细胞代谢与动脉粥样硬化的慢性炎症过程之间存在密切联系，同时，全身代谢与动脉粥样硬化之间也存在着紧密联系，但对动脉壁代谢改变的影响有待进一步探索。目前，丙酮酸脱氢酶激酶（PDK）依赖性丙酮酸脱氢酶（PDH）抑制已被确定为调节炎症的主要代谢步骤。

对此，作者采用生信分析+实验验证，探索了PDK/PDH轴是否在血管炎症和动脉粥样硬化性心血管疾病中发挥作用。最终发现，抑制PDK/PDH轴可以抑制血管炎症和动脉粥样硬化的发生，为动脉粥样硬化的治疗提供新思路。文章发表在Cardiovascular Research（10.8分）杂志上。

一、研究内容与思路

1、动脉粥样硬化斑块脆弱性和PDK1和PDK4同工酶的表达有关

对颈动脉疾病患者的颈动脉内膜切除术标本进行单细胞测序分析发现，PDK1和PDK4转录水平与促炎基因、斑块不稳定基因水平有关，且与斑块脆弱性指数呈正相关；而PDK2和PDK3转录水平则与抗炎和斑块稳定基因水平有关。

进一步，作者通过公共数据库进行分析，颈动脉斑块成像项目（CPIP）生物库用以检查PDK同工酶水平和进行患者生存分析，卡罗林斯卡内膜切除术（BiKE）生物库用以评估PDK蛋白亚型与未患病组织是否存在差异。

结果发现，PDK1高表达患者心血管疾病的生存率较低；相比于未患病组织，PDK1在粥样斑块中表达显著增加。但在BiKE数据库未鉴定出PDK4蛋白在粥样斑块中表达程度。

之前研究已表明，PDK过表达促进PDH磷酸化，通过TCA循环限制丙酮酸代谢。对此，作者发现pSer232-PDH（PDK1磷酸化位点）增加，但pSer293-PDH（PDK磷酸化位点）无明显变化。进一步，作者采用公开数据集分析鉴定了人斑块细胞内PDK同工酶的表达模式，发现在某些斑块中，PDK4表达增加最多。

研究思路：首先，根据文献确定研究主角PDK/PDH与动脉粥样硬化的联系。采用测序和公共数据库评估PDK家族与动脉粥样硬化之间的联系，明确PDK在动脉粥样硬化中表达显著增加。

2、PDK抑制剂DCA抑制血管炎症和动脉粥样硬化

作者给予小鼠高脂饮食来构建动脉粥样硬化模型，给予PDK抑制剂DCA后发现小鼠主动脉弓的病变面积减少了60%，主动脉根部的病变面积减小了47%，且血浆胆固醇与肝脏胆固醇水平降低，但甘油三酯水平降低程度较小。此外，相比于对照小鼠，DCA处理的小鼠斑块脆弱性指标显著性降低，血管炎症减少，总胶原蛋白水平及αSMA细胞含量增加。

综上所述，抑制PDK/PDH轴能够促进减少动脉粥样硬化和抑制血管炎症。

研究思路：构建动物实验来探索PDK与动脉粥样硬化之间的联系，给予PDK抑制剂DCA后发现动脉粥样硬化相关指标均显著降低，验证了数据库所得结果。进一步探索PDK抑制后炎症表现，发现小鼠炎症指标均显著降低，明确了PDK抑制后对小鼠动脉粥样硬化及血管炎症均存在效果。

3、DCA治疗改变了主动脉和脾脏的免疫系统

作者探索DCA抑制PDK后是否会影响免疫系统，结果发现，相比于对照组，DCA治疗组小鼠M2型巨噬细胞增加，NLRP3炎症小体依赖性细胞因子Il1b和Il18。此外，IL-1β和caspase 1表达也减少，表明PDK抑制后，血管壁中NLRP3炎症小体激活受阻。

在小鼠脾脏中发现抗炎的免疫细胞如Treg、Th2和M2巨噬细胞表达增加，而促炎免疫细胞如Th17、Th1和M1巨噬细胞表达减少。

研究思路：既然DCA可以抑制血管炎症，那是否可以抑制炎症标志物炎症小体？此外，炎症常与免疫系统息息相关，那PDK抑制与免疫系统中的细胞存在着什么调节作用呢？

4、PDH活性影响巨噬细胞分泌琥珀酸和释放IL-1β

DCA抑制PDK，导致PDH无法被磷酸化；而研究者观察到DCA治疗组小鼠的PDH活性增加。代谢组学分析显示，DCA治疗降低了小鼠主动脉中乳酸和甜菜碱的表达，但降低最显著的是琥珀酸。进一步实验发现，小鼠琥珀酸盐水平与主动脉弓中的斑块面积显著相关。

作者采用小鼠巨噬细胞探索抑制PDK或刺激PDH后琥珀酸表达程度，发现LPS刺激增加琥珀酸表达，但DCA抑制这一产生；进一步发现琥珀酸脱氢酶（SDH）在LPS刺激下受到抑制，而DCA可以激活SDH。除此之外，作者还发现DCA可以增加巨噬细胞中SDH活性激活剂Sirt3的表达。

结合动物结果，作者分析了DCA治疗后巨噬细胞中炎症小体及IL-1β的表达情况，发现caspase 1和IL-1β表达减少。

研究思路：在整个免疫系统中，PDK抑制对于巨噬细胞的效果最为明显，对此，作者开展体外研究探索在小鼠巨噬细胞中，PDK抑制后是否能出现与动物实验一致的结果。除此之外，作者还进行了代谢组学分析，发现琥珀酸盐的异常表达后探索琥珀酸盐与PDK抑制的关系并进行验证。

5、DCA损害巨噬细胞中琥珀酸盐介导的GPR91信号传导和NLRP3炎症小体激活

研究表明，琥珀酸盐通过稳定HIF-1α来调节IL-1β。此外，琥珀酸盐通过GPR91与Toll样受体协同作用来增强免疫反应。对此，作者发现外源性添加琥珀酸钠显著增加了IL-1β，并抵消了DCA介导的IL-1β分泌抑制。抑制GPR91表达后，发现琥珀酸盐驱动IL-1β表达效应被抑制。

重要的是，琥珀酸钠对NLRP3炎症小体的影响在GPR91抑制小鼠的巨噬细胞中被消除，表明DCA抑制巨噬细胞中琥珀酸盐介导的两大作用途径及NLRP3。

研究思路：PDK可以抑制琥珀酸盐引起的炎症反应，那PDK是怎么抑制的呢？有待进一步探索。

二、小结   

首先，建立在文献研究基础上，研究者发现了研究的空白处：PDK/PDH轴与动脉粥样硬化的关系，采用单细胞测序及公共数据库分析明确二者的联系，开展体内体外实验来对数据库及测序结果进行验证并逐渐明确作用途径。

好的选题加上常规但精密的实验验证，最终表明PDK/PDH轴与人类血管炎症和动脉粥样硬化相关，DCA靶向PDK/PDH轴可以抑制血管炎症和动脉粥样硬化的发生，为心血管治疗带来了新思路。

参考文献：

[1] Forteza, Maria J et al. “Pyruvate dehydrogenase kinase regulates vascular inflammation in atherosclerosis and increases cardiovascular risk.” Cardiovascular research vol. 119,7 (2023): 1524-1536. doi:10.1093/cvr/cvad038