慢性血栓栓塞性肺动脉高压和肺动脉高压内皮细胞的代谢特征

肺动脉高压 (PH) 定义为平均肺动脉压 (mPAP) > 20 mmHg 的增加。基于相似的发病机制、临床和血流动力学特征，PH分为五个临床组：肺动脉高压（PAH）；左心病引起的 PH；PH 与肺病和/或缺氧有关；慢性血栓栓塞性肺动脉高压 (CTEPH) 和 PH 的机制不明或多因素。尽管 PH 最常见的原因是左心疾病，但 PAH 和 CTEPH 多年来一直受到研究人员的最大兴趣。PAH 是一种致命疾病，其特点是肺血管阻力持续增加，主要是由于微血管重塑，最终可能导致右心室衰竭和死亡。肺血管阻力的增加是由于毛细血管前动脉和小动脉的血管壁重塑，其特征是内皮和∕或平滑肌层的增厚以及丛状病变的存在。CTEPH 是一种严重的 PH 临床形式，其定义为尽管进行了适当的抗凝治疗，但由于肺动脉血栓性病变未解决，mPAP 增加。迄今为止，PAH 和 CTEPH 之间的确切分子和代谢机制、相似性和差异以及血管重塑和疾病进展背后的调节途径尚未完全解决。

肺血管内皮在维持血管稳态中起着关键作用。在生理条件下，内皮细胞保持静止状态，主要使用糖酵解、脂肪酸和氨基酸作为它们的主要能量来源和生物合成前体，而不是线粒体中的氧化磷酸化。糖酵解途径与使用糖酵解中间体的磷酸戊糖途径 (PPP) 平行，通过葡萄糖 6-磷酸脱氢酶 (G6PD) 介导，但在需要时也将中间体分流回糖酵解途径。尽管内皮细胞 (EC) 主要依靠糖酵解来生产三磷酸腺苷 (ATP)，但线粒体仍保持完全功能，而是通过氨基酸（如谷氨酰胺和谷氨酸）的代谢作为细胞构件的供应商，这些氨基酸是生产核苷酸的生物合成前体和大分子通过谷氨酰胺分解。

在这项研究中，我们分别从 CTEPH 和 PAH 患者的肺动脉内膜切除术 (PEA) 和肺移植后收集的血管组织中分离出 EC，并对来自 CTEPH 和 PAH 患者的 EC 进行系统代谢比较。为了区分从 CTEPH 患者分离的 ECs 的微血管和大血管来源，我们还分析了这些细胞上的同源框 D 簇 (HOXD) 表达，因为已经显示 HOXD 基因家族的表达模式，尤其是 HOXD3, -8和-9，允许区分 ECs 的微血管和大血管起源。此外，我们根据先前的研究评估了糖酵解和谷氨酰胺分解的代谢调节剂抑制后的基础活力和活力以及内皮特性。

临床数据：

从总共 18 名 PH 患者、12 名 CTEPH 患者和 6 名 PAH 患者中分离出 EC。一般来说，与 CTEPH 患者相比，PAH 患者大多为女性、年轻且血流动力学障碍更严重。所有 PAH 和 8 名 CTEPH 患者均接受了 PAH 靶向治疗。其他四名 CTEPH 患者未接受任何 PAH 特异性治疗。

代谢基因表达：

与对照细胞和 CTEPH-EC 相比，PAH-EC 显示糖酵解酶葡萄糖转运蛋白 1 (GLUT1)、己糖激酶 2 (HK2) 和乳酸脱氢酶 A (LDHA) 的基因表达显着增加（图A ）。糖酵解调节剂 6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-双磷酸酶 3 (PFKFB3) 在三个受试者组之间的 mRNA 水平上没有显示任何差异（图A ）。线粒体看门人酶丙酮酸脱氢酶亚基 E1 α (PDHA1) 在 PAH-EC 中的 mRNA 表达水平也高于对照细胞和 CTEPH-EC（图B ），而 PDK1 的 mRNA 水平在所有细胞之间未发现差异表达三组（图乙）。此外，三组表达了相似的 PPP 相关 G6PD mRNA 水平（图C ）。尽管谷氨酸转化酶谷氨酸脱氢酶 1 (GLUD1) 在 PAH-EC 中表现出更高的 mRNA 水平，但谷氨酰胺转化酶、谷氨酰胺酶 1 (GLS1) 在所有三种 PAH-EC、CTEPH-EC 和 HPAEC 中的表达相似（图D）。

代谢蛋白表达

发现糖酵解限速酶 HK2 和 LDHA 的蛋白质水平在所有三个研究组之间都有相似的表达（图A）。G6PD 蛋白表达在 CTEPH-EC、PAH-EC 和 HPAEC 之间也没有差异（图B）。然而，与 HPAEC 相比，磷酸化和非磷酸化 PDHA1 的蛋白质水平显示出 PAH-EC 中 CTEPH-EC 和 HPAEC 表达较高的趋势，在 PAH-EC 之间的 PDHA1 中达到统计学意义（图C）。三组之间的PDK1蛋白水平没有观察到差异（图C）。

该研究表明 CTEPH-EC 和 PAH-EC 对糖酵解的依赖存在显着差异。与 CTEPH-EC 和健康 EC 相比，PAH-EC 呈现出更高的糖酵解和谷氨酰胺相关酶的表达水平。与 CTEPH-EC 相比，PAH-EC 中糖酵解酶的增加进一步伴随着 PDHA1 mRNA 水平的增加。此外，与 CTEPH-EC 相比，PAH-EC 中氧化磷酸化复合物 I、II 和 IV 的蛋白质水平更高。因此，与 CTEPH-EC 相比，PAH-EC 在糖酵解、氧化磷酸化和谷氨酰胺代谢水平上存在显着不同的代谢特征，这表明在疾病病理学和治疗中可能很重要的分子机制和调节途径存在差异。

总体而言，该研究表明，与 PAH-EC 相比，CTEPH-EC 在糖酵解、氧化磷酸化和谷氨酰胺代谢水平上具有新的不同代谢特征。这表明在疾病病理学和治愈性治疗的开发中可能很重要的分子机制和调节途径的差异。需要更多的研究来更好地了解减少糖酵解和谷氨酰胺酵解在 CTEPH-EC 中的重要性，以及这种差异是否可能导致开发治疗 CTEPH 的新治疗方法。

参考文献：

Smolders VFED. Metabolic profile in endothelial cells of chronic thromboembolic pulmonary hypertension and pulmonary arterial hypertension. Sci Rep. 2022 Feb 10;12(1):2283. doi: 10.1038/s41598-022-06238-z. PMID: 35145193.