三七皂苷通过Hif-1α调控糖酵解与巨噬细胞极化及鞘脂代谢抗动脉粥样硬化的新机制

《Phytomedicine》：Panax notoginseng saponin mitigates glycolysis to regulate macrophage polarization and sphingolipid metabolism via hypoxia-inducible factor-1 to alleviate atherosclerosis

本研究针对动脉粥样硬化（AS）中免疫代谢机制不明的难题，聚焦Panax notoginseng saponin（PNS）的治疗作用。通过空间代谢组学发现斑块区鞘脂代谢紊乱，临床验证慢性冠脉疾病（CCD）患者血清S1P、SPH显著降低。机制研究表明，Hif-1α过表达可诱导巨噬细胞M1极化、增强糖酵解、上调UGCG并降低S1P，促进炎症；而PNS作为新型Hif-1α抑制剂，通过下调PFKFB3/GLUT1/HK2抑制糖酵解、促进M2极化、上调S1P，从而缓解AS。该研究为PNS的临床应用提供了创新理论依据。

　　

在心血管疾病领域，动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）如同一颗潜伏在血管壁上的“定时炸弹”，是导致心肌梗死、脑卒中等高致死致残事件的主要元凶。尽管现代医学在降脂、抗炎等治疗策略上取得了长足进步，但AS的发病率和死亡率依然居高不下，寻找更有效、作用机制更明确的治疗药物迫在眉睫。传统中药宝库中的三七，其活性成分三七总皂苷（Panax notoginseng saponin, PNS）在临床实践中显示出良好的心血管保护作用，然而，其对抗AS的深层机制，特别是如何调节体内的免疫代谢网络，至今仍是一个亟待揭开的“黑箱”。尤其值得注意的是，AS斑块内部是一个复杂的微环境，存在着显著的代谢异质性，常规的组学技术难以捕捉到斑块核心区域的精确代谢变化。

为了攻克这一难题，中国中医科学院西苑医院的研究团队在《Phytomedicine》上发表了一项重磅研究。他们独辟蹊径，采用了先进的空间代谢组学技术，像给血管斑块做了一次高精度的“代谢CT”，直接对比了动脉粥样硬化斑块区域与其邻近非斑块区域的代谢谱。这项研究成功地揭示了PNS作为一种新型的缺氧诱导因子-1α（Hif-1α）抑制剂，通过调控糖酵解这一核心代谢通路，影响巨噬细胞极化和鞘脂代谢，从而多管齐下地抑制AS进展的全新机制。

为了完成这项系统性的研究，作者们运用了多项关键技术：首先，采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MSE）对PNS的主要皂苷成分（R1, Rg1, Rb1, Rd, Re）进行了化学表征。其次，利用质谱成像技术对来自心肌梗死患者的左前降支动脉样本进行了空间代谢组学分析，精准描绘了斑块区域的代谢图谱。在临床验证方面，研究团队在中国中医科学院西苑医院招募了40名慢性冠脉疾病（CCD）患者和40名健康对照（HC），通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测了血清中的鞘脂代谢物和糖酵解相关指标。在机制探索上，研究构建了ApoE^-/-动脉粥样硬化小鼠模型，并给予不同剂量的PNS进行干预，通过¹⁸F-FDG PET/CT成像、组织病理学染色、免疫荧光、Western blot等技术评估了PNS对斑块、糖酵解、巨噬细胞极化和鞘脂代谢的影响。此外，在体外实验中，使用RAW264.7巨噬细胞系，通过慢病毒转染构建Hif-1α过表达模型，利用糖酵解压力测试、流式细胞术等方法，深入阐明了Hif-1α、糖酵解、巨噬细胞极化和鞘脂代谢之间的因果关系以及PNS的干预作用。

动脉粥样硬化相关代谢改变的空间代谢组学揭示

研究人员对一名心肌梗死患者的左前降支动脉有斑块和无斑块区域进行了质谱成像分析。结果令人震惊：他们共鉴定出8058种代谢物，其中与非斑块区相比，斑块区内有117种代谢物显著下调，355种代谢物显著上调。京都基因与基因组百科全书通路富集分析显示，鞘脂代谢通路的变化最为显著。具体而言，鞘磷脂、葡萄糖神经酰胺、N-酰基鞘氨醇和半乳糖神经酰胺等鞘脂代谢相关物质在斑块区富集。同时，分析还提示糖酵解通量的增加可能流向了糖鞘脂的生物合成。这些结果首次在空间层面直接证实，鞘脂代谢和糖酵解在动脉粥样硬化斑块的发生发展中扮演着关键角色。

慢性冠脉疾病患者存在糖酵解和鞘脂代谢紊乱

为了验证上述发现，研究团队比较了CCD患者和HC者的血清指标。ELISA检测结果显示，CCD患者血清中的鞘氨醇-1-磷酸和鞘磷脂水平显著低于健康对照，而糖酵解关键调控因子Hif-1α、GLUT1和HK2的表达则呈现异常。接收者操作特征曲线分析进一步表明，将S1P、SPH与载脂蛋白A1、载脂蛋白A、高血压、年龄等临床指标结合，能更好地预测CCD的诊断。这提示，鞘脂代谢紊乱和糖酵解活化可能是CCD患者重要的病理生理特征。

Hif-1α诱导M1巨噬细胞极化并调控糖酵解及鞘脂代谢

那么，糖酵解是如何影响鞘脂代谢的呢？机制研究的序幕由此拉开。研究者在RAW264.7巨噬细胞中过表达了Hif-1α。结果发现，Hif-1α的过表达能够显著上调糖酵解关键蛋白PFKFB3、HK2、GLUT1、p-PDK1/t-PDK1的表达，并增强细胞的糖酵解能力。更重要的是，Hif-1α过表达驱使巨噬细胞向促炎的M1表型极化，表现为M1标志物iNOS的表达升高，而M2标志物CD163和Arg1的表达降低。与此同时，细胞上清液中UDP-葡萄糖神经酰胺葡萄糖基转移酶水平升高，S1P水平降低。这一系列实验证明，Hif-1α作为上游枢纽，通过增强糖酵解，诱导巨噬细胞M1极化，并进而扰动了鞘脂代谢的平衡。

三七总皂苷减轻动脉粥样硬化

接下来，研究进入了核心环节——验证PNS的抗AS效应。在高脂饮食喂养的ApoE^-/-小鼠模型中，PNS治疗能显著减小主动脉和主动脉根部的斑块面积，效果呈现剂量依赖性，其中120 mg/kg/d的剂量效果尤为突出。同时，PNS还能有效降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平，并降低促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β的水平。在鞘脂代谢方面，PNS治疗可逆转模型小鼠血清中S1P和SPH的下调以及UGCG的上升。这些结果充分说明，PNS具有明确的抗AS作用，并能调节血脂、炎症反应和鞘脂代谢。

三七总皂苷降低HFD ApoE^-/-小鼠的糖酵解

为了直观地看到PNS对斑块内糖酵解的抑制作用，研究人员动用了¹⁸F-FDG PET/CT成像技术。结果显示，模型组小鼠主动脉的¹⁸F-FDG摄取活性显著高于对照组，而PNS治疗则能明显降低这种摄取活性。免疫荧光染色进一步发现，在模型小鼠的斑块及内膜下层，糖酵解关键蛋白HK2、Hif-1α、PFKFB3和GLUT1高表达，而PNS干预后，这些蛋白的表达被显著抑制。此外，PNS还能剂量依赖性地下调斑块内S1P、SS1和SS2的表达。这些证据共同表明，PNS能够通过抑制Hif-1α的表达，有效降低AS斑块内的糖酵解活性。

三七总皂苷调节HFD ApoE^-/-小鼠的巨噬细胞极化

AS斑块内充斥着大量免疫细胞，尤其是巨噬细胞。研究发现，模型组小鼠主动脉病变处主要浸润的是促炎的M1型巨噬细胞。而PNS治疗后，抑炎的M2型巨噬细胞标志物MRC1的表达显著增加，同时M1型标志物iNOS的表达则明显减少。这说明PNS能够调节巨噬细胞的极化方向，抑制M1型促炎反应，促进M2型抗炎修复，从而改善AS的炎症微环境。

三七总皂苷降低Raw264.7巨噬细胞的糖酵解

最后，研究回到细胞层面，深入剖析PNS的直接作用。在RAW264.7巨噬细胞中，PNS干预能够有效抑制由干扰素-γ和脂多糖诱导的M1极化，并促进由白细胞介素-4和白细胞介素-13诱导的M2极化。流式细胞术分析证实了这一点。特别重要的是，即使在Hif-1α过表达的巨噬细胞中，PNS依然能够剂量依赖性地抑制Hif-1α、HK2、PFKFB3和GLUT1的表达，逆转其促M1极化和鞘脂代谢紊乱的效应。这表明PNS的作用靶点上游很可能是Hif-1α。

讨论与结论

本研究通过空间代谢组学这一利器，首次精准描绘了AS斑块核心的代谢特征，发现鞘脂代谢异常是AS最显著的代谢改变之一。临床样本验证了CCD患者存在S1P等鞘脂代谢物的紊乱。研究创新性地揭示了Hif-1α驱动的免疫代谢重编程在AS中的核心作用：Hif-1α促进糖酵解，诱导巨噬细胞向促炎的M1表型极化，进而导致UGCG上调、S1P下调等鞘脂代谢失衡，加剧炎症反应。而PNS则被证实是一种新型的Hif-1α抑制剂，它通过抑制Hif-1α，进而下调糖酵解关键酶，促进巨噬细胞向保护性的M2表型极化，并调节鞘脂代谢，最终发挥抗AS作用。

这项研究的意义重大。它不仅从免疫代谢这一新颖视角阐明了PNS抗AS的详细分子机制，为PNS的临床应用提供了坚实的科学依据，而且首次将PNS定位为Hif-1α抑制剂，为其开发成为靶向代谢免疫的抗AS药物提供了新的思路。研究所揭示的“Hif-1α-糖酵解-巨噬细胞极化-鞘脂代谢”轴，为理解AS的发病机制提供了新的理论框架，也为其他心血管疾病的代谢免疫调控研究提供了重要借鉴。当然，作者也指出，未来研究需要扩大临床样本量进行验证，并深入解析PNS中各个皂苷单体的具体贡献及其可能存在的协同作用，从而更全面地揭示这颗传统中药明珠的现代科学内涵。