PFKFB3调控单核/巨噬细胞能量代谢重编程在动脉粥样硬化中的作用及机制

During the inflammatory response that drives atherogenesis, circulating monocyte infiltration and local macrophage proliferation in atherosclerotic lesions contribute to the progressive macrophage accumulation in the expanding arterial wall. The metabolic switch towards glycolysis and away from oxidative phosphorylation plays pivotal role in macrophage activation; however, it remains unknown whether the glycolytic reprogramming affects monocyte/macrophage migratory and proliferative capacities as well as the atherogenesis. Our preliminary data for this project showed that pro-atherogenic factors including hypoxia, oxLDL and LPS upregulate the expression level of PFKFB3, one key glycolytic enzyme, and drive the glycolytic reprogramming in macrophage. Knockdown or inhibition of PFKFB3 in vitro alleviates the migratory and the oxLDL-induced proliferative capacities of macrophage. Based on these findings, using the myeloid cell-specific PFKFB3 knockout mice and state-of-the-art intravital microscopy in the present project, we aimed to determine the role of PFKFB3-driven glycolysis in the monocyte/macrophage infiltration and proliferation in the setting of atherosclerosis. We will also try to dissect the underlying mechanisms at aspects of energy production, biosynthesis and potential signaling process. Our long-term goal is to identify metabolic targets and switches that will hinder and decelerate the inflammatory macrophage accumulation to mitigate atherogenesis.

在动脉粥样硬化(AS)发生发展进程中，单核细胞浸润以及斑块内巨噬细胞增殖促进了斑块内炎症反应并加重AS进展。由氧化磷酸化转变为糖酵解的代谢重组过程参与了巨噬细胞的炎性激活，但其对于单核/巨噬细胞浸润和增殖以及对AS发生发展的影响尚未阐明。我们的研究结果显示，低氧、氧化低密度脂蛋白以及脂多糖等AS发生相关因素促使巨噬细胞高表达糖酵解途径关键酶6-磷酸果糖-2激酶亚型3（PFKFB3），并使其发生糖酵解代谢重组。体外干扰PFKFB3表达或抑制其活性能抑制巨噬细胞迁移以及氧化低密度脂蛋白诱导的巨噬细胞增殖。本课题拟利用髓系细胞特异性PFKFB3敲除小鼠，从单核细胞浸润和单核巨噬细胞增殖两方面深入研究PFKFB3调控的巨噬细胞糖酵解对AS发生发展的作用。此外本项目亦在能量产生、合成代谢以及信号通路等方面探讨糖酵解途径调控单核/巨噬细胞浸润与增殖的潜在分子机制。

在动脉粥样硬化(AS)发生发展进程中，单核细胞浸润以及斑块内巨噬细胞增殖促进了斑块内炎症反应并加重AS进展。由氧化磷酸化转变为糖酵解的代谢重组过程参与了巨噬细胞的炎性激活，但其对于单核/巨噬细胞浸润和增殖以及对AS发生发展的影响尚未阐明。在本项目研究中，我们利用糖酵解途径关键酶6-磷酸果糖-2激酶亚型3（PFKFB3）全敲小鼠和髓样细胞特异性PFKFB3敲除小鼠以及流式细胞术和海马生物能量检测等技术手段，研究了PFKFB3介导的糖酵解重组对单核细胞增生（monocytosis）和其向斑块内浸润的调控作用，并进一步研究了PFKFB3介导的糖酵解对动脉粥样硬化早期发生过程的影响。我们发现：1）全身杂合敲除PFKFB3或髓样细胞特异性杂合敲除PFKFB3能显著减少高胆固醇饮食所诱导的炎症型Ly6Chigh单核细胞monocytosis现象以及减少了炎症型Ly6Chigh细胞向斑块内的浸润；2）相较于Ly6Clow单核细胞，Ly6Chigh单核细胞表达高水平的PFKFB3，且高胆固醇饮食能进一步上调PFKFB3的表达水平；3）PFKFB3能定位于髓样细胞丝状和板状伪足处，且敲除PFKFB3能抑制伪足的形成以及髓样细胞的迁移；4）全身杂合敲除，髓样细胞特异性杂合敲除或药理性抑制PFKFB3能显著减少高胆固醇饮食诱导的动脉粥样硬化斑块的形成。该研究项目从炎性单核巨噬细胞代谢角度出发探讨糖酵解调控分子PFKFB3与AS发生发展的关系。2014年初以PFKFB3为靶点的首个抑制剂类药物（PFK158）在美国进入抗肿瘤相关的临床试验阶段。本项目不仅揭示了免疫代谢在AS发生发展中的作用，还可能对靶向细胞代谢防治AS提供新途径，具有较强的转化医学研究潜力。