线粒体丙酮酸代谢障碍在脓毒症高乳酸血症中的作用机制及TPP联合葡萄糖治疗新策略

本研究针对脓毒症中危及生命的代谢紊乱问题，揭示了线粒体丙酮酸脱氢酶复合体(PDC)功能障碍导致高乳酸血症的关键机制。研究人员通过CLP模型发现脓毒症中硫胺素缺乏导致PDC活性抑制，同时线粒体谷丙转氨酶(GPT2)代偿性激活促进谷氨酸介导的TCA循环回补。创新性提出硫胺素焦磷酸(TPP)可恢复PDC活性，并与葡萄糖联用形成协同治疗方案，为临床脓毒症代谢干预提供新靶点。

　　

脓毒症每年导致全球1100万人死亡，其最致命的代谢特征——高乳酸血症长期困扰着临床治疗。传统观点认为组织缺氧是乳酸升高的主因，但给氧治疗却收效甚微。更棘手的是，尽管脓毒症患者常伴低血糖，补充葡萄糖反而会加剧乳酸堆积导致死亡，这种代谢悖论背后隐藏着什么秘密？来自比利时VIB炎症研究中心（Vlaams Instituut voor Biotechnologie）的Louise Nuyttens团队在《Cell Reports》发表的突破性研究，揭开了脓毒症代谢紊乱的分子黑箱。

研究人员采用经典盲肠结扎穿孔(CLP)模型，通过¹³C₃丙酮酸示踪代谢组学、线粒体 Seahorse 能量代谢分析等关键技术，系统解析了肝脏线粒体丙酮酸代谢通路。发现脓毒症小鼠线粒体并非无法摄取丙酮酸——线粒体丙酮酸载体(MPC)功能完好，丙酮酸羧化酶(PCX)活性也正常。真正的症结在于PDC这个将丙酮酸转化为乙酰辅酶A的"代谢闸门"出现故障，导致丙酮酸在胞质中堆积，被迫经乳酸脱氢酶A(LDHA)转化为乳酸。

令人意外的是，PDC失活并非既往认为的丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)过度磷酸化所致，而是缺乏关键辅因子硫胺素焦磷酸(TPP)。就像汽车发动机缺了火花塞，即使燃油充足也无法燃烧。研究显示，脓毒症小鼠血浆硫胺素水平显著降低，补充TPP能完全恢复PDC活性，使线粒体重新"点燃"丙酮酸氧化功能。

更精彩的是，团队发现了脓毒症细胞的代谢代偿机制——线粒体GPT2酶活性增强，像应急通道般通过两种途径缓解代谢危机：一方面将丙酮酸与谷氨酸转化为丙氨酸和α-酮戊二酸，消耗多余丙酮酸；另一方面促进谷氨酸驱动的TCA循环回补(anaplerosis)，维持能量供应。这种双轨制代偿虽不能完全解决问题，却是细胞在代谢危机中的智慧生存策略。

临床转化方面，研究取得双重突破：单次TPP注射即显著提高生存率，更突破性地解决了葡萄糖治疗禁忌——TPP预处理使葡萄糖不再转化为致命乳酸，反而通过增强氧化磷酸化成为救命能量。这种"TPP+葡萄糖"的协同疗法在动物模型中展现出40%生存提升，为临床脓毒症代谢管理提供全新方案。

关键技术方法包括：1) CLP诱导的脓毒症小鼠模型；2) 同位素标记的¹³C₃丙酮酸和¹³C₅谷氨酸示踪代谢组学；3) 分离肝线粒体Seahorse呼吸链分析；4) 蛋白质印迹和质谱检测代谢酶表达；5) 来自根特大学医院的脓毒症患者血浆样本分析。

主要研究结果：

线粒体丙酮酸代谢紊乱导致脓毒症高乳酸血症和死亡
CLP小鼠24h后出现典型"代谢三联征"：血糖<2mM、血乳酸>4mM、体温<30°C。¹³C示踪显示肝脏乳酸生成增加133%，而丙酮酸周转减慢，线粒体丙酮酸驱动耗氧率(OCR)下降60%。外源丙酮酸使CLP小鼠死亡率翻倍，证实代谢紊乱的直接致病性。

MPC功能正常但对生存至关重要
抑制剂UK5099使正常线粒体OCR降低85%，脓毒症小鼠死亡率增加3倍。但蛋白组学显示MPC1/2表达未改变，¹³C-丙酮酸摄取正常，排除载体功能障碍假说。

TCA循环和复合体I呼吸保持完整
谷氨酸/苹果酸驱动的OCR未受损伤，但丙酮酸衍生TCA中间体标记减少，提示存在替代底物分流。同位素分析显示谷氨酸贡献的α-酮戊二酸增加200%，揭示代谢代偿途径。

GPT2双重作用机制
GPT2 mRNA表达上调3倍，其产物丙氨酸的¹³C标记增加150%。抑制剂AOA不仅阻断谷氨酸的OCR提升效应，还加剧丙酮酸诱导的高乳酸血症，证明该通路是脓毒症代谢的"安全阀"。

TPP逆转PDC功能障碍
脓毒症肝脏PDC活性降低40%，但磷酸化水平未变。TPP补充使PDC活性完全恢复，丙酮酸耐受性实验显示乳酸生成减少70%。临床数据证实患者血浆TPP水平与SOFA评分呈负相关。

协同治疗突破临床困境
TPP使葡萄糖的降血糖效应延长2倍，同时阻止乳酸升高。在低血糖危象期，"TPP+葡萄糖"联合治疗较单用TPP进一步降低死亡率，实现代谢危象的闭环管理。

这项研究改写了脓毒症代谢紊乱的经典认知：1) 首次系统证实TPP缺乏而非PDK激活是PDC功能障碍主因；2) 揭示GPT2介导的代谢代偿新机制；3) 创建可立即转化的协同治疗方案。尤其重要的是，它解决了困扰ICU数十年的"葡萄糖悖论"——通过TPP将潜在毒药转化为救命良方。未来研究可探索GPT2激动剂开发、TPP给药方案优化，以及该策略在肺炎相关脓毒症中的适用性。正如研究者Claude Libert所述："这不仅是代谢机制的阐释，更为危重患者提供了安全、廉价的生存希望。"