糖酵解调控巨噬细胞极化及其在动脉粥样硬化病理过程中的作用

王卫卫 于子凯

(1.中国人民解放军总医院第八医学中心中医科，北京 100091；2.国家中医心血管病临床医学研究中心 中国中医科学院西苑医院，北京 100091)

心血管疾病给居民和社会带来的经济负担日渐加重。据《全球心血管疾病和危险因素负担1990—2019》统计，以缺血性心脏病和卒中为主的动脉粥样硬化性心血管疾病(atherosclerotic cardiovascular disease，ASCVD)，是全球致死和致残的主要原因，占全球总死亡人数的1/3，其中心血管死亡发生率最高的国家是中国[1]。《中国心血管健康与疾病报告2019》显示，ASCVD是中国城乡居民总死亡原因的首位[2]，其中农村为45.91%，城市为43.56%。因此，ASCVD是严重危害人类健康的首要公共卫生问题。

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是ASCVD的主要诱发因素[3]。既往认为，脂质沉积及炎症反应是参与AS形成的关键病理环节[4]。CANTOS研究[5]首次证实抗炎药物在ASCVD治疗领域具有巨大应用价值。然而，新近发表于NEnglJMed杂志的CIRT研究[6]结果表明，广谱抗炎药物甲氨蝶呤治疗并未降低ASCVD死亡率。因此，寻找阻断与AS相关的特定炎症途径药物靶点可作为新的突破口。研究[7]表明，巨噬细胞极化在AS炎症发生发展过程中扮演着重要角色。近年来研究[8]发现，代谢途径的改变是诱发巨噬细胞极化的关键环节。基于此，现从巨噬细胞免疫代谢途径的可塑性入手，对免疫代谢途径调控巨噬细胞极化在AS病理进程中扮演的角色及研究进展进行阐释，引领未来AS防治研究的新方向，具有重要的科学价值和社会意义。

1 免疫代谢途径在AS中的作用

免疫细胞的功能与细胞内能量代谢途径之间的关系，以及二者在疾病中的调控作用被视为“免疫代谢”[9]。2019年，欧洲心脏病学会AS和血管生物学工作组发布《免疫代谢与AS：前景及临床意义》意见书[10]，阐释了免疫细胞代谢途径的改变在AS发展过程中的作用，掀起了“免疫代谢”这一新的研究热潮。首先证明免疫代谢途径改变诱导AS形成及发展的证据基于18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)正电子发射断层成像技术。18F-FDG是葡萄糖的放射性核苷类似物，通过葡萄糖转运蛋白被细胞吸收，磷酸化为18F-FDG-6-磷酸盐沉淀在细胞内。研究[11-12]显示，18F-FDG的高表达与血管炎症及AS斑块的易损程度正相关。另外一项临床研究[13]纳入159例行动脉内膜剥脱术的患者，对高危和稳定斑块患者的颈动脉斑块进行代谢分析，结果发现，高危易损斑块中代谢途径的改变与糖酵解、氨基酸代谢等途径的改变密切相关。由此可见，糖酵解、氨基酸代谢等免疫代谢途径的改变与AS的发生发展密切相关，该学说的兴起开启了AS防治的新篇章，前景广阔。

2 糖酵解是与AS关系最密切的免疫代谢途径

糖酵解是参与AS形成最重要的免疫代谢途径之一[14]。在低氧条件下，葡萄糖首先通过葡萄糖转运蛋白被转移到细胞中，然后被己糖激酶磷酸化为6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖经过一系列酶的作用被转化为丙酮酸，并产生少量的三磷酸腺苷，这个过程被称为糖酵解[15]。动物实验[16]结果表明，敲低AS小鼠中葡萄糖转运蛋白1的表达水平，可降低小鼠骨髓和AS斑块中糖酵解通量，从而发挥抗AS的作用。另外一项研究[17]结果表明，通过抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性减少糖酵解与磷酸戊糖途径的交互作用，可降低血管中超氧化物水平，进一步减轻AS的损伤。由此可见，通过降低糖酵解水平，可达到抗AS的目的。大量研究[18]已证实，巨噬细胞中糖酵解水平与AS过程中炎症的发生密切相关。因此，研究巨噬细胞糖酵解途径及其调控机制，将其作为干预靶点至关重要。

3 巨噬细胞极化是导致AS发展的主要病理生理过程

AS的发展涉及不同类型免疫细胞的内流、增殖和激活，其中与AS发生和发展关系最密切的是巨噬细胞[19]。动脉壁中的巨噬细胞清除脂蛋白颗粒，转化为泡沫细胞，分泌炎症因子，促进脂蛋白滞留，加剧AS病变的进展[20]。

巨噬细胞具有可塑性和多样性，在AS发生发展的每一个环节均有巨噬细胞亚型的浸润。不同微环境信号刺激会将其诱导分化为经典活化的M1型巨噬细胞和选择性活化的M2型巨噬细胞，这种巨噬细胞炎症功能变化的过程称为巨噬细胞极化[21]。其中，M1型巨噬细胞极化分泌肿瘤坏死因子-α、白介素-1和白介素-6等因子，促进炎症反应加速AS进展；M2型巨噬细胞分泌精氨酸酶1、几丁质酶3样蛋白3和白介素-10等因子，发挥抗炎和促进组织修复的作用[22]。除此之外，极化过程中，M2型巨噬细胞可通过吞噬凋亡的M1型巨噬细胞调节M1/M2稳态，促进炎症消退，防止AS易损斑块破裂[23]。由此可见，巨噬细胞极化过程中M1促炎和M2抗炎的平衡，在AS发展过程中扮演着极其重要的角色[24]。因此，深入探讨M1/M2型巨噬细胞极化平衡的调控机制，已成为AS防治研究领域的焦点。

4 糖酵解是调控巨噬细胞极化的重要机制

新近研究[25]表明，以巨噬细胞免疫代谢为作用靶点进行干预可稳定斑块，改善AS的结局。糖酵解是一种已被证实的可调控巨噬细胞极化的免疫代谢途径，与巨噬细胞极化过程密切相关。在巨噬细胞中，缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的激活使细胞由氧化磷酸化向糖酵解转化，进而促进炎症相关基因的转录[26]。研究[27]表明，过表达葡萄糖转运蛋白1可使巨噬细胞糖酵解水平增强，进而导致促炎表型的M1型巨噬细胞高表达；反之，抗炎表型的M2型巨噬细胞极化程度增加。同样，敲除丙酮酸脱氢酶1使糖酵解水平降低，M2型巨噬细胞表型增加，进而减缓炎症反应[28]。在脂多糖和Ⅱ型干扰素诱导的M1巨噬细胞中，大部分糖酵解产物丙酮酸被转化为乳酸，打破三羧酸循环，导致柠檬酸的积累，驱动琥珀酸生成，促进炎症因子高表达，诱导糖酵解的始动因子(HIF-1α)合成增加，再次反向激活糖酵解，致使恶性循环发生；仅少部分丙酮酸在白介素-4诱导的M2型巨噬细胞中，以乙酰辅酶的形式进入完整的三羧酸循环，通过氧化磷酸化产生三磷酸腺苷[29]。因此，糖酵解在M1/M2型巨噬细胞极化平衡中起着关键作用[30]，二者的关联可被视为与AS相关的特定炎症途径药物靶点，为AS防治研究提供了全新的视角和思路。

5 HIF-1α/磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶3是介导糖酵解调控巨噬细胞极化的经典通路

在糖酵解通量的调控机制中，磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶(phosphofructokinase-2/fructose-2，6-bisphosphatase，PFKFB)为关键控制因子，PFKFB通过调节果糖-2，6-二磷酸在细胞内环境中的聚集，进一步激活磷酸果糖激酶-1的活性，促使果糖-6-磷酸转化为果糖-1，6二磷酸，进而介导糖酵解这一生理过程，其中，PFKFB3在PFKFB家族中具有最高的激酶活性，研究证实其可作为驱动糖酵解水平的调节器[31-32]。新近研究[33]发现，抑制PFKFB3的活性，可降低糖酵解水平，进一步减缓AS发展过程中的炎症反应。除此之外，在缺氧条件下，巨噬细胞PFKFB3表达上调，糖酵解通量增加[34]。由此可见，PFKFB3在巨噬细胞糖酵解过程中发挥重要作用。HIF-1是碱性螺旋-环-螺旋转录因子家族亚家族的高度保守成员，是由α与β亚基组成的异源二聚体，HIF-1α是α亚基的一种类型。既往研究[35]表明，HIF-1α是PFKFB3上游调控因子，通过抑制HIF-1α/PFKFB3活性，巨噬细胞的炎症水平以及糖酵解活性均降低，进一步证实巨噬细胞糖酵解与炎症水平之间的紧密联系。综上所述，HIF-1α/PFKFB3通路是介导糖酵解发生应用最广泛、研究最深入的信号通路[36]。因此，抑制HIF-1α/PFKFB3通路活性，可降低糖酵解水平，进一步调控巨噬细胞极化，抑制炎症反应，从而达到抗AS的目的。

6 小结及展望

M1/M2型巨噬细胞极化平衡是当下AS防治研究领域的焦点，糖酵解是目前免疫代谢领域的前沿热点，且与AS发生发展过程中的巨噬细胞极化密切相关。综上所述，糖酵解是可调控巨噬细胞极化参与AS形成的最重要的免疫代谢途径之一，HIF-1α/PFKFB3通路是介导糖酵解发生应用最广泛、研究最深入的信号通路。既往研究[37]表明，通过降低糖酵解速率，可增加巨噬细胞线粒体氧化代谢，调控巨噬细胞极化，抑制炎症反应，从而减轻AS，提示调控巨噬细胞糖酵解水平有望成为AS的治疗策略。但是，目前仍面临众多挑战，例如在体斑块内巨噬细胞代谢表型鉴定技术仍不完善，斑块内巨噬细胞糖酵解代谢相关分子靶点仍有待探索等。因此，深入开展糖酵解及巨噬细胞极化的机制研究，有望从抑制AS中巨噬细胞糖酵解代谢的角度为防治AS提供新的科学依据。