心臟衰竭是導致死亡的一個重要原因，主要因為心臟無法正常利用血液循環(huán)中的營養(yǎng)物質來滿足代謝需求，導致“引擎熄火”。充分了解心臟在心衰及非心衰下的營養(yǎng)物質利用情況對指導心衰患者合理治療具有十分重要的意義。

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2020年10月，美國賓夕法尼亞大學心血管研究所的Danielle Murashige團隊在《Science》(IF=41.8)上發(fā)表了題為"Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart"的研究文章，該篇文章對23位心衰患者及87位非心力衰竭患者橈動脈、冠狀竇和股靜脈的血液進行代謝組學研究，揭示了277種代謝物(包括所有主要營養(yǎng)素)在通過人類心臟和腿部時的攝取和釋放情況。

研究材料：心衰患者（n=23）和非心衰患者（n=87）的橈動脈、冠狀竇和股靜脈血液樣本

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技術方法：代謝組學

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實驗路線圖：

研究結果

1、心臟和腿部對營養(yǎng)代謝物的吸收和釋放情況

作者通過靶向代謝組學（600種營養(yǎng)代謝物）分析110名心力衰竭患者及其對照者的橈動脈、冠狀竇和股靜脈血血漿樣本，一共檢測到227種營養(yǎng)代謝物。與動脈血血漿代謝物比較發(fā)現(xiàn)腿部吸收或釋放117個代謝物，心臟吸收或釋放65個代謝物。其中酮(ketones)、乙酸鹽(acetate)和谷氨酸(glutamate)在心臟和腿部都有大量的攝取，而游離脂肪酸(FFA)在心臟消耗較高，腿部主要吸收飽和脂肪酸并釋放不飽和脂肪酸。同時，心臟分泌大部分的必需氨基酸，表明了心臟中的蛋白水解活性較高。

2、氮分析揭示心臟分泌的氨基酸來源蛋白質水解

氮分析顯示心臟中的游離氨基酸從循環(huán)中吸收的為20.3μM，從蛋白質水解的氨基酸為77.0μM，釋放到血液循環(huán)的氨基酸為51.7μM。說明心臟中的游離氨基酸只有少量來源血液循環(huán)，大部分來自心肌蛋白質水解釋放。

3、心衰患者心肌底物的利用情況分析

作者對比分析了射血分數保留型心衰和射血分數減少型心衰患者心臟中代謝物對耗氧量和ATP產生的貢獻情況。所測的代謝物占耗氧量的60%左右，另外40%可反映心臟消耗脂蛋白及白蛋白衍生FAs。同時，作者分析了23例射血分數小于40的患者，射血分數減少型患者酮的消耗量增加了三倍，乳酸消耗增加近一倍，氨基酸產生的氮的凈釋放率也增加了兩倍，FFAs的利用整體被抑制。

4、心臟吸收的醋酸鹽，酮和谷氨酸量主要取決于血液循環(huán)中的濃度

為深入了解營養(yǎng)素選擇的因素，作者分析了血液中代謝物濃度與其作為營養(yǎng)素攝取使用量的相關性，發(fā)現(xiàn)醋酸鹽(acetate), 3-羥基丁酸鹽(3-hydroxybutyrate)和谷氨酸鹽(glutamate)的吸收與心臟和腿部血液中的濃度呈正比。

小編小結

本研究通過代謝組學檢測110例患者禁食期間非衰竭心臟和衰竭心臟中277種循環(huán)代謝物的吸收和分泌情況。FAs是心臟主要的能量來源，酮在心臟的攝取量也非常高，尤其心衰患者攝取更多，酮的攝入被認為對心力衰竭具有保護作用。同時心衰患者心臟蛋白水解率較非心衰下更高，但具體意義還不明確。整體來說，該研究結果揭示了心臟利用血液循環(huán)中能量物質的整體情況，為理解異常的心臟代謝疾病提供了數據基礎。