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江苏集萃药康生物科技股份有限公司
入驻年限：7 年
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药康生物
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抗体、细胞库 / 细胞培养、技术服务、试剂、耗材、实验室仪器 / 设备
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公司新闻/正文
集萃成章|STTT研究成果揭示心肌纤维化潜在治疗策略
2076 人阅读发布时间：2022-09-20 14:15
心肌纤维化，通常是由高血压、缺血性心脏病等心血管疾病造成，其主要特征是瘢痕组织过度产生和沉积。肌成纤维细胞通过促进细胞外基质沉积和组织修复引发纤维化，是心肌纤维化的关键参与者，它是位于结缔组织内的间充质细胞，具有高度收缩的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）。
在心肌纤维化过程中，心肌成纤维细胞虽然是构成肌成纤维细胞的主要来源，但也有相当一部分肌成纤维细胞是由内皮细胞在外源病理因素（如机械应力、细胞因子、趋化因子等）刺激后转化形成的，该过程被称为“内皮细胞向间充质细胞转化（EndoMT）”。
一旦进入EndoMT过程，内皮细胞被重新编程以减少内皮特异性蛋白的表达，同时通过表达α-SMA并分泌纤维连接蛋白和纤维状胶原蛋白，从而启动纤维化反应，获得间充质细胞特异性表型。干预EndoMT过程是心肌纤维化的潜在治疗途径，但迄今为止仍然缺乏有效的治疗方案。
2022年9月1日，中国药科大学李萍及杨华共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38）在线发表题为“Suppression of PFKFB3-driven glycolysis restrains endothelial-to-mesenchymal transition and fibrotic response”的研究论文，揭示了PFKFB3在EndoMT过程中的代谢调控作用与天然活性分子丹酚酸C（SAC）的干预机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路与靶点。
主要结果
SAC通过抑制PFKFB3抑制EndoMT的分子机制示意图
综上，本研究首次鉴定了糖酵解酶PFKFB3为介导EndoMT和心肌纤维化的关键代谢分子，并强调干预内皮细胞PFKFB3的代谢调控策略在治疗EndoMT及相关的纤维化病变中的治疗潜力。
在心肌纤维化过程中，心肌成纤维细胞虽然是构成肌成纤维细胞的主要来源，但也有相当一部分肌成纤维细胞是由内皮细胞在外源病理因素（如机械应力、细胞因子、趋化因子等）刺激后转化形成的，该过程被称为“内皮细胞向间充质细胞转化（EndoMT）”。
一旦进入EndoMT过程，内皮细胞被重新编程以减少内皮特异性蛋白的表达，同时通过表达α-SMA并分泌纤维连接蛋白和纤维状胶原蛋白，从而启动纤维化反应，获得间充质细胞特异性表型。干预EndoMT过程是心肌纤维化的潜在治疗途径，但迄今为止仍然缺乏有效的治疗方案。
2022年9月1日，中国药科大学李萍及杨华共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38）在线发表题为“Suppression of PFKFB3-driven glycolysis restrains endothelial-to-mesenchymal transition and fibrotic response”的研究论文，揭示了PFKFB3在EndoMT过程中的代谢调控作用与天然活性分子丹酚酸C（SAC）的干预机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路与靶点。
内皮细胞以高度活化的有氧糖酵解为主要代谢特征，且有研究表明在EndoMT过程中其有氧糖酵解速率进一步上调。由于葡萄糖代谢可为纤维化过程的合成代谢及胶原合成提供必须的能量与合成原料，糖酵解同样也被认为是纤维化反应的普遍代谢基础之一。
6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase 3（PFKFB3）是一糖酵解代谢酶，可通过催化6-磷酸果糖产生2,6-二磷酸果糖，PFKFB3是作为糖酵解酶磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 的天然别构激活剂来维持糖酵解的。近年来的多项研究显示，PFKFB3对于调节内皮细胞的生理病理过程（如血管形成、血管新生等）至关重要，这提示PFKFB3可能成为多种血管病变的潜在治疗靶点。
6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase 3（PFKFB3）是一糖酵解代谢酶，可通过催化6-磷酸果糖产生2,6-二磷酸果糖，PFKFB3是作为糖酵解酶磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 的天然别构激活剂来维持糖酵解的。近年来的多项研究显示，PFKFB3对于调节内皮细胞的生理病理过程（如血管形成、血管新生等）至关重要，这提示PFKFB3可能成为多种血管病变的潜在治疗靶点。
SAC是一种源自丹参的酚类成分，已在临床上用于治疗心血管和纤维化疾病。据报道，丹酚酸通过抑制炎症和氧化应激来限制内皮通透性并抑制血管重塑，从而有助于改善不同疾病背景下的内皮功能障碍。近期研究表明，丹酚酸可阻断转化生长因子-β1（TGF-β1）和活性氧（ROS） 信号级联反应，以保护肺动脉内皮细胞免受间充质转化。
主要结果
压力超负荷诱导的EndoMT是心肌纤维化的关键因素，研究人员首先构建了两种体内心肌纤维化模型，包括主动脉弓狭窄（TAC）和Isoprenaline诱导的心肌纤维化模型，观察了SAC的治疗效果，发现SAC可逆转模型组心肌纤维化和内皮细胞内间质细胞标志物α-SMA的表达。
TGF-β1信号通路是EndoMT的良好诱导因子，研究人员通过TGF-β1处理内皮细胞建立了体外EndoMT模型。通过一系列验证，获得了一致的结论，SAC可有效阻止内皮细胞转变为间充质样表型。
TGF-β1信号通路是EndoMT的良好诱导因子，研究人员通过TGF-β1处理内皮细胞建立了体外EndoMT模型。通过一系列验证，获得了一致的结论，SAC可有效阻止内皮细胞转变为间充质样表型。
为进一步探讨EndoMT的代谢特征和SAC的干预机制，研究人员应用能量代谢分析、免疫印迹和细胞荧光成像等技术，发现EndoMT过程中，有氧糖酵解增强，线粒体氧化磷酸化（OxPhos）减弱，而SAC可逆转这种情况。
为了验证EndoMT是否需要增强糖酵解，研究人员应用PDK抑制剂DCA处理内皮细胞，以促进线粒体氧化；或将培养基内的葡萄糖替换为半乳糖，迫使内皮细胞葡萄糖代谢为氧化磷酸化而不是糖酵解，发现DCA与半乳糖可重现SAC的抗EndoMT效应。
为了验证EndoMT是否需要增强糖酵解，研究人员应用PDK抑制剂DCA处理内皮细胞，以促进线粒体氧化；或将培养基内的葡萄糖替换为半乳糖，迫使内皮细胞葡萄糖代谢为氧化磷酸化而不是糖酵解，发现DCA与半乳糖可重现SAC的抗EndoMT效应。
相反，应用PDH抑制剂Devimistat将细胞内葡萄糖代谢由氧化磷酸化强制转向有氧糖酵解，发现SAC的治疗效果大大减弱。结果表明，干预糖酵解代谢在SAC的抗EndoMT作用中占有不可或缺的地位。
鉴于糖酵解在EndoMT中的重要作用，进一步对糖酵解代谢通路变化分析，研究人员发现PFKFB3的特异性上调促进糖酵解限速酶PFK-1活力上升，构成了异常糖酵解的分子基础。而SAC可通过促进PFKFB3降解来降低PFK-1表达，逆转异常糖酵解速率。应用PFKFB3抑制剂或应用靶向Pfkfb3的siRNA均能重现SAC的治疗效应，有效减弱EndoMT；而在内皮细胞内过表达Pfkfb3，会大大降低SAC对EndoMT的抑制作用。结果表明抑制PFKFB3驱动的糖酵解在SAC的抗EndoMT作用中起因果作用。
接下来，研究人员对糖酵解/磷酸戊糖（PPP）途径代谢物进行了分析，实验结果显示，PPP途径在EndoMT过程中已经受损，并且SAC通过依赖于抑制PFKFB3的方式维持PPP活性来保持NADPH的产生。 随后，进一步探讨了EndoMT过程线粒体氧化受损的机制，实验结果表明，细胞内NADPH含量下调会阻碍线粒体Fe-S簇蛋白的生物合成，这是线粒体氧化受损的关键因素，并提示SAC的线粒体保护效应依赖于NADPH对Fe-S簇蛋白的回调作用。
最后，研究人员通过应用腺相关病毒在小鼠体内实现内皮细胞特异性过表达/敲降Pfkfb3，发现内皮细胞特异性敲降Pfkfb3小鼠可重现SAC的抗心肌纤维化效应，而内皮细胞特异性过表达Pfkfb3可逆转SAC的治疗效应，结果表明内皮细胞内PFKFB3上调是构成体内EndoMT和纤维化的基础，并证明了SAC的抗纤维化效应依赖于对内皮细胞内PFKFB3的抑制作用。
最后，研究人员通过应用腺相关病毒在小鼠体内实现内皮细胞特异性过表达/敲降Pfkfb3，发现内皮细胞特异性敲降Pfkfb3小鼠可重现SAC的抗心肌纤维化效应，而内皮细胞特异性过表达Pfkfb3可逆转SAC的治疗效应，结果表明内皮细胞内PFKFB3上调是构成体内EndoMT和纤维化的基础，并证明了SAC的抗纤维化效应依赖于对内皮细胞内PFKFB3的抑制作用。
SAC通过抑制PFKFB3抑制EndoMT的分子机制示意图
综上，本研究首次鉴定了糖酵解酶PFKFB3为介导EndoMT和心肌纤维化的关键代谢分子，并强调干预内皮细胞PFKFB3的代谢调控策略在治疗EndoMT及相关的纤维化病变中的治疗潜力。
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