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为解决败血症相关肺纤维化（PF）治疗难题，上海交通大学医学院附属仁济医院研究人员探究 PKM2 对 AECs 线粒体动力学和 EMT 的调控。结果发现 PKM2 是关键调节因子，抑制它可缓解 PF。推荐一读，或为相关研究带来新思路。
在医学领域，急性呼吸窘迫综合征（ARDS）一直是个棘手的难题，而其中的肺纤维化（PF）更是让情况雪上加霜。PF 严重影响着 ARDS 患者的生存和生活质量，是导致 ARDS 患者晚期死亡的主要原因之一。败血症作为 ARDS 的常见诱因，会引发严重的器官功能障碍。尽管医学在败血症治疗方面不断进步，但从 1990 年到 2017 年，它依旧在全球死亡原因中占据着 19.7% 的比例，这一数据令人触目惊心。
肺泡上皮细胞（AECs）在败血症相关的 ARDS 进展中起着关键作用。其中，上皮 - 间质转化（EMT，一种细胞从上皮状态转变为间质状态的过程）在 PF 的发展中至关重要。研究发现，抑制 EMT 能够缓解脂多糖（LPS）诱导的 PF，所以搞清楚 LPS 诱导 AECs 发生 EMT 的机制，对于找到败血症相关 PF 的潜在治疗靶点意义重大。
同时，线粒体动力学（指线粒体分裂和融合之间的平衡，这对维持线粒体和细胞功能至关重要）的异常与 PF 也存在关联。在特发性肺纤维化患者的 AECs 中，就出现了线粒体碎片化和功能障碍的情况。丙酮酸激酶 M2（PKM2）作为参与有氧糖酵解的一种酶，对线粒体动力学有调节作用，不过其在不同细胞类型和环境中的效果有所不同。综合这些情况，研究 PKM2 在败血症相关 PF 中对 AECs 线粒体动力学和 EMT 过程的作用就显得尤为迫切。
为了解开这些谜团，上海交通大学医学院附属仁济医院的研究人员在《Journal of Translational Medicine》期刊上发表了题为 “Pyruvate kinase M2 modulates mitochondrial dynamics and epithelial–mesenchymal transition in alveolar epithelial cells during sepsis-associated pulmonary fibrosis” 的论文。他们发现 PKM2 是败血症相关 PF 中 AECs 线粒体动力学和 EMT 的关键调节因子，抑制 PKM2 的活性有望成为缓解败血症相关 PF 进展的有效治疗策略，这一成果为相关疾病的治疗带来了新的希望。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过构建动物模型，对小鼠进行不同处理，以此模拟败血症相关的肺纤维化情况。还采用了单细胞分析技术，进行单细胞 RNA 测序（scRNA - Seq），深入研究细胞间的相互作用和基因表达变化。另外，蛋白质免疫印迹（Western blot）技术也被用于检测相关蛋白的表达水平，组织学染色和免疫荧光技术用于观察肺组织的病理变化和蛋白定位，透射电子显微镜则用来分析线粒体的形态。这些技术手段相辅相成，为研究提供了有力支持。
下面来看看具体的研究结果。
肺泡上皮细胞的间质转化促进败血症相关的肺纤维化
研究人员给小鼠连续三天腹腔注射 LPS（5mg/kg/ 天），以此建立败血症相关的 PF 模型。通过苏木精 - 伊红（H&E）染色和 Masson 染色发现，LPS 组的肺组织结构遭到严重破坏，胶原蛋白大量沉积。scRNA - Seq 分析产生的 UMAP 图显示，LPS 组中肺泡上皮细胞与成纤维细胞以及间充质细胞之间的相互作用在数量和强度上都有所增加。单细胞数据的伪时间分析表明，LPS 处理的小鼠发生了明显的 EMT。蛋白质分析和免疫荧光染色也进一步证实了这一点，LPS 组中，间充质标记物如 Col1a1、α - SMA 和波形蛋白的水平上升，而上皮标记物 E - cadherin 的水平下降。这一系列研究说明，肺泡上皮细胞的间质转化确实在败血症相关的肺纤维化中发挥了促进作用。
LPS 诱导的 PKM2 上调破坏败血症相关肺纤维化中线粒体动力学的平衡
研究人员对 scRNA - Seq 数据进行 GO 富集分析，发现 LPS 组中与线粒体功能相关的通路显著富集。接着，他们检测了肺组织中 PKM2、DRP1（线粒体分裂标记蛋白）和 MFN2（线粒体融合标记蛋白）的蛋白质水平，结果发现 LPS 处理后，PKM2 和 DRP1 上调，MFN2 表达下降。免疫荧光分析和电子显微镜观察也显示，AECs 中的线粒体碎片化增加。这表明 LPS 诱导的 PKM2 上调打破了线粒体动力学的平衡，使得线粒体分裂占优势，进而影响线粒体功能。
LPS 诱导的肺泡上皮细胞间质转化与 PKM2 上调和线粒体动力学失衡相关
在体外实验中，研究人员用 LPS 处理小鼠肺泡上皮细胞系 MLE - 12 细胞 24 小时。结果发现，成纤维细胞标记物如 Col1a1、α - SMA 和波形蛋白显著上调，同时 DRP1 表达增加，MFN2 表达减少，线粒体碎片化加剧。这与体内实验结果一致，说明 LPS 诱导的 AECs 间质转化和线粒体动力学失衡之间存在紧密联系，而且 PKM2 的上调可能在其中起到了重要作用。
抑制 PKM2 可维持线粒体动力学并减少肺泡上皮细胞间质转化
为了进一步验证 PKM2 的作用，研究人员使用了 PKM2 抑制剂紫草素（shikonin）进行体外实验。用紫草素预处理 MLE - 12 细胞后发现，Col1a1、α - SMA 和 DRP1 的表达降低，而 E - cadherin 和 MFN2 的表达增加，这表明线粒体动力学得到了恢复，肺泡上皮细胞的间质转化也减少了。这直接证明了抑制 PKM2 能够对线粒体动力学和 AECs 的间质转化产生积极影响。
抑制 PKM2 可减轻败血症相关的肺纤维化
在动物模型中，研究人员也评估了紫草素的效果。结果显示，用紫草素预处理能够维持线粒体动力学，减少肺损伤和胶原蛋白沉积，降低 Col1a1 和 α - SMA 的表达，增加 E - cadherin 的表达。这充分说明，抑制 PKM2 可以有效减轻败血症相关的 PF，为治疗这种疾病提供了潜在的方法。
综合研究结论和讨论部分，这项研究明确了 PKM2 在败血症相关 PF 中的重要作用。PKM2 就像是一个 “开关”，LPS 诱导其上调后，会打破线粒体动力学的平衡，促进线粒体分裂，导致线粒体碎片化，进而影响细胞能量代谢，引发细胞应激和损伤，加速 EMT 过程，最终促使败血症相关的 PF 发生发展。而抑制 PKM2，比如使用紫草素，能够恢复线粒体动力学，减少胶原蛋白沉积，改善肺组织结构，为治疗败血症相关的 PF 带来了新的希望。
不过，目前的研究也存在一些局限性。毕竟使用的是动物和体外模型，与人类败血症相关的 PF 的复杂性可能无法完全模拟，所以还需要在临床环境中进一步验证这些发现。而且，虽然紫草素展现出了治疗潜力，但它的非特异性作用和潜在毒性也需要仔细评估。未来的研究可以朝着开发更具选择性的 PKM2 抑制剂的方向努力，同时深入研究代谢调节、线粒体动力学和纤维化过程之间的复杂相互作用，以便找到更有效、更安全的治疗方法，让那些深受败血症诱导的 ARDS 折磨的患者能够迎来新的曙光，提高他们的生存几率和生活质量。
