糖酵解及其产物在冠心病中的作用及机制

赵莉文 ,  刘锦 ,  高秀荣 ,  赖逸攀 ,  廖咨冰 ,  钟佳宁

赣南医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (07) : 621 -629.

PDF (757KB)
赣南医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (07) : 621 -629. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5779.2025.07.001
心脑血管疾病·基础与临床

糖酵解及其产物在冠心病中的作用及机制

作者信息 +

The role and mechanism of glycolysis and its products in coronary heart disease

Author information +
文章历史 +
PDF (774K)

摘要

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)是严重威胁人类健康的心血管疾病,其发病机制涉及脂质代谢紊乱、慢性炎症反应、氧化应激、血管内皮功能障碍及免疫调节失衡等多种病理过程。研究发现,心肌能量代谢异常,尤其是糖酵解途径的失调,在冠心病发生发展中起关键作用。糖酵解代谢产物如乳酸、丙酮酸、三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)通过调控抗炎反应、调节脂质代谢、维持血管内皮功能及抑制血小板聚集等途径参与疾病进程。这些发现不仅揭示糖酵解在冠心病发病中的重要作用,更为疾病的早期预警和靶向治疗提供新思路,使其成为当前心血管研究的热点领域。本文综述糖酵解及其代谢产物在冠心病发生发展中的作用机制,并探讨其临床转化潜力,旨在为冠心病防治策略的优化提供理论依据和研究方向。

Abstract

Coronary atherosclerotic heart disease is a cardiovascular disease that seriously threatens human health. Its pathogenesis involves multiple pathological processes such as lipid metabolism disorder, chronic inflammatory response, oxidative stress, vascular endothelial dysfunction and immune regulation imbalance. Research has found that abnormal myocardial energy metabolism, especially the dysregulation of the glycolytic pathway, plays a key role in the occurrence and development of coronary heart disease. Glycolytic metabolic products such as lactic acid, pyruvic acid, adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) participate in the disease process by regulating anti-inflammatory responses, regulating lipid metabolism, maintaining vascular endothelial function and inhibiting platelet aggregation. These findings not only reveal the important role of glycolysis in the pathogenesis of coronary heart disease, but also provide new ideas for early warning and targeted treatment of the disease, making it a hot research area in current cardiovascular research. This article reviews the mechanism of the role of glycolysis and its metabolic products in the occurrence and development of coronary heart disease, and explores its clinical transformation potential, aiming to provide theoretical basis and research directions for the optimization of coronary heart disease prevention and treatment strategies.

Graphical abstract

关键词

糖酵解 / 丙酮酸 / 乳酸 / 三磷酸腺苷 / 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 / 冠状动脉粥样硬化性心脏病

Key words

Glycolysis / Pyruvate / Lactate / Adenosine triphosphate / Nicotinamide adenine dinucleotide / Coronary heart disease

引用本文

引用格式 ▾
赵莉文,刘锦,高秀荣,赖逸攀,廖咨冰,钟佳宁. 糖酵解及其产物在冠心病中的作用及机制[J]. 赣南医科大学学报, 2025, 45(07): 621-629 DOI:10.3969/j.issn.1001-5779.2025.07.001

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)是全球范围内致死和致残的主要疾病之一,其发病机制涉及脂质代谢异常、慢性炎症、氧化应激及血管功能障碍等多重因素1。近年来,糖酵解及其代谢产物在冠心病中的作用受到广泛关注。糖酵解是细胞获得能量的核心代谢途径,能够在有氧或缺氧条件下快速产生三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP),并产生一系列代谢中间产物,如丙酮酸、乳酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)等。这些产物不仅在能量供给中起关键作用,还通过调节炎症反应、氧化应激、血脂代谢及血管功能,对冠心病的发生发展产生影响2。研究发现,糖酵解代谢产物在心血管疾病中的功能比传统认识更加复杂。例如,乳酸不仅是糖酵解的终产物,还能作为信号分子调控巨噬细胞的炎症反应,促进抗炎性M2表型极化,从而抑制动脉粥样硬化斑块的形成和进展3。丙酮酸和乳酸的代谢途径已被证明与冠状动脉内皮功能密切相关,其调控可能为冠心病的治疗提供新靶点4
尽管糖酵解及其代谢产物在冠心病中的作用已被越来越多的研究证实,但其具体的分子机制及临床应用价值仍需深入探讨。本综述回顾关于糖酵解及其代谢产物在冠心病发生发展中的作用及机制研究,为未来的临床研究和治疗策略提供新视角。

1 糖酵解及其产物

1.1 糖酵解

糖酵解是细胞获取能量的基础途径,特别是在缺氧情况下(如剧烈运动或肿瘤微环境中)通过糖酵解途径,细胞能快速生成ATP,维持基本生命活动。有研究5发现糖酵解与癌症中的“Warburg效应”联系密切,即在有氧环境下肿瘤细胞仍优先依赖糖酵解途径代谢葡萄糖,这种代谢方式使癌细胞能够快速增殖并逃避免疫监视。除了在肿瘤中的重要作用外,糖酵解作为核心代谢通路,在多种组织和细胞类型中发挥关键功能。不仅为细胞提供能量和代谢中间产物,还参与脂类、氨基酸、核苷酸等多条生物合成通路,是维持细胞代谢稳态的中心节点。在血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cell, VSMCs)中,糖酵解调控其增殖、迁移和分泌功能,进而影响动脉粥样硬化等心血管疾病的发生2。同时,糖酵解在免疫调节中也发挥重要作用。免疫细胞在活化状态下对能量的需求增加,糖酵解可迅速提供ATP,并通过代谢重编程调控其表型和功能。另外,糖酵解与氧化应激、慢性炎症及细胞凋亡等病理过程密切相关,提示其不仅是维持基础能量供应的机制,更是细胞适应内外环境变化、参与多种病理状态调节的核心途径。

1.2 糖酵解产物的种类及特性

糖酵解是一种重要的代谢途径,能将葡萄糖分解为更简单的化合物,并释放能量。糖酵解的产物主要包括以下几种:

1.2.1 乳酸

乳酸作为糖酵解的终产物,不仅能在肝脏中转化为葡萄糖或重新进入糖酵解循环,更是一种重要的代谢信号分子,广泛参与调控炎症反应、血管生成、能量代谢、免疫反应、记忆形成、伤口修复、缺血损伤和肿瘤发生发展等多种生理和病理过程。乳酸在细胞外液和组织液中的积累还能降低局部pH值,形成酸性环境。在正常成年人中,每日大约产生1 500 mmol乳酸,其主要来源分布为:肌肉、皮肤和大脑(各约占25%),其次为红细胞(约15%)和肠道(约10%)。运动时,肝脏对乳酸的摄取可增加10倍,心肌细胞也可将乳酸作为能量来源。在静息状态下,乳酸为心脏提供10%~15%的能量,在中等强度运动中可增至约30%。

1.2.2 丙酮酸

丙酮酸是糖酵解的关键终产物之一。主要由磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下生成,也可由乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)催化乳酸转化或由丙氨酸氨基转移酶(Alanine aminotransferase,ALT)催化丙氨酸转化而来。其被转运至线粒体内,通过氧化磷酸化和柠檬酸循环途径驱动ATP合成。线粒体内的丙酮酸代谢受多种蛋白和酶调控,包括线粒体丙酮酸载体(Mitochondrial pyruvate carrier, MPC)、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸羧化酶,以调节丙酮酸碳通量的平衡。丙酮酸代谢的调控涉及多个基因的协同作用,这些基因或关键代谢节点的突变都可能引发代谢性疾病。

1.2.3 ATP

ATP是细胞内的主要能量来源。ATP的生成依赖于细胞呼吸、β-氧化、脂质和蛋白质分解代谢,每分子葡萄糖氧化生成约32个ATP。ATP作为“能量货币”,其通过磷酸基团间的高能键释放能量。除能量供给外,ATP水解还参与细胞内信号传导、DNA/RNA合成等多种细胞功能,与此同时,ATP还可作为一种胞外信号分子,通过激活嘌呤能受体(如P2X和P2Y受体),调节自主神经功能、神经胶质细胞之间的相互作用、疼痛传导以及血管张力等神经-血管调控过程。在糖酵解过程中,葡萄糖分解产生的能量部分以ATP形式储存,其终产物丙酮酸可转化为乙酰辅酶A进入三羧酸循环并生成NADH。随后,呼吸链复合体利用NADH在线粒体内膜上建立质子梯度,为ATP合酶高效合成ATP提供驱动力。这些精密偶联的代谢途径充分体现了ATP作为生物体能量通货的核心作用。

1.2.4 NADH

还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)作为维持细胞能量稳态的核心辅酶,通过电子传递参与能量代谢。其中,NADH/NAD+构成可逆的氧化还原对,其总量在细胞内保持动态平衡。NADH的生成主要通过2种途径:⑴脱氢酶催化NAD+还原;⑵烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶介导的烟酰胺单核苷酸磷酸化6。在有氧代谢中,NADH通过呼吸链为ATP合成提供电子,但其过度积累会产生细胞毒性。为此,葡萄糖、谷氨酰胺和脂肪酸氧化途径均存在负反馈调节机制,以精确控制NADH水平。在低氧条件下,NADH主要通过亚甲基四氢叶酸脱氢酶途径生成,且缺乏反馈抑制易导致NADH积累。NADH既是能量载体,也是糖酵解途径的产物。其主要代谢途径包括作为氧化还原反应的辅酶及在脱氢酶作用下氧化为NAD+,再通过CD38、SARM1、ARTs、PARPs和Sirtuins等蛋白酶分解。在生理条件下,细胞内游离NAD+/NADH比值约为700∶1,线粒体内为(7~8)∶1。除作为经典的能量载体外,NADH还通过维持线粒体功能、调控基因表达、参与免疫调节及抗细胞凋亡等途径,在细胞生理活动中发挥重要作用。

以上是糖酵解途径的主要产物,但细胞具体产物的种类和产量取决于细胞的需求、氧气供应情况以及其他代谢途径的交互作用(图1)。

2 冠心病的病因及病理特征

冠心病是全球最常见的心血管疾病,是导致死亡和致残的主要原因之一。发达国家的冠心病发病率有所下降,但在中低收入国家呈上升趋势7。流行病学研究表明,冠心病的危险因素包括年龄、性别、吸烟、高血压、糖尿病、高脂血症、不健康饮食以及缺乏运动。冠心病的根本原因是冠状动脉粥样硬化所致的血管管腔狭窄甚至闭塞,从而引发心肌缺血、缺氧等一系列病理变化。冠状动脉粥样硬化的发生和发展主要受脂质堆积、炎症反应和氧化应激等因素的驱动,在血管内膜形成动脉粥样斑块,导致血流受限,从而影响心肌的正常供血。其中,动脉脂质代谢异常是核心机制,低密度脂蛋白胆固醇(Low-density lipoprotein cholesterol, LDL-C)在血管壁内积聚并氧化,触发炎症反应,促进斑块形成与进展。炎症反应中的巨噬细胞吞噬氧化低密度脂蛋白(Low-density lipoprotein, LDL),形成泡沫细胞,加剧动脉损伤及斑块不稳定。泡沫细胞通过分泌促炎因子(如MCP-1、IL-1、IL-6以及TNF-α)加剧炎症,吸引更多免疫细胞至斑块区域,进一步加重炎症。炎症反应不仅激活内皮细胞和平滑肌细胞,增加免疫细胞的黏附和迁移,从而维持局部炎症并破坏动脉结构;同时,还诱导VSMCs从中层迁移至内膜,并在PDGF等因子作用下异常增殖。VSMCs分泌基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase, MMPs)降解细胞外基质,促进迁移并转变为合成表型,分泌大量细胞外基质,如胶原蛋白,构成斑块纤维帽,提供结构稳定性。斑块的脂质核心由坏死泡沫细胞和组织碎片组成,外被纤维帽覆盖,其纤维帽的稳定性取决于纤维帽的厚度、胶原蛋白含量、炎症反应及VSMCs凋亡。当纤维帽过薄、胶原蛋白降解过多或脂质核心较大时,斑块破裂风险增加。斑块破裂暴露脂质核心,组织因子启动凝血级联反应,引发血小板聚集和血栓形成8。血栓扩展可导致动脉闭塞,这一病理过程若发生在冠状动脉可导致心肌梗死,若累及脑动脉则可能引发缺血性脑卒中8图2)。

近年研究发现,多种非编码RNA(如miRNA、lncRNA)在冠心病中调控炎症、脂质代谢和内皮功能。例如,miRNA通过调节PI3K/AKT/mTOR通路,影响细胞自噬和凋亡,从而控制斑块的形成和不稳定性8。细胞自噬与凋亡通过PI3K/AKT/mTOR等通路在动脉粥样硬化斑块形成和不稳定性中发挥关键作用9。研究发现,代谢产物乳酸不仅作为能量底物参与代谢,还可通过乳酸化修饰这一新型蛋白质翻译后修饰方式,进一步调节氧化应激、炎症反应及脂质代谢,从而保护心肌细胞,延缓动脉粥样斑块的形成与进展9

3 糖酵解及其产物在冠心病中的作用及机制

3.1 抗氧化作用

在冠心病中,氧化应激是心肌损伤的重要致病机制,主要由超氧化物和过氧化氢等自由基过度产生引发,导致脂质过氧化、DNA损伤和蛋白质变性,进而损害心肌细胞功能。对于冠心病患者,糖酵解途径及其产物,有效清除自由基,减轻氧化应激,在保护心肌细胞方面起关键作用10

作为糖酵解的终产物乳酸,在缺氧条件下积累,不仅能直接中和活性氧(Reactive oxygen species,ROS),减轻氧化应激损伤,还可通过激活Nrf2通路上调超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶的表达,从而增强细胞的抗氧化能力11。同时,乳酸通过抑制NADPH氧化酶活性有效降低ROS水平,保护心肌细胞免受氧化应激的损害12。此外,乳酸可通过乳酸化修饰调控糖酵解酶和乳酸脱氢酶等关键酶的活性,在缺氧和代谢应激状态下维持乳酸代谢平衡,从而抑制ROS过度生成,减轻氧化应激13。乳酸化修饰还通过组蛋白和非组蛋白修饰调控抗氧化基因表达,上调SOD和GPx等抗氧化酶,增强抗氧化能力14。其还通过维持线粒体膜电位,减少ROS释放,进一步降低心肌细胞氧化损伤13

与此同时,糖酵解的另一代谢产物丙酮酸也发挥重要的抗氧化作用,通过清除自由基和调节线粒体功能抑制ROS生成,影响NF-κB等氧化应激相关通路,从而减少细胞损伤15-17

NADH则能通过抑制蛋白酪氨酸激酶等信号途径,进一步减轻氧化应激对细胞的影响。此外,糖酵解通过支路代谢途径——磷酸戊糖途径生成NADPH,NADPH作为重要的还原当量,可为谷胱甘肽还原酶提供电子,维持谷胱甘肽的还原态形式,从而保持其清除ROS的抗氧化能力。通过这一机制,NADPH间接维系心肌细胞的氧化还原平衡,降低氧化损伤风险。这为糖酵解在氧化应激相关疾病治疗中提供新的潜在策略18

3.2 抗炎作用

炎症反应是动脉粥样硬化、冠心病等心血管疾病的重要病理机制。糖酵解及其代谢产物通过多重机制参与炎症反应和免疫细胞功能的调控。乳酸和丙酮酸作为能量代谢的关键终产物,通过调控炎症相关信号通路,在心血管疾病治疗干预中展现出潜在应用价值。

乳酸能通过多种机制发挥抗炎作用。乳酸不仅能通过抑制NF-κB信号通路和巨噬细胞的促炎活性,减少IL-6和TNF-α等促炎因子产生,还能上调抗炎性因子IL-10表达,从而显著抑制炎症反应19-20。同时,乳酸还能通过调节巨噬细胞代谢,促进其向抗炎性M2表型极化,从而减轻局部炎症。进一步研究发现,乳酸这一免疫调节作用可能与其介导的乳酸化修饰密切相关。乳酸化修饰通过调控巨噬细胞的糖酵解和氧化磷酸化代谢途径,促使其向抗炎性M2表型转化,减少促炎性M1表型巨噬细胞活化13-14,进而促进组织修复和炎症缓解21-22。乳酸化调控组蛋白修饰显著抑制促炎因子如TNF-α和IL-6的生成,减轻血管炎症反应,延缓动脉粥样硬化进展13-14

丙酮酸是糖酵解过程中的重要中间产物,也具有显著的抗炎作用。一方面,丙酮酸可通过清除自由基,降低氧化应激水平,从而间接抑制ROS诱导的炎症反应;另一方面,其还能通过调节免疫细胞代谢状态,抑制炎性因子释放,进一步减轻组织的炎症损伤。另有研究显示,丙酮酸还可促进巨噬细胞向抗炎性M2表型极化,抑制慢性炎症反应,进而促进组织修复和炎症缓解23-26

ATP作为糖酵解的产物,既可通过P2X7受体激活炎症小体促进炎症,也能在低浓度下通过P2Y受体发挥抗炎作用26-28。NADH可通过维持氧化还原平衡,减少氧化应激并抑制NF-κB活性,进而减轻炎症反应29。另外,NADH与SIRT1相关,通过去乙酰化p65 NF-κB,也可进一步减少炎症反应30

糖酵解途径直接影响免疫细胞代谢和炎症反应。通过抑制糖酵解途径,可减弱活化巨噬细胞和T细胞的促炎反应,从而有助于稳定动脉粥样硬化斑块,降低冠心病发生风险,为控制炎症提供潜在的治疗靶点。

3.3 降血脂作用

糖酵解作为能量代谢的核心途径,不仅提供细胞所需的能量,还通过其代谢产物脂质的合成、转运和分解中的多重调控作用,有效影响血脂水平;而血脂的变化又与动脉粥样硬化和冠心病的病理进程密切相关。

乳酸在脂质代谢调控中发挥多重生物学功能:⑴激活AMPK信号通路促进脂肪酸氧化并抑制脂质合成,有效降低血脂水平;⑵提高胰岛素敏感性,降低血浆中游离脂肪酸和甘油三酯的浓度,有助于降低冠心病风险;⑶激活脂肪组织中的GPR81受体,抑制脂肪分解,减少游离脂肪酸的水平31。值得注意的是,乳酸衍生的乳酸化修饰通过表观遗传机制参与脂质代谢的调控。一方面,乳酸化修饰通过调节脂质代谢相关基因(如PPAR-γSREBP-1c、LXR)抑制LDL-C和甘油三酯水平,减少动脉壁脂质沉积,减轻动脉粥样硬化。另一方面,通过促进HDL胆固醇逆向转运,增强胆固醇向肝脏代谢,提高脂蛋白脂酶(Lipoprotein lipase,LPL)活性,进一步增加甘油三酯的代谢13-14

丙酮酸作为糖酵解的核心代谢物,通过双重途径调控脂质代谢稳态。在脂肪酸代谢方面,可通过乙酰辅酶A参与脂肪酸合成,进而促进甘油三酯的生成,尤其在高脂饮食引起的血脂异常中发挥重要调节作用。在胆固醇代谢方面:一方面,丙酮酸通过抑制HMG-CoA还原酶的活性,从源头上减少胆固醇合成;另一方面,丙酮酸还能增强肝脏对胆固醇的摄取与代谢,促进其转化和排泄,从而降低血浆胆固醇水平32,缓解动脉粥样硬化的进程。

ATP和NADH在脂质代谢中也扮演关键角色。其中,ATP在细胞能量状态调控中具有双重作用。在能量充足条件下,ATP抑制AMPK活性,促进脂质合成。相反,当细胞能量不足时,ATP促进AMPK活性,增强脂肪酸氧化。同时,ATP还通过调控乙酰辅酶A羧化酶和P2受体信号转导,影响脂肪酸的合成与分解平衡,维持脂质代谢稳态33。NADH则通过NADH/NAD+比值调节脂质代谢方向。低NADH水平时,促进脂质氧化分解并通过SIRT家族调控脂质代谢相关基因,促进脂质降解。值得注意的是,糖酵解代谢产物还可增强肝脏脂肪酸的β-氧化能力,抑制甘油三酯和极低密度脂蛋白(Very low density lipoprotein,VLDL)的分泌,从而促进血脂水平的降低,改善血脂代谢紊乱,最终减轻动脉粥样硬化的发生和发展风险。

3.4 改善内皮功能

内皮细胞主要通过调控血管张力、炎症反应和血液凝固等过程在维持血管稳态中发挥关键作用。因此,内皮功能的完整性对心血管系统的正常运行至关重要。研究表明,血管内皮功能损伤是动脉粥样硬化和冠心病等心血管疾病发生发展的关键病理基础34-35,常表现为血管舒张减弱、慢性炎症加重和氧化应激水平升高,因此改善内皮功能对冠心病的预防和治疗至关重要。

研究发现,乳酸可通过激活AMPK通路,增强内皮细胞抗氧化能力,从而有效抑制氧化应激和炎症反应,改善血管舒张功能36。乳酸还能通过增加NO生成,增强血管扩张能力,改善血流动力学并有助于降低血压36。另外,乳酸积累可导致局部酸性环境变化,进而影响内皮细胞钙离子浓度及血管舒缩反应。具体而言,乳酸是通过激活GPR81受体,调节内皮细胞的炎症反应与血管舒缩,降低cAMP水平,进一步影响内皮功能37-38。不仅如此,其衍生的乳酸化修饰也参与调节内皮细胞的能量代谢和提升抗氧化应激能力,可提高细胞的存活能力及促进内皮依赖性的血管扩张。乳酸化还通过抑制促炎因子(如IL-6、TNF-α)的表达,从而降低局部炎症反应。炎症水平的下降有助于维护内皮结构的完整性,减少内皮细胞损伤,进而降低心血管事件发生的风险3739

丙酮酸作为糖酵解的重要代谢产物,具有良好的抗氧化能力,能够清除过量的ROS,从而减轻氧化应激对血管内皮细胞造成的损伤。另外,丙酮酸还可通过稳定内皮细胞膜结构,降低膜通透性,抑制氧化应激诱导的细胞凋亡,进一步保护内皮细胞的功能完整性。在能量代谢方面,丙酮酸通过转化为乙酰辅酶A进入三羧酸循环,增加细胞能量供应,维持血管内皮细胞的代谢需求。同时,它还通过调节NADH/NAD+比值,影响氧化应激状态,进而参与内皮细胞损伤修复过程40

ATP不仅作为内皮细胞的重要能量来源,还在调控血管功能方面发挥重要作用。通过激活P2Y和P2X受体调节细胞内的钙离子浓度,进而促进NO生成,维持血管舒张功能。同时,ATP还能促进内皮细胞增殖和修复,且有助于恢复内皮屏障的结构完整性与功能稳定性41

NADH则通过调节细胞内的氧化还原平衡及NADH/NAD+比值,在维持血管内皮细胞功能方面发挥重要作用。其通过激活SIRT1信号通路,上调抗氧化相关基因表达,增强细胞对氧化应激的防御能力1542;同时,NADH亦参与内皮细胞的能量代谢与炎症反应,维持内皮细胞稳态43

通过改变内皮细胞表面分子表达,糖酵解代谢产物能够有效抑制血小板黏附与聚集,降低内皮损伤的风险,从而防止血栓形成。糖酵解活性的增强提高内皮细胞的代谢效率,尤其在缺氧或代谢应激条件下,有助于维持内皮细胞功能,并且减少脂质积累以及减缓动脉粥样硬化的进展。

3.5 抑制血小板聚集

血小板聚集在动脉粥样硬化斑块破裂后的血栓形成中起着关键作用,是冠心病急性发作的重要机制。抑制血小板聚集是冠心病治疗的核心策略之一。在缺氧条件下,糖酵解及其产物是血小板的主要能量来源,活化过程中产生的ATP对血小板的形态改变、颗粒释放和聚集至关重要。

乳酸可通过多重机制调控血小板聚集。在缺氧条件下,乳酸积累引起细胞内pH值下降,通过激活GPR81受体调节相关信号通路,进一步影响血小板功能44-45。研究表明,乳酸可降低cAMP水平46,减少二磷酸腺苷(Adenosine diphosphate, ADP)和胶原等刺激因子诱导的聚集反应,从而降低血栓形成的风险47。另外,其衍生的乳酸化修饰则通过双重途径发挥作用:一方面,通过干预ADP及其他血小板活化因子的信号转导,有效抑制血小板活化与聚集,进一步增强其抗血栓效果。另一方面,抑制促炎因子(如TNF-α、IL-6)的表达,减轻血小板激活。此外,乳酸化还促进内皮细胞释放NO和前列腺素I2,同时降低ROS生成,进一步抑制血栓形成1448

丙酮酸作为糖酵解中间产物,可在有氧状态下通过氧化磷酸化途径生成ATP,在缺氧条件下则转化为乳酸。其抗氧化功能可有效减少ROS生成,缓解氧化应激对血小板的损伤,维持其低活化状态,从而抑制血小板的活化与聚集49。另外,丙酮酸还通过抑制HIF-1α活性,进一步减少血小板聚集能力,发挥抗血栓作用。

ATP在血小板功能调控中兼具能量供给与信号传导双重作用。一方面,为血小板活化提供代谢所需的能量;另一方面,可通过激活不同类型的嘌呤受体参与血小板聚集过程。P2Y12受体介导的信号通路可增强血小板对ADP的敏感性,调节血小板的活化和聚集;而P2X1受体的激活则介导钙离子内流,进一步增强血小板聚集。因此,维持ATP生成和利用的适当平衡,有助于防止血小板的过度活化,降低血栓形成的风险50-51

NADH在血小板功能调控中发挥着重要的代谢调节作用。它可通过维持细胞内氧化还原平衡以及抑制酪氨酸蛋白激酶的活性,从而减少氧化应激引发的血小板活化。NADH还可通过调节血小板能量代谢与脂质代谢途径,间接影响ATP的生成和利用,进而抑制血小板的过度活化,降低血栓发生风险1252

综上,通过增强糖酵解途径,可促进ATP生成,调控血小板代谢与活性,从而有效预防血栓形成,此外,这一代谢增强过程还能与抗血小板药物如阿司匹林产生协同作用,提高其抗聚集效果(表1)。

4 应用前景

随着代谢组学、转录组学及表观遗传学研究的不断深入,糖酵解及其代谢产物在冠心病发病机制中的作用日益受到关注,呈现出广阔的研究和应用前景。其中,乳酸不仅作为能量代谢的终产物,还通过乳酸化修饰参与多种表观遗传调控过程,近年来被证实其在调节炎症、免疫反应和代谢重编程中发挥重要作用且可能影响冠心病的进展。乳酸化干预可能通过减轻动脉硬化、改善内皮功能和代谢状态来促进心血管健康。在心血管疾病研究中,乳酸化也逐渐成为关注焦点。例如,在冠心病等心血管疾病中,乳酸化可能通过调节炎症和代谢过程影响疾病进展。然而,如何精准调控乳酸化,同时避免对正常细胞功能的干扰,仍然是未来研究的重要挑战。

丙酮酸作为能量底物和抗氧化剂,在缺血再灌注损伤中的保护作用为急性冠状动脉综合征等心血管疾病的治疗提供新思路。ATP在急性心力衰竭等心血管疾病中具有广阔应用前景,但其体内稳定性较差。因此,开发稳定的ATP类似物或制剂是未来的研究重点。同样,NADH在抗衰老、线粒体功能增强和代谢调节方面显示出潜力,但其在人类临床中的效果尚不一致,剂量和递送方式的优化亟待进一步研究。未来研究应进一步探讨糖酵解与线粒体代谢之间的相互作用,以及糖酵解产物在心肌再生微环境中的调节作用。

近年来,糖酵解及其产物在冠心病治疗中的作用及机制研究取得显著进展,表明其具有潜在的临床应用前景。然而,相关研究仍停留在基础层面,尚缺乏系统的临床证据。因此,亟需进一步开展临床试验,明确其治疗效果和安全性,并深入阐明其作用机制,从而为其临床应用提供可靠依据。

参考文献

[1]

ROTH G AMENSAH G AJOHNSON C Oet al. Global burden of cardiovascular diseases and risk factors, 1990-2019: update from the GBD 2019 study[J]. J Am Coll Cardiol202076(25):2982-3021.

[2]

XU RYUAN WWANG Z. Advances in glycolysis metabolism of atherosclerosis[J]. J Cardiovasc Transl Res202316(2):476-490.

[3]

ZHANG DTANG ZHUANG Het al. Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation[J]. Nature2019574(7779):575-580.

[4]

LEUNG S W SSHI Y. The glycolytic process in endothelial cells and its implications[J]. Acta Pharmacol Sin202243(2):251-259.

[5]

SHI YLIN XWANG Jet al. Advances of HIF-1α/glycolysis axis in non-small cell lung cancer (Review)[J]. Oncol Rep202451(4):55.

[6]

陈姿伊,王洪阳,王秋菊.NADH的治疗潜力:线粒体功能障碍为特征的神经退行性疾病[J].临床耳鼻咽喉头颈外科杂志202438(1):57-62.

[7]

DI CESARE MPEREL PTAYLOR Set al. The heart of the world[J]. Glob Heart202419(1):11.

[8]

AN FSUN BLIU Yet al. Advances in understanding effects of miRNAs on apoptosis, autophagy, and pyroptosis in knee osteoarthritis[J]. Mol Genet Genomics2023298(6):1261-1278.

[9]

MOAFIAN ZMAGHROUNI ASOLTANI Aet al. Cross-talk between non-coding RNAs and PI3K/AKT/mTOR pathway in colorectal cancer[J]. Mol Biol Rep202148(5):4797-4811.

[10]

IZZO CVITILLO PDI PIETRO Pet al. The role of oxidative stress in cardiovascular aging and cardiovascular diseases[J]. Life (Basel)202111(1):60.

[11]

DUBOIS-DERUY EPEUGNET VTURKIEH Aet al. Oxidative stress in cardiovascular diseases[J]. Antioxidants (Basel)20209(9):864.

[12]

FLORA G DNAYAK M KGHATGE Met al. Metabolic targeting of platelets to combat thrombosis: dawn of a new paradigm?[J]. Cardiovasc Res2023119(15):2497-2507.

[13]

IZZO L TWELLEN K E. Histone lactylation links metabolism and gene regulation[J]. Nature2019574(7779):492-493.

[14]

YANG GMASON A MWOOD A Met al. Dose-response associations of lipid traits with coronary artery disease and mortality[J]. JAMA Netw Open20247(1):e2352572.

[15]

FANG JCHEN WHOU Pet al. NAD+ metabolism-based immunoregulation and therapeutic potential[J]. Cell Biosci202313(1):81.

[16]

WALLACE K BSARDÃO V AOLIVEIRA P J. Mitochondrial determinants of doxorubicin-induced cardiomyopathy[J]. Circ Res2020126(7):926-941.

[17]

LI YCHEN LZHENG Qet al. Lactate dehydrogenase A promotes nasopharyngeal carcinoma progression through the TAK1/NF-κB Axis[J]. Mol Biol Rep202451(1):152.

[18]

GAO JZHAO YLI Tet al. The role of PKM2 in the regulation of mitochondrial function: focus on mitochondrial metabolism, oxidative stress, dynamic, and apoptosis. PKM2 in mitochondrial function[J]. Oxid Med Cell Longev20222022:7702681.

[19]

PUCINO VCERTO MBULUSU Vet al. Lactate buildup at the site of chronic inflammation promotes disease by inducing CD4+ T cell metabolic rewiring[J]. Cell Metab201930(6):1055-1074.e8.

[20]

LI XYAO ZQIAN Jet al. Lactate protects intestinal epithelial barrier function from dextran sulfate sodium-induced damage by GPR81 signaling[J]. Nutrients202416(5):582.

[21]

XIN QWANG HLI Qet al. Lactylation: a passing fad or the future of posttranslational modification[J]. Inflammation202245(4):1419-1429.

[22]

WU HHUANG HZHAO Y. Interplay between metabolic reprogramming and post-translational modifications: from glycolysis to lactylation[J]. Front Immunol202314:1211221.

[23]

YANG ZZHANG LLIU Jet al. Litchi pericarp extract treats type 2 diabetes mellitus by regulating oxidative stress, inflammatory response, and energy metabolism[J]. Antioxidants (Basel)202413(4):495.

[24]

LIU MO'CONNOR R STREFELY Set al. Metabolic rewiring of macrophages by CpG potentiates clearance of cancer cells and overcomes tumor-expressed CD47-mediated 'don't-eat-me' signal[J]. Nat Immunol201920(3):265-275.

[25]

PÅLSSON-MCDERMOTT E MO'NEILL L A J. Targeting immunometabolism as an anti-inflammatory strategy[J]. Cell Res202030(4):300-314.

[26]

ZHANG QWANG JYADAV D Ket al. Glucose metabolism: the metabolic signature of tumor associated macrophage[J]. Front Immunol202112:702580.

[27]

SOARE A YFREEMAN T LMIN A Ket al. P2RX7 at the host-pathogen interface of infectious diseases[J]. Microbiol Mol Biol Rev202185(1):e00055-20.

[28]

JUNG JZENG HHORNG T. Metabolism as a guiding force for immunity[J]. Nat Cell Biol201921(1):85-93.

[29]

SADRI STOMAR NYANG Cet al. Effects of ROS pathway inhibitors and NADH and FADH2 linked substrates on mitochondrial bioenergetics and ROS emission in the heart and kidney cortex and outer medulla[J]. Arch Biochem Biophys2023744:109690.

[30]

YANG YLIU YWANG Yet al. Regulation of SIRT1 and its roles in inflammation[J]. Front Immunol202213:831168.

[31]

IPPOLITO LCOMITO GPARRI Met al. Lactate rewires lipid metabolism and sustains a metabolic-epigenetic axis in prostate cancer[J]. Cancer Res202282(7):1267-1282.

[32]

CHIANG J Y LFERRELL J MWU Yet al. Bile acid and cholesterol metabolism in atherosclerotic cardiovascular disease and therapy[J]. Cardiol Plus20205(4):159-170.

[33]

MCMAHON T JDARROW C CHOEHN B Aet al. Generation and export of red blood cell ATP in health and disease[J]. Front Physiol202112:754638.

[34]

PEPIN M EGUPTA R M. The role of endothelial cells in atherosclerosis: insights from genetic association studies[J]. Am J Pathol2024194(4):499-509.

[35]

SUN H JWU Z YNIE X Wet al. Role of endothelial dysfunction in cardiovascular diseases: the link between inflammation and hydrogen sulfide[J]. Front Pharmacol202010:1568.

[36]

LI XYANG YZHANG Bet al. Lactate metabolism in human health and disease[J]. Signal Transduct Target Ther20227(1):305.

[37]

MANOSALVA CQUIROGA JHIDALGO A Iet al. Role of lactate in inflammatory processes: friend or foe[J]. Front Immunol202212:808799.

[38]

SUN ZHAN YSONG Set al. Activation of GPR81 by lactate inhibits oscillatory shear stress-induced endothelial inflammation by activating the expression of KLF2[J]. IUBMB Life201971(12):2010-2019.

[39]

OUYANG JWANG HHUANG J. The role of lactate in cardiovascular diseases[J]. Cell Commun Signal202321(1):317.

[40]

GO SKRAMER T TVERHOEVEN A Jet al. The extracellular lactate-to-pyruvate ratio modulates the sensitivity to oxidative stress-induced apoptosis via the cytosolic NADH/NAD+ redox state[J]. Apoptosis202126(1/2):38-51.

[41]

STRASSHEIM DVERIN ABATORI Ret al. P2Y purinergic receptors, endothelial dysfunction, and cardiovascular diseases[J]. Int J Mol Sci202021(18):6855.

[42]

MAN A W CLI HXIA N. The role of sirtuin1 in regulating endothelial function, arterial remodeling and vascular aging[J]. Front Physiol201910:1173.

[43]

ABDELLATIF MBUGGER HKROEMER Get al. NAD+ and vascular dysfunction: from mechanisms to therapeutic opportunities[J]. J Lipid Atheroscler202211(2):111-132.

[44]

MILLIKEN A SCIESLA J HNADTOCHIY S Met al. Distinct effects of intracellular vs. extracellular acidic pH on the cardiac metabolome during ischemia and reperfusion[J]. J Mol Cell Cardiol2023174:101-114.

[45]

APOSTOLOVA PPEARCE E L. Lactic acid and lactate: revisiting the physiological roles in the tumor microenvironment[J]. Trends Immunol202243(12):969-977.

[46]

COLUCCI A C MTASSINARI I DLOSS E D Set al. History and function of the lactate receptor GPR81/HCAR1 in the brain: a putative therapeutic target for the treatment of cerebral ischemia[J]. Neuroscience2023526:144-163.

[47]

KULKARNI P PTIWARI ASINGH Net al. Aerobic glycolysis fuels platelet activation: small-molecule modulators of platelet metabolism as anti-thrombotic agents[J]. Haematologica2019104(4):806-818.

[48]

LU ZZHENG XSHI Met al. Lactylation: the emerging frontier in post-translational modification[J]. Front Genet202415:1423213.

[49]

FLORA G DNAYAK M KGHATGE Met al. Mitochondrial pyruvate dehydrogenase kinases contribute to platelet function and thrombosis in mice by regulating aerobic glycolysis[J]. Blood Adv20237(11):2347-2359.

[50]

FERNANDO HMCFADYEN J DWANG Xet al. P2Y12 antagonists in cardiovascular disease-finding the best balance between preventing ischemic events and causing bleeding[J]. Front Cardiovasc Med20229:854813.

[51]

ENTSIE PKANG YAMOAFO E Bet al. The signaling pathway of the ADP receptor P2Y12 in the immune system: recent discoveries and new challenges[J]. Int J Mol Sci202324(7):6709.

[52]

GAO M JCUI N HLIU X Net al. Inhibition of mitochondrial complex I leading to NAD+/NADH imbalance in type 2 diabetic patients who developed late stent thrombosis: evidence from an integrative analysis of platelet bioenergetics and metabolomics[J]. Redox Biol202257:102507.

基金资助

江西省自然科学基金重点项目(20224ACB206003)

江西省自然科学基金面上项目(20232BAB206045)

赣州市创新领军人才科学计划项目(2022CXRC8898)

AI Summary AI Mindmap
PDF (757KB)

135

访问

0

被引

详细

导航
相关文章

AI思维导图

/