抑炎因子并維持膠原合成，發(fā)揮抗炎和組織修復功能，抑制AS進展[16]。巨噬細胞的表型具有可塑性，一定條件下可在二者間轉換，對小鼠AS模型的研究表明，增加巨噬細胞向M1表型極化或減弱向M2表型極化的條件會加速AS斑塊的形成，給予M2型極化因子IL-13（IL-13）可抑制AS進展[17]，大量證據(jù)表明糖酵解在巨噬細胞表型極化及炎癥進展中發(fā)揮了關鍵作用。

研究表明，當巨噬細胞的代謝轉向糖酵解時，其促炎表型就會被驅動[18]，Hu等證實鐵負荷通過促進巨噬細胞糖酵解使其向促炎性M1型表型極化并誘導炎癥，加劇了AS進展[19]。有研究稱，AS性冠狀動脈疾?。–AD）患者來源的單核細胞和巨噬細胞呈現(xiàn)高炎癥性的M1表型，增加的葡萄糖攝取和糖酵解通量促進了線粒體活性氧的產(chǎn)生，進而促進糖酵解關鍵酶M2型丙酮酸激酶（PKM2）的二聚體化及其核轉位，轉錄因子STAT3磷酸化從而促進了IL-6和IL-1β產(chǎn)生，而通過減少糖酵解，抑制了CAD來源巨噬細胞的促炎表型[20]。同樣，Tannahill等在實驗中使用2-脫氧葡萄糖（2DG）抑制巨噬細胞糖酵解減少了炎癥因子IL-1β產(chǎn)生[21]。Ouimet等研究表明miR-33過表達使巨噬細胞糖酵解增加，向M1表型極化，而拮抗miR-33通過靶向能量傳感器AMPK抑制糖酵解，上調脂肪酸氧化，在致M2型極化同時上調Aldh1a2基因mRNA水平，誘導FOXP3+Treg細胞的積累，抑制AS及炎癥進展[17]，進一步提示能量代謝轉變與免疫功能的重要相關性。

此外，Semba等在巨噬細胞絲狀偽足和板狀偽足發(fā)現(xiàn)了PKM2定位，用二氯乙酸抑制糖酵解顯著影響巨噬細胞遷移，且靶向HIF-1α-PDK1軸的糖酵解抑制改善系統(tǒng)炎癥[22]。結合巨噬細胞在動脈內膜下募集及斑塊形成過程中遷移的特點，下調糖酵解抑制其遷移亦可能在延緩AS中發(fā)揮潛在作用。

2.4 其他免疫細胞糖酵解與AS樹突狀細胞（DCs）、T細胞、中性粒細胞等免疫細胞的募集和激活也參與了AS進展，而從OXPHOS轉向糖酵解的代謝變化同樣被證明存在于這些細胞中[23]。Krawczyk等證實，toll樣受體（TLR）依賴PI3K/AKT通路調節(jié)未成熟DCs能量代謝由OXPHOS轉向糖酵解，且TLR介導的糖酵解代謝是維持DCs被激活后完全成熟和正常存活并行使免疫功能所必需的[24]。此外，T細胞被激活時上調的糖酵解顯著影響其特定亞型的功能及分化，例如，下調糖酵解顯著抑制Th1細胞分泌干擾素γ（IFN-γ）[23]；轉錄因子HIF-1α上調糖酵解活性，促進炎癥性Th17細胞分化，而抑制HIF-1α介導的糖酵解促進抗炎性Treg細胞的分化，同時減少Th17細胞的形成和炎癥進展[25]。另外，Lü等證實紫草素（SKN）通過下調PKM2介導的糖酵解顯著抑制高同型半胱氨酸血癥誘導的CD4+ T細胞炎癥性激活、PKM2活性、IFN-γ分泌及其促進巨噬細胞炎性極化的能力，進而改善AS[26]。

3 非編碼RNA與糖酵解調控

多種非編碼RNA（ncRNAs）已被證明通過調控葡萄糖攝取、糖酵解途徑關鍵酶及相關代謝通路在糖酵解代謝過程中發(fā)揮重要作用。例如微小RNA（miRNAs）通過調控葡萄糖轉運體GLUT1/3調節(jié)葡萄糖攝取，作用于HK2、PFKFB2/3、PKM2和LDHA等糖酵解關鍵酶及HIF、AMPK、PI3K/AKT、TP53、MYC等信號通路直接或間接調節(jié)細胞糖酵解水平[27]。此外，長鏈非編碼RNA（lncRNAs）調控GLUT1/4，影響HK2、PKM2、PFKFB2在內的多種糖酵解關鍵酶表達并參與HIF、PI3K/AKT/mTOR、LKB1-AMPK、Wnt/snail、STAT、p53等相關信號通路調控[28]；環(huán)狀RNA（circRNAs）除通過與相應miRNAs結合或直接作用于葡萄糖轉運蛋白及其他糖酵解相關蛋白，還通過調控轉錄因子HIF-1α、c-myc或介入PI3K/AKT、RAS、STAT3、Wnt/β-catenin等信號通路發(fā)揮糖酵解代謝調控作用[2]。盡管多種ncRNAs已被證明參與糖酵解代謝調控，且如前文所述，ncRNAs靶向糖酵解對ECs功能障礙、巨噬細胞極化及免疫功能調控的作用影響了AS進展[5,17]，但相較其在腫瘤領域的應用，由ncRNAs介導的糖酵解代謝直接調控AS進展的證據(jù)仍有待進一步挖掘，基于近年來ncRNAs與AS發(fā)生發(fā)展的重要聯(lián)系，將ncRNAs應用于調控AS相關的糖酵解為AS防治提供了新思路。

4 總結與展望

糖酵解代謝在ECs、VSMCs、巨噬細胞等免疫細胞參與AS病程進展期間發(fā)揮不同作用，這向針對AS的糖酵解干預提出了細胞靶向、適度調控的新要求，以ECs糖酵解阻斷劑3PO為例，僅在局部短暫降低了ECs從靜息狀態(tài)向增殖和遷移轉變時誘導的高糖酵解水平，但并不致其死亡，在促進ECs轉向可逆靜止的同時達到了減少病理性新生血管形成的目的[9]。此外，相關研究成果轉化仍主要集中于癌癥領域，在AS調控方面應用尚不廣泛。綜上所述，結合AS進展過程中動脈管壁及斑塊內細胞分布和代謝特點，通過特異性給藥、調控ncRNAs等技術手段對糖酵解代謝進行靶向干預，有望成為延緩AS及其炎癥進展的有力治療策略。