糖酵解基因PGK1/ENO1通过HIF-1通路影响瘢痕疙瘩过度增生的作用机理

Keloid is a fibrotic skin disease with tumor characteristics. Tumor cells enjoyed high glycolysis and low oxidative phosphorylation, which is called Warburg effect. Glycolytic enzymes, phosphoglycerate kinase 1 (PGK1) and enolase 1 (ENO1) were reported to play key roles on bioenergetic metabolism and cell function. Our preliminary studies suggested that keloid fibroblasts (KFb) appeared mitochondrial dysfunction, energy metabolism phenotype analogous to Warburg effect and the highly expressions of PGK1 and ENO1. For exploring the pathogenesis of hyperplasia, to investigate the bioenergetic metabolism in keloid fibroblasts. We aimed: under normoxia and hypoxia, to study the effects of PGK1 and ENO1 on energy metabolism (glycolysis, mitochondrial aerobic metabolism) and cell function in KFb cells; to observe the changes of energy metabolic phenotype, cell function and the activities of PI3K / HIF-1α pathways after blocking of PGK1/ ENO1or PI3K/HIF-1α signaling pathways or glycolysis pathway respectively in KFb cells. It is may helpful to explore the new methods for improving cell function through changing metabolic phenotype in KFb cells.

瘢痕疙瘩是有某些肿瘤特性的皮肤纤维化疾病。肿瘤细胞存在高糖酵解和低氧化磷酸化的瓦伯格效应，多篇文章报道参与糖酵解的磷酸甘油酸激酶1（PGK1）、烯醇酶1（ENO1）对肿瘤细胞的糖酵解及细胞功能有重要调控作用。我们前期研究提示瘢痕疙瘩成纤维细胞(KFb)可能存在线粒体功能障碍、类似瓦伯格效应的能量代谢表型，PGK1、ENO1高表达。为揭示能量代谢影响KFb过度增生的机理，本项目拟在常氧和低氧条件下，观察比较KFb和NFb的能量代谢表型(糖酵解、线粒体有氧代谢)和细胞功能的差异，探寻能量代谢异常对细胞功能的影响；分别敲减KFb的PGK1和ENO1基因表达、阻断PI3K和HIF-1α信号通路或糖酵解通路，观察能量代谢表型、细胞功能及信号通路的变化，分析PGK1、ENO1对能量代谢和细胞功能的作用、通路及机理；旨在探索改变KFb代谢模式逆转其细胞功能的可行性，从而发现新的治疗方法。

瘢痕疙瘩是一个具有某些肿瘤性质的皮肤纤维化疾病。为了揭示能量代谢影响瘢痕疙瘩成纤维细胞（KFb）过度增生的机理，探寻KFb的糖代谢表型及其对细胞功能的影响，本项目按照预定计划进行研究。. 本项目观察了常氧和低氧环境中瘢痕疙瘩成纤维细胞和正常皮肤成纤维细胞（NFb）细胞的糖代谢（糖酵解、线粒体有氧呼吸）表型及其细胞功能（增殖、迁移、侵袭、凋亡、自噬、胶原蛋白合成）和线粒体超微结构的差异，证明KFb细胞发生糖代谢重编程，存在瓦伯格效应（即有氧糖酵解）并影响细胞功能。瘢痕疙瘩成纤维细胞的线粒体超微结构异常、功能障碍，可能是其代谢重编程为有氧糖酵解模式的原因。实验发现在瘢痕疙瘩组织及其成纤维细胞中糖酵解酶PGK1、ENO1高表达，PI3K/AKT/HIF-1α通路活性增高，通过敲减KFb细胞的PGK1和ENO1的基因表达，使用PI3K/AKT抑制剂LY294002、HIF1α抑制剂LW6或 YC-1抑制PI3K/AKT/HIF-1α通路，采用糖酵解抑制剂2-DG的方法抑制糖酵解观察细胞功能变化，揭示出KFb细胞有氧糖酵解的糖代谢模式影响细胞增殖、迁移、侵袭、ROS、自噬等功能的作用机制；抑制KFb糖酵解改变细胞糖代谢模式从而改善了细胞功能。本项目掌握了瘢痕疙瘩成纤维细胞在常氧和低氧病理微环境下的糖代谢表型及其对细胞功能作用的机理，揭示其糖代谢重编程为有氧糖酵解的原因，证明了糖酵解酶PGK1、ENO1和糖酵解及其重要调控信号通路对细胞功能的重要作用。这提示我们糖代谢在维持细胞正常功能中的关键作用，从糖酵解着手改变细胞功能的有效性和可行性。上述研究结果揭示了糖代谢表型引起细胞功能改变进而促进瘢痕疙瘩过度增生的发病机理，对于其他纤维化疾病的病理机理的阐明也有重要的意义；揭示瘢痕疙瘩可能存在的新的治疗靶点，推动新的治疗方法和治疗策略应用于临床，有潜在的应用价值和前景。