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代谢在免疫细胞和基质细胞功能中的作用越来越受到重视。已知肿瘤细胞的代谢与健康细胞有显著不同。但对间质细胞，如内皮细胞、周细胞或成纤维细胞的代谢却知之甚少。近年来，代谢在血管内皮细胞(BEC)功能中调节的作用已被阐明。LECs存在于一种独特的环境中，可能是其代谢具有独特性的部分原因，因为淋巴管内皮持续暴露于淋巴液高水平的葡萄糖、蛋白质和脂肪酸中。此外，与血管系统的氧浓度为80-100 mmHg形成鲜明对比的是，LECs存在于的氧浓度相对较低(8-35
mmHg)的环境中。对淋巴管内皮的代谢研究最近才开始，淋巴管内皮细胞代谢对淋巴管发育、生长和功能的影响不应被低估，因为它在调节生理和病理性淋巴管生成方面均十分重要。脂肪酸β-氧化和三羧酸循环(TCA)：
脂肪酸(FA)通过FAO途径在线粒体中进行分解代谢，是淋巴管形成的关键代谢途径。这一过程中FAs分解为乙酰辅酶A(CoA)，CoA被转移到TCA循环中，释放NADH和FADH2，在OXPHOS (氧化磷酸化)过程中作为ATP产生的电子供体(图3A)。
FAO途径在内皮细胞中具有独特作用。与其他细胞类型不同，FAO与衰老底物一起维持TCA，产生谷氨酸和天冬氨酸前体，用于重新合成嘌呤和嘧啶脱氧核苷酸(dNTP) (图3A)。LECs中FAO具有明显优于BECs的优势，产生的碳参与dNTP合成代谢。与BECs相比，LECs表现出更高的FA摄取和氧化率的原因，是因为参与代谢物结合、运输和输入线粒体的蛋白表达升高，特别是肉碱棕榈酰基转移酶1 A (CPT1A)。CPT1A是FAO的限速酶，位于线粒体外膜，参与长链FAs的摄入，经β氧化转化为酰基肉碱(图3A)。PROX1可诱导LECs中CPT1A表达，FAO上调导致乙酰辅酶A增加。在P300催化组蛋白乙酰化的反应中，CoA作为供体底物(图3B)。LEC特异性基因H3K9乙酰化，包括FLT4，导致染色质去浓缩增强，促进PROX1进入这些位点。
PROX1利用FAO促进自身的转录活性，同时创造了一种对LEC分化和维持淋巴管特性至关重要的特定代谢状态。最近这种类型的调控被认为是“表观基因组-代谢组-表观基因组”信号级联。
尽管缺乏进一步研究PROX1介导的淋巴管代谢转录控制的机制，但对其他表达PROX1组织的研究表明，PROX1通过共抑制因子/共激活因子调节代谢基因的表达。PROX1是维甲酸相关孤儿受体α-和γ介导的反转录激活调节因子。这些证据再次支持了PROX1在代谢调节中的意义。
除PROX1外，LECs中的FAO代谢还与自噬过程相互交织。自噬是细胞内处理、降解和细胞成分循环的主要溶酶体途径，是快速循环代谢产物的途径，可用于生物合成和/或能量生产目的。FAs以三酰基甘油(TAG)的形式储存在脂滴中，它们通过自噬(脂噬)降解，将FAs提供给线粒体(图3A)。近期研究表明，脂噬通过降解LECs中的脂滴来促进线粒体FAO，从而维持乙酰辅酶A水平，以维持CPT1A的表达和H3K9的乙酰化，从而导致PROX1-靶基因的表观遗传调控。相反，LEC自噬缺失会损害VEGFR-3的表达并影响线粒体动力学。这些发现突出了脂噬在淋巴管内皮的FAO和TCA循环中的作用，是维持PROX1-VEGFR3反馈回路、代谢稳态和淋巴识别所必需的(图3A)。
除了协助组蛋白乙酰化外，FA衍生的CoA对于LEC增殖、迁移和发芽是必不可少的，其维持TCA循环(及其他衰老底物)并促进dNTP合成。这使得FAO成为控制淋巴管生成的主要代谢途径，也可能解释了为什么VEGF-C/VEGFR-3增加了FAO通量以促进组织的淋巴管生成。脂肪酸的合成对淋巴管生成也至关重要。这种合成途径涉及从乙酰辅酶A生成FAs，在乙酰辅酶A羧化酶的催化下，首先羧化生成丙二酰辅酶A。经过丙二酰辅酶A的缩合和还原，棕榈酸盐由脂肪酸合成限速酶脂肪酸合酶(FASN)催化生成(图3A)。因此，LECs通过脂肪酸合成途径从乙酰-CoA合成脂肪酸，这一过程对细胞的增殖和迁移至关重要，可能通过提供细胞膜成分和信号分子来支持淋巴管生成。FAO是乙酰辅酶A的重要来源，但不是唯一来源，它的另一个主要来源是酮体。酮体是肝细胞产生的富含能量的代谢物，在肝外氧化时产生两个分子的乙酰辅酶A。LECs接触到酮体，通过KBO将其氧化为乙酰辅酶A(图3A)。LECs能够利用酮体作为能量来源，通过KBO产生Acetyl-CoA，维持TCA循环和核苷酸合成，对淋巴管生成至关重要。
血管生成和淋巴管生成都涉及内皮细胞的增殖、迁移和发芽，这些都是能量依赖的过程。与BECs和LECs增殖时FAO速率存在显著差异相反，两种细胞都具有高度糖酵解，在增殖和迁移过程中依赖于这一代谢途径产生ATP。但FAO只通过biomass参与增殖，而不是通过产生ATP。这一现象显示，增殖(需糖酵解和FAO)和迁移(需糖酵解而非FAO)的两种主要活动具有不同的代谢需求。
为了维持增殖和迁移，LECs依赖厌氧糖酵解作为其主要能量来源，产生的能量超过70%的总ATP。这与淋巴液在氧气浓度相对较低的环境中有关。与每mol葡萄糖产生32个ATP分子相比，厌氧糖酵解在葡萄糖转化为乳酸过程中每摩尔葡萄糖净产生2mol ATP。尽管效率明显低下，但这种能量环境被证明相当有利。首先，维持足够高的糖酵解通量可以快速产生大量ATP，使LECs在淋巴管生成过程中快速响应增加的能量需求。如果糖酵解量足够高，其产生的ATP量甚至可能超过OXPHOS。其次，与在癌细胞中一样，糖酵解量升高可能有助于维持中间代谢产物的完整。有利于代谢通量向PPP和其他从糖酵解中分离出来的非线粒体生物合成途径的重新传导，包括脂质、丝氨酸、核苷酸和氨基酸的合成(图3A)。第三，依赖厌氧糖酵解不仅降低ROS的生成，还允许PPP产生还原能力，从而确保氧化还原稳态的维持。因此，尽管厌氧糖酵解在ATP生产方面似乎是一个低效途径，但它可为LECs提供许多生物能量、生物合成和氧化还原调节。FGF/FGFR信号通路通过激活c-MYC转录因子促进糖酵解，进而诱导第一个糖酵解限速酶己糖激酶-2(HK2)的表达(图3A)。因此，在没有FGF信号通路的情况下，HK2水平降低会导致糖酵解水平减少，并导致内皮细胞的增殖和迁移受损。这种现象在胚胎发育和成人组织淋巴管生成过程中都有描述。但沉默HK2对淋巴管生成的影响可能并不完全与ATP的生成相关，因为该酶调节与糖酵解相关的其他代谢途径，包括糖基化和PPP。如果FGF/FGFR轴被阻断，糖酵解量减少，FAO将通过诱导CPT1A表达作为一种代偿机制而增加。在机制上，这种代谢活性是由ERK信号通路介导的，因为FGFR阻断通过激活核受体PPAR-α致CPT1A表达增加(图3A,B)。从功能角度来看，糖酵解和FAO间平衡的破坏无疑会影响能量生产及细胞增殖和迁移。鉴于FGF/FGFR信号轴是主要的淋巴管生成诱导因子之一，针对这一复合物的策略目前正在开发中。由于FAO的补偿性上调，如果针对FGFR的方法同时也可针对FAO，那么就可能会更成功。最近在LECs中发现了新的糖酵解介质。如丙酮酸激酶M2(PKM2)，它催化糖酵解的最后一步和不可逆步骤，生成丙酮酸和ATP (图3A)，控制LEC的增殖、迁移、管的形成和侵袭。脂肪酸转运体CD36已成为肠道淋巴管中FAO和糖酵解的双重调节因子。VEGF-C介导的VEGFR-2/AKT信号通路的减少会影响LEC迁移、管腔形成和单层完整性。在体内，LECs中CD36缺失会导致肠淋巴管渗漏、炎性内脏脂肪组织积累和自发性迟发性肥胖。因此，与PROX1- VEGFR-3调控类似，FAO-VEGFR-2/AKT连接突出了分子和代谢这两个调控水平之间的另一种相互作用，进一步证明了LEC调控网络的复杂性。一项代谢组学研究描述了在体外诱导乳腺癌细胞LEC代谢重编程。与乳腺癌细胞共培养的LECs中共发现了12种代谢途径发生显著变化，包括糖酵解和丙酮酸代谢富集。虽然观察到对糖酵解依赖性增加，但ROS水平降低，表明LECs可能增加其抗氧化水平作为维持氧化还原稳态的一种机制。乳酸水平显著升高与乳酸代谢上调相关，这与较高的糖酵解速率相一致。这项开创性的研究揭示了癌细胞在体外重新编程淋巴管内皮代谢的能力，并表明LECs在体内癌症进展过程中经历了代谢重编程。PROX1-VEGFR-3正反馈回路决定了来自静脉前体的LEC的数量和LEC命运的维持。这一调节过程可能由电子传递链(ETC)的复合物III所控制。在线粒体呼吸过程中，TCA循环中产生的NADH和FADH2向ETC提供了电子，这种电子流最终产生了ATP产生所需的膜电位(图3A)。事实上，在LECs的分化过程中，线粒体复合体III的QPC亚基的缺失会导致小鼠在妊娠中期缺乏淋巴管系统。这种表型是由于关键的LEC命运调控因子，特别是Flt4的启动子区域的H3K4Me3和H3K27ac的减少, 将导致VEGFR-3表达的减少，从而干扰关键的PROX1-VEGFR-3反馈回路，并导致淋巴管前体数量的减少。同时，这种表型可以通过其他参与淋巴管发育调控的元素来增强，如CPT1A17。综上所述，LECs需要线粒体复合物III来正确维持PROX1-VEGFR-3的自动调节反馈回路，从而实现LEC的命运规范和维持。
Diebold等人研究表明，通过降低NAD+ /NADH比值抑制线粒体复合物III可降低EC增殖，但不能减少迁移。氨基酸代谢对多种细胞类型的能量稳态是重要的。然而，大多数研究都集中在BECs上，而显示LECs中氨基酸代谢意义的报道仍然很少。关于氨基酸在LECs中的作用的研究之一来自Clement和他的同事，他们将色氨酸分解代谢与LECs的免疫图谱联系起来。LECs可能使用3-羟基犬尿氨酸(3-HKA)发挥抗炎作用，从而减少促炎趋化因子和细胞因子的释放(图3C)。胱硫氨酸β合成酶(CBS)抑制也导致了VEGFR-2和VEGFR-3表达降低，表明它可以作为一个新的治疗靶点(图3C)。尽管人们普遍认为淋巴管功能在多个水平上受到严格调控，但还需要进一步努力来更好地描述分子角色是如何与代谢网络相互交织的。同时，尽管LECs和BECs之间有一些相似之处，但这两种细胞类型存在于不同的环境中，通常具有不同的调节和代谢网络。因此，与血管系统相关的发现不应在没有进一步研究的情况下外推到淋巴内皮，尽管它们可能为指导淋巴管生成研究提供线索。A. 中心代谢。淋巴管内皮的代谢主要由脂肪酸(FA)代谢(黄色)和三羧基循环(TCA)、酮体氧化(KBO)(粉红色)和葡萄糖代谢(绿色)驱动。FAs通过CD36从淋巴液中合并，并通过CPT1A运输到线粒体。FAO产生的乙酰辅酶A进入TCA被氧化。乙酰辅酶A也可以转向脂肪酸合成。FAs可以三酰基甘油(TAG)的形式储存在脂滴中，并通过脂噬释放。在TCA中获得的草乙酸与谷氨酸一起，产生天冬氨酸(Asp)，这有助于dNTP的合成。在KBO途径中，肝细胞产生的β-羟基丁酸盐(β-OHB)可以被LECs结合，在BDH1和OXCT1酶催化的连续反应中生成乙酰乙酰辅酶A。在线粒体中，乙酰乙酰辅酶A转化为乙酰辅酶A，进入TCA。通过产生乙酰辅酶A，FAO和KBO支持TCA循环，从而通过氧化磷酸化(OXPHOS)促进dNTP合成和ATP产生。乙酰辅酶A也可以通过SLC25A1转运体转运到细胞质中，然后进入细胞核。此外，FA合成过程中产生的丙二酰辅酶A在被丙二酰辅酶A脱羧酶(MCD)脱羧后，以乙酰辅酶A的形式导入细胞核。线粒体呼吸链的复合物III调节PROX1-VEGFR-3反馈回路。LECs的另一个重要的代谢途径是糖酵解。LECs从淋巴液中吸收葡萄糖(Glc)，并表现出较高的糖酵解速率，有助于ATP的产生、氨基酸合成和磷酸戊糖途径(PPP)。在与FGFR-1/3相互作用后，FGF-2通过c-MYC转录因子上调己糖激酶-2(HK2;糖酵解的限速酶)。B. 淋巴管代谢的转录调控。通过p300底物，FAO产生的乙酰辅酶A与PROX1结合，促进淋巴管基因的表达(VEGFR-3、PROX1和CPT1A)。在FGF/FGFR轴阻断后，ERK信号通路的损伤通过激活核受体PPAR-α触发CPT1A表达增加，最终促进CPT1A转录，作为一种代偿机制刺激FAO。C. 氨基酸代谢。色氨酸(Trp)代谢通过内氨酰胺2,3-双加氧酶(IDO1)将色氨酸转化为L-基维氨酸。L-烷基烯酸可转化为3-羟基L-烷基烯酸，最终生成喹啉酸(经典途径)，或生成生物胺3-羟基L-炔基烯胺(3-HKA)。3-HKA通过激活树突状细胞(DC)内的促炎通路来发挥抗炎作用。胱氨酸-β-合酶(CBS)通过诱导VEGFR-2/−3和氨基酸转硫酰化过程中硫化氢产生来调节淋巴管功能。这一过程涉及从蛋氨酸(Met)衍生的同型半胱氨酸、半胱氨酸(Cys)和丝氨酸(Ser)中生成半胱氨酸、硫化氢和水。胱氨酸的进一步代谢形成半胱氨酸(Cys)和谷氨酸(Glu)。![]()
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