《The American Journal of Pathology》：Cullin 2 elevates Warburg effect to accelerate the development of hypoxic pulmonary hypertension
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建立缺氧性肺动脉高压（HPH）小鼠模型，发现Cullin 2（CUL2）通过调控糖酵解关键酶LDHA/PFKL促进疾病发展。机制研究表明，缺氧导致脯氨酸羟化酶2（PHD2）下调，使HIF-1α稳定并直接激活CUL2启动子，增强其表达及糖酵解能力，从而加速HPH进程。CUL2沉默可逆转上述效应，抑制PAECs增殖、粘附及管形成，改善肺纤维化和右心室功能障碍。研究揭示了PHD2/HIF-1α/CUL2轴在肺血管重塑中的作用，为PAH治疗提供新靶点。
作者：荀秋芬（Qiufen Xun）、杨青（Qing Yang）、朱国峰（Guofeng Zhu）、王伟（Wei Wang）
单位：中国江西省南昌市南昌大学第二附属医院呼吸科，邮编330008
摘要
肺动脉高压（PAH）是一种以肺动脉血压异常升高为特征的疾病，其病因多种多样，病理机制各异。本研究建立了缺氧性肺动脉高压（HPH）的小鼠模型，揭示了Cullin 2（CUL2）在疾病发生中的关键作用。缺氧会上调HPH小鼠肺组织中的CUL2表达，而敲低CUL2表达可缓解Warburg效应、右心室功能障碍和肺纤维化。在体外实验中，CUL2的缺失会抑制缺氧状态下肺动脉内皮细胞（PAECs）的增殖、黏附和管腔形成。从机制上看，CUL2通过上调LDHA/PFKL的表达来增强糖酵解过程，而这两种酶的过表达可以逆转CUL2缺失带来的影响。此外，缺氧会下调Proline hydroxylase 2（PHD2）的表达，进而稳定Hypoxia-Inducible Factor-1 alpha（HIF-1α）的水平，后者可直接结合CUL2的启动子区域，从而增强其表达。我们的发现揭示了一个新的PHD2/HIF-1α/CUL2轴，该轴通过糖酵解途径促进血管重塑，为PAH的治疗提供了潜在靶点。总之，本研究表明在缺氧条件下，PHD2介导的HIF-1α羟基化过程受到抑制，而HPH小鼠的HIF-1α表达水平升高；高水平的HIF-1α会促进CUL2的转录和表达，进而加剧HPH的发展。
引言
肺动脉高压（PAH）是一种严重的临床疾病，属于肺动脉高压（PH）的亚型。其病理特征包括持续的血管收缩、血管重塑、血管周围炎症反应和纤维样坏死，最终导致肺血管管腔狭窄甚至闭塞
1,2。随着疾病进展，肺血管阻力持续增加，最终可能引发右心衰竭
3。缺氧性肺动脉高压（HPH）是由于长期缺氧导致肺动脉反射性收缩引起的
4。多种细胞参与了PAH中的血管重塑过程，如肺动脉内皮细胞（PAECs）和肺动脉（PA）平滑肌细胞
5。健康的单层内皮细胞位于血管壁内侧，具有维持血管张力、通透性、完整性和抗炎、抗血栓形成的功能
6,7。然而，在PAH病理状态下，内皮细胞会受损并失去正常功能，从而激活多种信号通路，导致内皮细胞过度增殖并最终引发血管重塑
8。导致内皮细胞损伤的因素可能包括缺氧、毒素、生存信号通路的抑制以及炎症因子
9,10。
在之前的研究中，我们利用GSE113439数据集（
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）分析了三组患者的差异基因：先天性心脏病相关的PAH（CHD-PAH）、结缔组织疾病相关的PAH（CTD-PAH）和特发性肺动脉高压（IPAH），发现Cullin 2（CUL2）在PAH组中的表达水平显著升高。细胞实验表明，缺氧处理24小时后，PAECs中的CUL2表达显著上调；干扰CUL2表达可显著抑制缺氧状态下PAECs的迁移和增殖
11。为更精确地研究CUL2在HPH中调节内皮细胞功能障碍的作用，我们进一步分析了GSE157231数据集（
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）。通过对正常氧条件下及缺氧处理24小时后的PAECs进行差异基因分析，发现大量基因表达发生显著变化。对这些差异基因相关的信号通路进行分析后发现，与PAH最密切相关的通路是Hypoxia-inducible factor 1（HIF-1）通路，该通路涉及32个差异基因（DEGs），其中包括CUL2。进一步分析这些差异基因之间的相关性后发现，CUL2与参与糖酵解的关键酶PFKL和LDHA直接相关，同时与PFKP和HK2间接相关。这提示CUL2可能在HPH中的PAECs中参与糖酵解过程的调节。目前尚无关于PFKL和LDHA在PAH发病机制中的功能研究。
尽管近年来研究人员在PAH的诊断和治疗方面取得了许多重要进展，但PAH仍是一种预后较差的血管疾病12。虽然可溶性鸟苷酸环化酶激动剂、磷酸二酯酶抑制剂、内皮素受体拮抗剂和前列腺素类似物等靶向药物的应用在一定程度上改善了PAH患者的临床症状13,14,15，但这些药物的成本较高且疗效有限，仅能延缓疾病进展，无法从根本上逆转PAH的发展或降低死亡率16。因此，亟需深入研究PAH的发病机制，并开发新的、高效且经济的治疗药物或治疗方法。
小节片段
JASPAR转录因子结合位点预测
使用搜索引擎搜索“JASPAR”，然后点击https://jaspar.elixir.no/（最后一次访问时间为2024年12月）以打开数据库。可通过转录因子名称、TF ID、物种分类、UniProt ID或关键词进行搜索。点击详细信息页面可查看相关转录因子的信息并下载相应的DNA结合位点序列。细胞培养与处理
人类肺动脉内皮细胞（HPAECs）购自ScienCell Research Laboratories（美国加利福尼亚州卡尔斯巴德）。
生物信息学分析
为筛选HPH中的关键分子，我们选择了GSE157231数据集（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/），并分析了正常氧条件下与缺氧条件下内皮细胞之间的差异基因（DEGs）。GO分析显示，这些差异基因与血压（BP）、细胞周期（CC）和迁移（MF）相关，反映了缺氧状态下内皮细胞的动态变化过程（图1A）。其中，与血压变化最相关的术语包括对氧气水平的反应、对氧气水平降低的反应以及对缺氧的反应。
讨论
肺动脉高压（PH）具有高发病率和死亡率，对人类健康构成严重威胁，其重要的病理基础包括远端肺血管重塑、肺血管收缩和原位血栓形成8。长期慢性缺氧是许多疾病的重要诱因，可导致肺血管功能障碍并促进血管重塑，这是PAH的直接原因19。因此，我们构建了经过缺氧处理的PAECs细胞模型以进一步研究相关机制。
结论
缺氧会抑制PHD2对HIF-1α的羟基化作用，导致HIF-1α水平升高。升高的HIF-1α表达会促进CUL2的转录，进而通过调节LDHA和/或PFKL增强Warburg效应，从而加速PAH的发展。
作者贡献
荀秋芬（Qiufen Xun）：数据整理、实验设计、初稿撰写。
杨青（Qing Yang）朱国峰（Guofeng Zhu）王伟（Wei Wang）
未引用的参考文献
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