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这篇综述聚焦丙酮酸激酶肝脏 / 红细胞基因（PKLR）在肝脏疾病中的作用。PKLR 调节肝脏糖脂代谢，与代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）和肝细胞癌（HCC）发病紧密相连。文中探讨其调控机制、影响，以及针对它开发的治疗策略，极具科研与临床参考价值。
丙酮酸激酶肝脏 / 红细胞基因（PKLR）：肝脏稳态的关键靶点
在肝脏的新陈代谢舞台上，丙酮酸激酶（PK）是一位不可或缺的 “主角”，它精准地调控着糖酵解的最后一步，就像一位严格把关的 “指挥官”，催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和二磷酸腺苷（ADP）转化为丙酮酸和三磷酸腺苷（ATP），为细胞的生命活动提供能量 “燃料”。而丙酮酸激酶肝脏 / 红细胞基因（PKLR）则是编码 PK 的关键基因，它在肝脏和红细胞中发挥着重要作用。
PKLR 基因十分独特，它能编码两种同工酶：红细胞特异性的 PKR，以及主要在肝脏（在肾脏也有少量表达）发挥功能的 PKL。这种组织特异性表达，使得对 PKLR 的调节对其他组织的影响较小，就像是一把精准的 “手术刀”，可以更安全地用于治疗肝脏相关疾病。PK 是由四个相同的原聚体单位组成的四聚体，每个单位都有自己的 “小任务”：ADP 结合的活性位点、结合果糖 - 1,6 - 二磷酸（FBP）的结合口袋，还有一个能根据各种代谢信号调节酶活性的别构位点，它们相互协作，共同维持着丙酮酸激酶的正常功能。
在血糖的 “平衡木” 上，胰岛素和胰高血糖素通过对 PKLR 表达的调节发挥着重要作用。当血糖升高时，胰岛素这位 “调解员” 间接促进肝脏中 PKLR 的表达，加速葡萄糖的利用和糖酵解，将多余的葡萄糖转化为能量储存起来；而在空腹状态下，胰高血糖素则 “登场”，下调 PKLR 的表达，促进糖异生，维持血糖稳定。这种动态调节机制确保肝脏能在合成代谢和分解代谢状态之间灵活切换，就像一个智能的 “能量调节站”，使血糖水平保持稳定。体内临床前研究还发现，Pklr 基因的变化会影响肝脏线粒体呼吸，进而导致胰岛素抵抗、脂肪变性和血浆胆固醇水平改变，这进一步凸显了它在维持肝脏正常代谢中的关键地位。
PKLR 的调控与葡萄糖代谢
PKLR 的生理调控主要由转录因子碳水化合物反应元件结合蛋白（ChREBP）来 “掌控”。ChREBP 就像一个 “信号接收器”，能被葡萄糖代谢产物激活，然后招募 c - Myc 和肝细胞核因子 4α（HNF4α）等其他因子，共同作用于 PKLR 的启动子区域，确保多余的葡萄糖能高效地转化为丙酮酸，用于脂质合成或能量生产，维持肝脏的 ATP 平衡。
当高碳水化合物饮食 “来袭” 时，ChREBP 会积极响应，驱动 PKLR 的表达。但如果 ChREBP 和 PKLR 的调控出现异常，就像 “信号通路” 出现了故障，会导致代谢紊乱，引发 2 型糖尿病和代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）等疾病，因为它们的异常会促进肝脏过度产生葡萄糖和进行脂肪生成。而细胞周期蛋白 D1（Cyclin D1）则像是一个 “刹车器”，通过抑制 ChREBP 和脂肪生成相关基因（如 PKLR）的表达，减弱肝脏的脂肪生成和糖异生过程，成为治疗 MASLD 的一个有潜力的靶点。
在研究中还发现，葡萄糖激酶激活剂（GKAs）和二甲双胍这两种药物对 PKLR 的调节有着相反的效果。GKAs 增强葡萄糖激酶活性后，会使细胞内的葡萄糖代谢产物（如葡萄糖 - 6 - 磷酸（G6P）和果糖 - 2,6 - 二磷酸）增多，这些代谢产物通过招募 ChREBP 和 Mlx 到 PKLR 启动子区域，诱导 PKLR 的表达。虽然在低葡萄糖水平下，这种诱导能增强细胞对葡萄糖的反应，但同时也可能因为过度表达 PKLR 而破坏血糖平衡。相反，二甲双胍则通过降低 G6P 和果糖 - 2,6 - 二磷酸的水平，独立于胰岛素信号通路抑制 PKLR 的诱导，在高血糖条件下展现出调节 PKLR 表达的治疗潜力。这些复杂的相互作用表明，ChREBP、PKLR 和葡萄糖代谢之间存在着紧密而微妙的联系，还有许多未知等待我们去探索。
PKLR 驱动 MASLD 的进展
基于系统生物学的研究发现，PKLR 可不是 “单打独斗”，它与编码甲状腺激素反应蛋白（Thrsp）和脂肪酸合酶（Fasn，脂肪酸从头合成（DNL）过程中的关键酶）的基因共同表达。特别是在肝细胞癌（HCC）患者中，PKLR 更是被确定为肝脏甘油三酯（TG）积累和肿瘤生长的关键驱动基因，直接参与肝脏脂质代谢和线粒体功能的调控。PKLR 能显著调节线粒体丙酮酸通量，影响其进入柠檬酸的过程，进而影响 DNL，同时还会导致线粒体功能障碍和适应不良。
在 MASLD 和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）的小鼠模型中，有趣的性别差异出现了：雄性小鼠的 PKLR 表达明显高于雌性小鼠，而且 PKLR 的表达与严重的肝脏脂肪变性状况呈正相关。这一现象在现实中也有所体现，MASLD 和 MASH 在男性中的发病率更高，肝脏脂肪变性和纤维化也更严重。当雄性小鼠体内的 PKLR 过表达时，肝脏质量和 TG 水平会增加，通过更高的线粒体呼吸进一步加剧肝脏脂肪变性，同时还会影响许多加速 MASLD 进展的肝脏基因，包括糖酵解和胆固醇生物合成相关基因。
而当对 PKLR 进行抑制时，情况则大不相同。在小鼠实验中，给喂食高脂肪 / 高蔗糖饮食（HFD/HSD）的小鼠敲低 Pklr 基因，会使肝脏 / 脂肪组织质量比、肝脏 TG 和总胆固醇水平降低，血浆胰岛素水平下降，与 DNL 相关的基因表达减少，同时胰岛素敏感性增强。这一系列变化表明，抑制 PKLR 能有效改变线粒体功能，减轻 MASLD 相关症状。在雄性全身 Pklr 基因敲除（KO）小鼠中也观察到了类似的保护作用，KO 小鼠能抑制肝脏 DNL 和 TG 积累，还会影响肝外组织的代谢，如白色脂肪、肌肉和心脏。这些研究充分说明，PKLR 在 MASLD 的发生发展中起着关键作用，是治疗 MASLD，尤其是男性患者的一个极具潜力的治疗靶点。
PKLR 表达促进 TG 积累
在肝脏疾病的发展进程中，PKLR 在多个关键机制中都扮演着重要角色，包括脂质代谢、线粒体功能和细胞能量平衡。在 HepG2 细胞中抑制 PKLR，就像给细胞的代谢 “踩了刹车”，会导致葡萄糖摄取减少和线粒体活性降低，这对解决 MASLD 和 HCC 中关键的代谢紊乱问题（如异常的 TG 水平）具有重要意义。同时，这种抑制还会影响参与脂质代谢、细胞周期调控和癌症相关通路的基因表达。
PKLR 与 DNL 和细胞内 TG 水平的调节密切相关，研究发现 PKLR 与 FASN 的表达呈正相关。抑制 PKLR 会导致 FASN 表达下降，TG 积累减少，这进一步证实了 PKLR 在肝脏细胞脂质积累中的重要作用。同样，使用 FASN 的抑制剂 C75 抑制 FASN，会降低人肝细胞中 PKLR 的表达，同时还会影响其他参与脂质代谢的肝脏特异性基因。在 AML12 肝脏细胞中沉默 PKLR，会显著降低线粒体葡萄糖氧化，使丙氨酸、柠檬酸等三羧酸（TCA）循环中间产物水平下降。这些研究结果都表明，PKLR 是肝脏细胞脂质积累和线粒体能量代谢的关键调节因子，是治疗 MASLD 和 HCC 的重要靶点，它在基因调控网络中处于核心地位，对维持肝脏正常代谢起着至关重要的作用。
PKLR 在肝癌中的关键作用
越来越多的证据表明，PKLR 与肝癌之间有着千丝万缕的联系。在 HCC 中，PKLR 促进了沃伯格效应（Warburg effect），而它又受到盐皮质激素受体（MR）的调控，MR 就像是一个 “肿瘤抑制卫士”，在 81% 的 HCC 患者中，MR 的表达显著降低，并且与预后不良相关。因此，恢复 MR 的功能，通过靶向 PKLR 有望抑制 HCC 的进展。
通过蛋白质组学分析对比 HCC 和肝内胆管癌（ICC），发现与 PKLR 相关的代谢途径在 HCC 中更为突出，这一代谢特征不仅有助于开发更精确的诊断工具和靶向治疗方法，还可能成为肝癌的生物标志物，用于区分 HCC 和 ICC。此外，通过基因网络分析，PKLR 被确定为 ICC 的关键基因之一，通过连接图谱预测，酪氨酸激酶抑制剂和小分子可能是针对这些基因的潜在治疗药物。
PKLR 还会影响 HCC 的肿瘤微环境。当肝细胞中的果糖 - 1,6 - 二磷酸酶 1（FBP1）缺失时，会导致细胞分泌的细胞外囊泡（EVs）中 PKLR 含量不足，进而抑制肿瘤微环境中自然杀伤（NK）细胞的活性，促进肿瘤的发生。因此，恢复 EVs 中 PKLR 的水平，有可能增强 NK 细胞的功能，抑制肝癌的进展。对于那些高度依赖糖酵解（如表现出沃伯格效应或对索拉非尼等治疗耐药）的原发性肝癌患者，抑制 PKLR 可能会有较好的治疗效果，因为这可以破坏肿瘤的代谢，削弱其免疫逃逸机制。但由于正常增殖细胞和癌细胞的代谢特征存在重叠，以及癌症类型和亚型之间的代谢多样性、个体肿瘤内部的异质性，使得基于代谢的治疗策略面临着巨大的挑战。
调节 PKLR 的治疗药物
鉴于靶向 PKLR 在治疗 MASLD 和 HCC 方面的巨大潜力，开发 PKLR 抑制剂成为了一个充满希望的研究方向。通过计算机辅助药物重新定位，已经发现了一些潜在的 PKLR 抑制剂。例如，BX - 912（一种 3 - 磷酸肌醇依赖性蛋白激酶 1 的选择性抑制剂）和 JNK - IN - 5A（一种 c - Jun N 末端激酶（JNK）抑制剂），在处理诱导脂肪变性的 HepG2 细胞 1 周后，能显著降低 PKLR 和 FASN 的 mRNA 和蛋白质表达，同时使 TG 水平明显下降。在体内实验中，这两种候选药物，尤其是 JNK - IN - 5A，能有效改善喂食高蔗糖饮食（HSD）大鼠的脂肪变性，且没有明显的副作用，还能降低氧化 DNA 损伤的生物标志物 8 - 羟基脱氧鸟苷（8 - OH - dG）的表达，减轻线粒体 DNA 的氧化应激。
在体外模拟 MASLD 进展过程中，胰岛素和肝 X 受体（LXR）配体 T0901317 被用作 DNL 激活的模型。使用 JNK - IN - 5A 处理后，肝脏 TG 积累水平显著降低，关键的脂肪生成蛋白（如 FASN、乙酰辅酶 A 羧化酶 α（ACACA）和固醇调节元件结合蛋白 - 1c（SREBP - 1c））的表达也受到抑制。同样，使用美国食品药品监督管理局（FDA）批准的 FASN 抑制剂 C75 处理，也能大幅降低 TG 水平，显著减少 DNL 相关蛋白的表达。
近年来，研究人员致力于开发调节 PKL 活性的小分子化合物，包括抑制剂、激活剂和别构调节剂。这些化合物各具特色，为治疗代谢性肝脏疾病提供了更多的选择。
- ADP 竞争性抑制剂：PKL 的活性位点能结合 ADP 产生 ATP，研究人员发现了首个 ADP 竞争性 PKL 抑制剂，并通过建模和结构生物学优化了一种基于蒽醌的 PKL 特异性化合物。通过对 47 种新型合成衍生物的结构 - 活性关系（SAR）分析，确定了一些半最大抑制浓度（IC50）值约为 200 nM 的 PKL 抑制剂，其中化合物 28 和 42 的 IC50值分别为 115 nM 和 0.16 μM。这些化合物为治疗代谢紊乱（如 MASLD）提供了新的途径。
- JNK 介导的 PKL 抑制：靶向 JNK 途径来抑制 PKL 是另一种策略。基于 JNK - 5A 抑制 PKLR 表达的研究成果，开发了一系列 JNK - 5A 类似物。这些化合物在 HepG2 细胞中表现出不同的效果，如 SET - 151 和 SET - 152 能有效降低 TG 水平且毒性较低，具有治疗 MASLD 的潜力；SET - 171 则显示出强大的抗癌特性，是治疗 HCC 的有价值候选药物。体内研究也表明，一些 JNK 衍生的 PKLR 调节化合物在治疗 HCC 方面比多靶点激酶抑制剂索拉非尼和瑞戈非尼更有效，能诱导细胞周期停滞、促进自噬和凋亡，减少癌症的侵袭性。
- PKL 的共价激活剂：开发了一类苯并 [d] 异噻唑 - 1,1 - 二氧化物衍生物作为 PKL 的共价激活剂，它们专门针对赖氨酸残基 K282 进行修饰。通过质谱、诱变和分子建模等方法确定 K282 是关键的催化位点。其中化合物 10 表现出良好的激活效果，其半数有效浓度（EC50）为 0.29 μM，在 1 μM 时最大增强倍数为 220%。对其进行结构修饰后得到的化合物 12 和 13 也能激活 PKL，这表明这类化合物中芳香环上的取代基对激活 PKL 起着重要作用。
- PKL 的别构调节：别构调节剂可以在不影响天然配体与活性位点结合的情况下，增强或减弱酶的催化活性。研究人员对 PKL 的别构位点进行研究，开发了 42 种新化合物。其中，尿石素 D 被选作先导化合物，一些化合物能显著激活 PKL 活性，在 10 μM 浓度下可使 PKL 活性提高 3.8 倍，而另一些则能有效抑制 PKL 活性，最大抑制率可达 81%。此外，米他匹韦（mitapivat）是一种 PKL 的别构激活剂，它能诱导 PKL 的构象变化，重塑活性位点，为治疗 PKL 相关缺陷和代谢疾病提供了新的机制。还有一些源自鞣花酸及其代谢物、尿石素 C 结构的化合物能非竞争性抑制 PKL，通过对其结构 - 活性关系的研究，发现了一类新的非竞争性 PKL 抑制剂，其中一些化合物具有较强的抑制能力和良好的细胞摄取特性。
总结与展望
尽管目前对 PKLR 在糖酵解和脂肪生成中的作用有了一定的了解，但仍有许多未知等待我们去探索。比如，PKLR 是如何整合来自各种代谢调节因子的信号，维持能量平衡的？不同代谢状态下，精确控制 PKLR 活性的转录和转录后调控网络是怎样的？如何优化 PKLR 抑制剂，在保持疗效的同时提高特异性，减少脱靶效应？PKLR 的调节对 HCC 的肿瘤代谢和免疫逃逸有何影响？单细胞 RNA 测序和基于 CRISPR 的基因编辑等先进技术，如何帮助我们更深入地了解 PKLR 在细胞代谢中的作用？这些问题都为未来的研究指明了方向。
系统生物学方法为我们揭示了 PKLR 作为肝脏疾病潜在治疗靶点的重要性，整合多组学方法将有助于我们更全面地了解肝脏疾病中的代谢变化，以及这些变化如何受到 PKLR 活性的影响，从而发现新的治疗靶点。目前针对 PKLR 开发的抑制剂在动物模型中已显示出降低肝脏 TG 积累、改善代谢状况的效果，但仍需要进一步优化，提高其特异性和疗效，同时评估长期使用对线粒体功能和整体代谢健康的影响，在进行临床试验前，还需要在临床前模型中进行长期的安全性和有效性评估。
未来，除了继续优化现有的 PKLR 调节化合物，还可能会开发出基于寡核苷酸的治疗药物等新兴药物。深入研究 PKLR 在肿瘤代谢和免疫逃逸中的作用，有望为抑制 MASLD 进展和 HCC 发展提供新的治疗策略。相信随着研究的不断深入，对 PKLR 在代谢调节和疾病进展中作用的进一步理解，将为开发治疗肝脏疾病和其他代谢紊乱的新型治疗方法带来新的希望，PKLR 的调节有望成为治疗这些疾病的重要手段。
