楊逸成， 肖志強， 陳羅雅凱， 劉旭玲， 趙 衛(wèi)， 何小艷

（1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院阜外醫(yī)院肺血管病中心，北京100037；2鄭州大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，河南鄭州450001；南方醫(yī)科大學(xué) 3第一臨床醫(yī)學(xué)院，4公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東廣州510515）

肺動脈高壓（pulmonary hypertension）是一種進展性疾病，病理生理學(xué)機制復(fù)雜多樣［1］，其血管特征在于內(nèi)皮功能障礙、內(nèi)膜增生、原位血栓形成、炎性細胞浸潤以及廣泛肺血管重塑［2-5］。有氧糖酵解又稱Warburg 效應(yīng)，是導(dǎo)致動脈型肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）發(fā)生發(fā)展的重要機制之一［6-8］。目前研究指出肺動脈內(nèi)皮細胞（pulmonary ar?tery endothelial cell，PAEC）、肺動脈平滑肌細胞（pul?monary artery smooth muscle cell，PASMC）、肺血管成纖維細胞及右心室心肌細胞等發(fā)生的Warburg 效應(yīng)均在PAH 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，但其相關(guān)分子機制并不完全一致。本文就幾種細胞通過上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）、引起線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體（mitochondrial calcium uniporter，MCU）功能異常、高表達內(nèi)皮素1（endothe?lin-1，ET-1）和改變糖代謝關(guān)鍵酶活性等，誘導(dǎo)War?burg效應(yīng)的不同分子途徑總結(jié)如下。

1 Warburg效應(yīng)與PAH

Warburg效應(yīng)是指細胞線粒體中有氧呼吸作用受到抑制，導(dǎo)致葡萄糖的有氧氧化向有氧糖酵解轉(zhuǎn)變的過程［9-10］，該現(xiàn)象與線粒體感受氧的能力下降有關(guān)。在PAH 患者及PAH 動物模型中，PASMC、PAEC、成纖維細胞和右心室心肌細胞等均存在Warburg 效應(yīng)［11-14］，從而導(dǎo)致細胞的過度增殖以及出現(xiàn)抗凋亡特性，促使肺內(nèi)血管重塑，造成或者加重肺動脈高壓。

1.1 PASMC 與Warburg 效 應(yīng) PASMC 的 代 謝 障 礙和過度增殖在PAH的形成過程中至關(guān)重要。在正常的PASMC 中，葡萄糖糖酵解形成丙酮酸，經(jīng)過線粒體丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白進入線粒體進行氧化磷酸化。然而，在PAH患者或動物模型中線粒體存在代謝障礙，其糖代謝向未偶聯(lián)氧化磷酸化的糖酵解轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致PASMC的過度增殖。

1.1.1 HIF的上調(diào) HIF-1是PASMC發(fā)生有氧糖酵解的主要調(diào)節(jié)者，它是由氧調(diào)節(jié)的α 亞基和組成性表達的β 亞基構(gòu)成的異二聚體，在誘導(dǎo)PAH 的發(fā)生中發(fā)揮重要作用［15］。HIF-1α在有氧條件下會被脯氨酰羥化酶羥化以及VHL 蛋白泛素化而降解；在低氧條件下脯氨酰羥化酶受到抑制，HIF-1α 降解受阻從而與細胞核中的HIF-1β 結(jié)合成為HIF 異二聚體，再與缺氧反應(yīng)元件相結(jié)合后上調(diào)丙酮酸脫氫酶激酶1/2（pyruvate dehydrogenase kinase-1/2，PDK-1/2），從而通過糖酵解途徑產(chǎn)能［16-17］。然而即便在常氧狀態(tài)下，DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶表達的上調(diào)導(dǎo)致啟動子中的CpG 島高度甲基化后能抑制超氧化物歧化酶2 的轉(zhuǎn)錄，造成過氧化氫的生成減少，營造出一種偽低氧環(huán)境，從而激活HIF和PDK［18］，誘導(dǎo)Warburg效應(yīng)。

血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）與PDGF 受體的相互作用是上調(diào)HIF-1α 的另一分子機制，其通過磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素哺乳動物靶標(biāo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（PI3K/AKT/mTOR）增加HIF-1α 的表達［19］。PI3K 激活后將磷脂酰肌醇4，5-二磷酸磷酸化為磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸，進而與AKT 結(jié)合，此外PI3K 還通過激活mTOR 進一步磷酸化AKT，磷酸化后的AKT 通過上調(diào)HIF-1α 后促進有氧糖酵解的發(fā)生［19］。PDGF、PI3K 及mTOR 抑制劑的使用可降低HIF-1α 的水平，從而抑制PASMC 的代謝轉(zhuǎn)變和過度增殖。糖原合酶激酶3β 作為PI3K/AKT 通路的重要信號分子，抑制其表達也是下調(diào)HIF-1α的關(guān)鍵因素［20］。

HIF-1α 上調(diào)促進糖酵解，同時誘導(dǎo)線粒體片段化后破壞氧化磷酸化途徑，共同導(dǎo)致PASMC 的過度增殖和抗凋亡特性。HIF 能夠增加葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的表達促使葡萄糖向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運，但由于線粒體片段化和氧化磷酸化功能受損，胞內(nèi)葡萄糖的增加實際上為糖酵解途徑提供了更多的底物，使細胞糖酵解通量進一步增加［11］。己糖激酶（hexokinase，HK）作為糖酵解過程中的第一個限速酶，在HIF-1α 的調(diào)控下也參與了PASMC 的糖代謝轉(zhuǎn)化過程。由于HK2 基因的近端啟動子中存在HIF-1α 的結(jié)合位點，推測HIF 與該位點結(jié)合后通過上調(diào)HK2 的表達促進有氧糖酵解［21］，從而引起PASMC 的增殖。另一方面，由于線粒體功能障礙，過氧化氫產(chǎn)生減少，使細胞膜表面的氧敏感性電壓門控鉀離子通道的Kv1-5亞基受到抑制，從而造成細胞內(nèi)鉀離子與鈣離子濃度上升，促進血管收縮、細胞增殖與抗凋亡［15］。

二氯乙酸鹽（dichloroacetate，DCA）可以通過下調(diào)PDK-1 和HIF-1α，恢復(fù)丙酮酸脫氫酶的功能以及促使HK2失活來逆轉(zhuǎn)Warburg效應(yīng)，可能是治療PAH的候選藥物［22］。在小鼠PAH模型中使用DCA可改善疾病進展，并顯著提高存活率［23］。此外DCA還可通過糾正PASMCs的線粒體功能改善心輸出量，與法舒地爾合用后可表現(xiàn)出疊加效應(yīng)［24］。但截止至目前，仍未有DCA治療PAH患者的臨床試驗結(jié)果報道。

1.1.2 線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體功能異常 MCU 復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜中內(nèi)向鈣離子轉(zhuǎn)運通道，可維持細胞質(zhì)中低鈣水平和線粒體內(nèi)的高鈣水平，其功能異常也將促使PASMC 發(fā)生Warburg 效應(yīng)。MCU 作為MCU 復(fù)合體的重要亞基，缺乏后會引起復(fù)合體的功能障礙，造成線粒體內(nèi)鈣離子濃度降低從而導(dǎo)致鈣離子濃度依賴的PDK 活性下降，氧化磷酸化途徑受阻；另一方面MCU 復(fù)合物的功能障礙使細胞內(nèi)鈣離子水平升高，促進PASMC 的過度增殖。Hong等［25］觀察到增加MCU 的表達后能抑制PAH 患者PASMC 的Warburg 效應(yīng)，由于MCU 的表達可以受到上游的mi?croRNA（miRNA-25 和miRNA-138）的 直 接 調(diào) 節(jié)，miRNA-25 和miRNA-138 有望成為治療PAH 的重要靶點。

1.2 PAEC 與Warburg 效應(yīng) 在PAH 患者和動物模型中，PAEC 也存在Warburg 效應(yīng)。一些學(xué)者認為，PAEC 中的Warburg現(xiàn)象出現(xiàn)的機制與PASMC 相同，都是由HIF-1α 激活所介導(dǎo)［18］。然而，也有學(xué)者認為PAH患者肺組織中ET-1的高表達除了具有收縮肺血管的作用外，還能促進PAEC發(fā)生糖代謝轉(zhuǎn)變。研究指出ET-1能促進蛋白激酶Cδ與內(nèi)皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）結(jié)合，然后使eNOS 在T495 處發(fā)生磷酸化后導(dǎo)致線粒體中一氧化氮誘導(dǎo)的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）增加。ROS 的積累可以再激活HIF，同時抑制HIF 的泛素化降解，促使了PAEC發(fā)生向糖酵解方向的代謝轉(zhuǎn)變［26］。此外，CD137信號也是調(diào)控有氧糖酵解途徑從而促進小鼠PAEC的增殖的重要機制［27］。

6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2，6-二磷酸酶3（6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2，6-biphosphatase 3，PFKFB3）作為糖酵解中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶可以顯著增加細胞糖酵解水平，其水平的上調(diào)引起PAEC的代謝轉(zhuǎn)變。在PAH 大鼠的PAEC 中觀察到PFKFB3 在mRNA 和蛋白表達水平以及蛋白活性水平都較正常PAEC 明顯上調(diào)，其可能通過上調(diào)HIF 以及促進PAEC 釋放生長因子和炎性細胞因子等途徑引起Warburg 效應(yīng)［28］，而PFKFB3 抑制劑的使用可以劑量依賴性地降低糖酵解通量，緩解PAH的進展，該抑制劑的安全性和可靠性仍需要深入研究予以明確［29］。

聚嘧啶束結(jié)合蛋白1（polypyrimidine-tractbinding protein 1，PTBP1）作為一種RNA結(jié)合蛋白，是丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）的主要調(diào)節(jié)劑之一，通過催化磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）脫磷酸生成丙酮酸而在糖酵解中發(fā)揮重要作用。在癌細胞中，PTBP1 調(diào)控基因表達來促進PKM1向PKM2 的表達轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致有氧糖酵解增加，促進細胞增殖［30］。研究表明miRNA124 調(diào)控的PTBP1 的上調(diào)［31］也通過類似的分子機制誘導(dǎo)PAEC產(chǎn)生Warburg效應(yīng)和過度增殖，上調(diào)miRNA124或者抑制PTBP1均可使內(nèi)皮細胞糖代謝恢復(fù)正常，并且糾正內(nèi)皮細胞過度增殖表型，有希望成為PAH治療的新靶點［31］。

1.3 成纖維細胞與Warburg 效應(yīng) 與PASMC 和PAEC相同，肺組織中的成纖維細胞也可以通過HIF-1α 途 徑 和miR-124-PTBP1-PKM1/2 途 徑 誘 導(dǎo)War?burg效應(yīng)。Zhang等［32］通過對比正常人和PAH患者、PAH 動物模型的成纖維細胞后揭示PAH 中成纖維細胞PKM2/PKM1比值升高，且通過miRNA-124過表達或PTBP1基因敲除后可使該比值正常化并逆轉(zhuǎn)糖酵解的表型，減少糖酵解中間產(chǎn)物和乳酸的產(chǎn)生，從而避免細胞過度增殖。此外使用Tepp-46 和紫草素對PKM2 活性的藥理調(diào)控或組蛋白去乙酰化酶抑制劑也可產(chǎn)生類似效果。

1.4 右心室心肌細胞與Warburg效應(yīng) 正常成人中右心室心肌細胞主要利用葡萄糖和脂肪酸的有氧氧化作為能量來源維持細胞連續(xù)收縮所需的能量供應(yīng)，在PAH 患者中，右心室心肌細胞出現(xiàn)Warburg 效應(yīng)的分子機制仍尚未明確，其可能通過激活FOXO1，c-Myc 和HIF-1α 等轉(zhuǎn)錄因子后上調(diào)包括PDK 在內(nèi)的糖酵解基因的表達，促使線粒體從有氧氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒跆墙徒猓?1，18］，從而降低右心室心肌收縮功能。心肌細胞中Warburg 效應(yīng)造成的右心室功能障礙被認為是引起PAH 患者死亡的原因之一，通過使用PDK抑制劑降低有氧糖酵解水平有助于改善右心室功能，其在改善PAH 患者預(yù)后的優(yōu)勢仍需要進一步的研究探討［33］。

2 結(jié)語

肺動脈高壓是一種進展性疾病，患者預(yù)后較差。內(nèi)皮素受體拮抗劑、5-型磷酸二酯酶抑制劑、前列環(huán)素類似物等經(jīng)典靶向藥物的出現(xiàn)在一定程度上改善患者癥狀，但其預(yù)后仍不容樂觀。目前臨床上面臨靶向藥物種類不多、藥物副作用明顯和藥物價格昂貴等現(xiàn)狀，需要依賴于對肺動脈高壓機制的深入研究以探索新藥物解決此困境。近些年肺動脈高壓是一種代謝性疾病得到了專家學(xué)者的認可，Warburg效應(yīng)誘導(dǎo)肺動脈高壓發(fā)生的機制也得到廣泛探討。肺動脈平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維細胞和右心室心肌細胞可以通過調(diào)控HIF-1水平、MCU功能和糖代謝關(guān)鍵酶的活性等途徑發(fā)生Warburg效應(yīng)。如何有效逆轉(zhuǎn)細胞的Warburg效應(yīng)，以恢復(fù)正常的糖代謝和抑制細胞的過度增殖是今后PAH靶向藥物的研發(fā)方向之一，以期新的靶向藥物能為改善PAH患者的預(yù)后提供幫助。