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【綜述】心肌能量代謝與心力衰竭的研究進(jìn)展

本文刊于:中華心血管病雜志,  2022,50(4) : 404-409

作者 趙鑫龍  楊杰孚

單位:北心內(nèi)科 國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院老年醫(yī)學(xué)研究院

摘要

心臟作為人體內(nèi)代謝最為活躍的器官之一,每日的收縮活動(dòng)會(huì)消耗巨大的能量。由于心臟能量?jī)?chǔ)備較少,且對(duì)能量缺乏的耐受能力很低,故多種病理生理因素均可造成心肌
能量代謝障礙,最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞的損傷或壞死。在心力衰竭(心衰)所致的心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電活動(dòng)重構(gòu)的基礎(chǔ)上人們?cè)絹?lái)越關(guān)注心肌能量代謝重構(gòu)。隨著新型藥物的研發(fā)、新研究結(jié)果的公布,心衰的治療有了更多選擇。該文對(duì)心肌能量代謝的特點(diǎn)及其與心衰關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,以期從能量代謝角度為心衰的藥物治療提供新思路。

心臟的泵功能是指心臟通過(guò)舒縮活動(dòng)獲得動(dòng)力,將血液推動(dòng)至全身各器官、組織,滿足細(xì)胞的代謝需求。生理情況下,心輸出量會(huì)隨機(jī)體的代謝需求而變化。隨著人口老齡化及高血壓、冠心病等心血管疾病發(fā)病率逐年上升,心力衰竭(心衰)的患病人數(shù)逐漸增加。心衰的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜,盡管不同原發(fā)心臟疾病導(dǎo)致心衰的病理生理機(jī)制不同,但目前認(rèn)為心肌能量代謝異常以及能量利用障礙是導(dǎo)致心衰的共同通路。

心衰的治療已從傳統(tǒng)的針對(duì)機(jī)體血流動(dòng)力學(xué)的“強(qiáng)心、利尿、擴(kuò)血管”轉(zhuǎn)變?yōu)榛谏窠?jīng)體液機(jī)制的治療,治療方案主要包括β受體阻滯劑、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)抑制劑、醛固酮受體拮抗劑、正性肌力藥物、利尿劑和植入性器械治療等。上述治療雖有助于穩(wěn)定心衰,但多數(shù)患者病情仍可持續(xù)進(jìn)展。心衰患者體內(nèi)存在能量代謝異常,當(dāng)心肌能量缺乏時(shí)可導(dǎo)致心室重構(gòu),從而導(dǎo)致心臟收縮和/或舒張功能異常。不少研究證實(shí)改善心肌能量代謝有助于改善心衰患者預(yù)后,這為心衰的治療提供了新思路。本文對(duì)心肌能量代謝與心衰關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

一、生理狀態(tài)下心肌的能量代謝

正常狀態(tài)下心肌代謝所需的三磷酸腺苷(ATP)來(lái)自于多種物質(zhì)的代謝,如脂類、乳酸、酮體、氨基酸及葡萄糖等1]。脂肪酸β氧化(fatty acid oxidation,F(xiàn)AO)和葡萄糖有氧氧化是正常心肌代謝能量的主要來(lái)源,其中60%~90%來(lái)自FAO,而剩余10%~40%的能量供應(yīng)來(lái)源于葡萄糖、乳糖氧化,極少量來(lái)自氨基酸和酮體等物質(zhì)代謝。在產(chǎn)生同等ATP的情況下,脂肪酸(fatty acid,F(xiàn)A)比其他大多數(shù)底物氧耗量更高,其產(chǎn)能效率較低;在相同氧耗量的情況下,葡萄糖產(chǎn)生的ATP比FAO多,而葡萄糖酵解產(chǎn)生的ATP僅占總產(chǎn)能的5%2]

1.FA代謝:FA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),通過(guò)線粒體膜運(yùn)輸、進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化。其中為心肌供能的FA主要來(lái)源于游離脂肪酸(FFA)和三酰基甘油(TAG)釋放。他們通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散或載體介導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞。參與FA代謝攝取的載體結(jié)構(gòu)主要包括脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(FAT/CD36)、脂肪酸結(jié)合蛋白的質(zhì)膜異構(gòu)體(FABPpm)和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FATP1/6)3]。目前認(rèn)為FAT/CD36是影響心肌細(xì)胞FA攝取的主要因素,心肌細(xì)胞中50%~60%的FA通過(guò)FAT/CD36進(jìn)行運(yùn)輸4]

2.葡萄糖代謝:心肌活動(dòng)使用的葡萄糖部分是外源性攝取的葡萄糖,剩余來(lái)自于自身糖原儲(chǔ)備。心肌細(xì)胞葡萄糖攝取的調(diào)節(jié)主要通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(GLUT)1和4的膜轉(zhuǎn)位實(shí)現(xiàn),隨后經(jīng)己糖激酶磷酸化,轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖(G6P)。成年人的心肌細(xì)胞主要表達(dá)GLUT4和己糖激酶Ⅱ,而在未成熟的胎心中主要表達(dá)GLUT1和己糖激酶Ⅰ5]。此外葡萄糖還可參與磷酸戊糖途徑,該途徑可促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生,改變心肌能量代謝6]

3.FA與葡萄糖代謝的相互作用:FA和葡萄糖作為心肌代謝的兩種主要能量底物,二者可以相互調(diào)節(jié)保持相對(duì)穩(wěn)態(tài),這種現(xiàn)象被稱為葡萄糖-脂肪酸循環(huán)(Randle循環(huán))。Randle循環(huán)是由Randle等7]提出的一種能量循環(huán)假設(shè)——FA氧化增加可以抑制葡萄糖氧化,而葡萄糖氧化增加也可以抑制FA氧化,二者存在代謝競(jìng)爭(zhēng),而競(jìng)爭(zhēng)的交叉點(diǎn)是乙酰輔酶A(acetyl-CoA)。目前認(rèn)為該循環(huán)可能與兩種途徑相關(guān),即丙酮酸脫氫酶(pyruvate dehydrogenase,PDH)途徑8]和乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)途徑9]

4.心衰時(shí)心肌能量代謝的變化:正常心肌的能量代謝較為靈活,可根據(jù)能量負(fù)荷、代謝底物供應(yīng)和機(jī)體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)等調(diào)整不同底物代謝的比例,從而使FAO、葡萄糖有氧氧化和糖酵解處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),以有效維持心肌細(xì)胞能量供給10]。而心衰時(shí),該動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)被破壞。FAO比例增加可抑制葡萄糖有氧氧化,而糖酵解比例增加則可同時(shí)抑制FAO和葡萄糖有氧氧化。van Bilsen等11]認(rèn)為底物代謝障礙可造成心肌代謝途徑紊亂,從而引起心臟結(jié)構(gòu)和功能異常。基于該理論 van Bilsen等在2004年提出了“能量代謝重構(gòu)”的概念,即衰竭的心臟引起能量代謝途徑改變,可導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能異常。由此可見(jiàn),能量代謝途徑改變?cè)谛乃サ陌l(fā)生發(fā)展過(guò)程中具有關(guān)鍵作用。心衰早期和中期心肌能量代謝相對(duì)正常,而終末期心肌細(xì)胞則由以FA代謝為主轉(zhuǎn)化為以葡萄糖代謝供能為主12]

當(dāng)心衰或出現(xiàn)心肌缺血性損傷時(shí),交感神經(jīng)興奮、RAAS激活導(dǎo)致兒茶酚胺類、腎素等激素水平升高,造成血液內(nèi)游離FA增多,心肌FA供能比例會(huì)增至80%~90%。同時(shí)心肌細(xì)胞內(nèi)繼發(fā)出現(xiàn)葡萄糖氧化失耦聯(lián)、葡萄糖酵解等過(guò)程,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)Na+、H+、Ca2+超載,從而引起并加重細(xì)胞酸中毒和細(xì)胞損害,遂心肌細(xì)胞的耗能增加,代謝效率降低、損傷進(jìn)一步加重13]。另一方面,心肌重構(gòu)和纖維化是心衰進(jìn)展的主要病理特征。一系列復(fù)雜的分子機(jī)制引起心肌重構(gòu),主要表現(xiàn)為心肌質(zhì)量、心室容量增加和心室形態(tài)改變,從而導(dǎo)致單位質(zhì)量的心肌毛細(xì)血管數(shù)量減少,氧利用的彌散間距增大,導(dǎo)致并加重心肌缺氧。隨之帶來(lái)心肌能量代謝的變化,即對(duì)葡萄糖的利用增加、對(duì)FA的利用減少,呈現(xiàn)出“胚胎型代謝模式”的特點(diǎn)。而這種能量代謝紊亂可直接或間接促進(jìn)心肌重塑,從而加快心衰進(jìn)程,造成惡性循環(huán),增加心衰患者的住院率及病死率14]

二、心衰時(shí)底物代謝的特點(diǎn)

1.FA代謝:心衰早期FA變化不大或略有上升,但在心衰晚期,F(xiàn)A酶參與或表達(dá)下調(diào),造成脂肪酸利用率降低。同時(shí)不少研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)A攝取減少與高鹽飲食所致的心衰15]以及心房顫動(dòng)所致的代謝重塑相關(guān)16]。FA攝取和利用紊亂可造成脂質(zhì)物質(zhì)在心肌細(xì)胞內(nèi)蓄積,部分脂毒性產(chǎn)物(如神經(jīng)酰胺、二酰基甘油等)可造成心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體功能障礙、心肌細(xì)胞凋亡,加劇心衰進(jìn)展。此外,F(xiàn)AO可產(chǎn)生大量活性氧自由基(ROS),其可抑制心肌收縮,導(dǎo)致心磷脂含量減少,從而減少線粒體能量生成、破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能,引起心肌細(xì)胞凋亡。通過(guò)對(duì)心衰豚鼠模型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),與FAO和抗氧化酶等相關(guān)的線粒體蛋白減少,同時(shí)伴有FAO中間代謝物(如酰基輔酶a等)降低17]。另有一項(xiàng)整合了基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的研究證實(shí),心衰終末期心室肌細(xì)胞中有一種與FAO和丙酮酸代謝相關(guān)的酶表達(dá)下調(diào),并伴有短鏈乙酰肉堿減少,尤其在主動(dòng)脈縮窄和心肌梗死模型組中發(fā)現(xiàn),參與脂質(zhì)代謝的底物減少,包括部分溶血磷脂、肉堿類物質(zhì)等18]。同時(shí),由于心衰患者心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體長(zhǎng)鏈FA攝取和氧化功能缺陷,造成外周血中長(zhǎng)鏈肉堿水平升高,其水平與患者預(yù)后相關(guān)19, 20]

2.葡萄糖代謝:近年來(lái)基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)被廣泛應(yīng)用于正常人和心衰患者的能量代謝研究。但心衰患者葡萄糖代謝的機(jī)制仍存在爭(zhēng)議。研究發(fā)現(xiàn)在橫向主動(dòng)脈縮窄的心衰小鼠模型中,心肌的葡萄糖攝取明顯減少21],而在心肌梗死的心衰大鼠模型中,心肌的葡萄糖攝取基本不變22]。一項(xiàng)以特發(fā)性擴(kuò)張型心肌病患者為研究對(duì)象的臨床研究結(jié)果顯示,通過(guò)PET-CT掃描技術(shù)發(fā)現(xiàn)患者心臟FA攝取明顯減少,而葡萄糖攝取及總代謝率升高23]

臨床上可觀察到心衰終末期患者心肌葡萄糖利用率降低。通常認(rèn)為此時(shí)心肌能量代謝的特點(diǎn)為葡萄糖氧化代謝減少導(dǎo)致葡萄糖攝取和糖酵解增加。這可能是因?yàn)橐种艶AO后,葡萄糖利用途徑發(fā)生了改變;另外,隨著心衰的進(jìn)展,葡萄糖有氧代謝逐漸減少。心衰終末期或合并2型糖尿病(T2DM)時(shí),患者出現(xiàn)胰島素抵抗(insulin resistance,IR),可導(dǎo)致葡萄糖利用率進(jìn)一步降低24]

3.酮體利用:由于IR等因素,心衰患者的葡萄糖和FA利用明顯受限,而酮體作為快速代謝的小分子能量底物,可被心肌利用25]。當(dāng)心衰進(jìn)展至終末期,機(jī)體內(nèi)與酮氧化相關(guān)的代謝產(chǎn)物、代謝酶的水平均有所上升。有研究證實(shí)心衰小鼠中糖及脂類物質(zhì)的中間代謝產(chǎn)物和關(guān)鍵酶均有不同程度的減少26]。而酮體代謝途徑中的關(guān)鍵酶[如3-羥基丁酸脫氫酶1(BDH1)]則明顯增多,同時(shí)可伴有酮體代謝產(chǎn)物(如β-羥基丁酸和乙酰乙酸)增多。因此,我們認(rèn)為在糖、脂類代謝降低時(shí),酮體可作為心衰患者心肌供能的替代底物。另有研究顯示進(jìn)行心臟移植的終末期心衰患者,其心肌可將酮體作為替代的代謝底物,經(jīng)測(cè)定后發(fā)現(xiàn)患者外周血的酮體水平(β羥基丁酸和乙酰乙酸)顯著高于正常人27]

三、代謝組學(xué)在心衰中的應(yīng)用

代謝組學(xué)研究的是各種代謝途徑的底物及其產(chǎn)物的小分子代謝物。其主要技術(shù)手段包括核磁共振(NMR)、色譜[包括氣相色譜(GC)、液相色譜(LC)]、質(zhì)譜(MS)、毛細(xì)管電泳(CE)、紅外及紫外光譜及色譜質(zhì)譜聯(lián)用等。通過(guò)檢測(cè)一系列樣品的NMR圖譜,結(jié)合模式識(shí)別方法,判斷生物體的病理生理狀態(tài),并有可能找出與之相關(guān)的生物標(biāo)志物,提供相關(guān)預(yù)警信息。目前針對(duì)心衰常用的代謝組學(xué)標(biāo)志物包括內(nèi)源性小分子、外源性化學(xué)物,如尿素、毒素、脂肪、糖類、有機(jī)酸等,由于這些代謝分子的化學(xué)特性、分子濃度差異較大,因此單獨(dú)應(yīng)用一種處理技術(shù)無(wú)法獲得特別準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu),故需與代謝組學(xué)相整合。

隨著臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展,代謝組學(xué)已不再是單獨(dú)的存在。目前大部分研究者通過(guò)整合蛋白組學(xué)、基因組學(xué)等學(xué)科,產(chǎn)生了一系列以心衰患者機(jī)體代謝底物水平為研究對(duì)象的,全面、系統(tǒng)的組學(xué)間整合研究。Murashige等28]通過(guò)同時(shí)采集患者橈動(dòng)脈、冠狀竇和股靜脈的血液來(lái)測(cè)量心臟到腿部的循環(huán)代謝產(chǎn)物的動(dòng)靜脈梯度,分析并描述了射血分?jǐn)?shù)保留及降低狀態(tài)下心肌能量代謝的差異。該研究納入了87例行選擇性經(jīng)皮導(dǎo)管消融,左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)>50%且無(wú)心衰病史的房顫患者和23例LVEF降低(<40%)的心肌病患者。使用LC-MS法測(cè)定了共600種已知代謝物,其中277種在血漿中能夠可靠檢測(cè)。研究者計(jì)算出所有代謝物對(duì)心肌耗氧量和 ATP 產(chǎn)生的貢獻(xiàn),并對(duì)心肌需要的血漿氧、心肌耗氧量以及測(cè)得的代謝產(chǎn)物在動(dòng)靜脈梯度中約占所測(cè)氧氣消耗量比值等進(jìn)行量化。研究發(fā)現(xiàn)心衰患者心肌能量代謝與健康人明顯不同,心衰患者心肌酮體消耗量幾乎增加了3倍、乳酸消耗量增加了1倍,同時(shí)心肌氨基酸衍生的凈氮釋放率,即蛋白水解速率增加了1倍。Cao等29]運(yùn)用改進(jìn)的血漿蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法,對(duì)預(yù)后不良(死亡及再住院)和預(yù)后良好的心衰患者的血漿樣本進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)心衰預(yù)后不良的發(fā)病機(jī)制涉及谷胱甘肽代謝、精氨酸和脯氨酸代謝以及丙酮酸代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)簇。其中谷胱甘肽、精氨酸和脯氨酸以及丙酮酸途徑被激活,這些途徑可能是改善心衰患者預(yù)后不良的潛在治療靶點(diǎn)。脂質(zhì)是心衰患者心肌短期內(nèi)代謝的重要物質(zhì),Wittenbecher等30]開(kāi)展了一項(xiàng)關(guān)于脂代謝譜與心衰發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的研究,發(fā)現(xiàn)磷脂酰膽堿及神經(jīng)酰胺水平與心衰風(fēng)險(xiǎn)升高相關(guān),并依此建立了脂代謝評(píng)分用來(lái)預(yù)測(cè)心衰發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。Shah和Hunter31]通過(guò)對(duì)比不同類型的心衰患者[包括射血分?jǐn)?shù)降低的心衰(HFrEF)、射血分?jǐn)?shù)保留的心衰(HFpEF)]發(fā)現(xiàn),HFrEF和HFpEF患者外周血中L-C酰基肉毒堿代謝水平均升高,其中HFrEF患者升高更為明顯。Turer32]分析了心衰患者氨基酸代謝水平,發(fā)現(xiàn)患者體內(nèi)異亮氨酸、亮氨酸會(huì)異常分解并形成酮體,且生酮氨基酸水平與酮體含量具有一定相關(guān)性。利用代謝組學(xué)相關(guān)檢測(cè)分析心衰患者的代謝特點(diǎn)已逐步成為研究熱點(diǎn)。
四、糾正心肌能量代謝異常的方向及相關(guān)藥物

1.鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SGLT)抑制劑:SGLT是一類存在于小腸黏膜和腎臟近曲小管的轉(zhuǎn)運(yùn)體,腎臟重吸收葡萄糖的過(guò)程主要由SGLT介導(dǎo)。其主要生理機(jī)制是通過(guò)位于細(xì)胞兩側(cè)及基底部質(zhì)膜的鈉鉀泵產(chǎn)生的Na+梯度,使Na+和葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞。在目前發(fā)現(xiàn)的多種SGLT蛋白中,以SGLT-1、2最為重要。SGLT-1主要存在于小腸,在心臟、支氣管和腎臟也有表達(dá),是一種高親和力、低載量的葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體,以2∶1的比例耦聯(lián)鈉-葡萄糖的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn);而SGLT-2是一種低親和力、高載量的鈉-葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體,主要位于近曲腎小管的S1和S2段,以1∶1的比例耦聯(lián),可介導(dǎo)腎臟近曲小管完成腎小球?yàn)V過(guò)液中90%葡萄糖的重吸收,剩余的10%由SGLT-1介導(dǎo)33]

SGLT-2抑制劑(SGLT-2i)作為一種新型口服降糖藥,具有獨(dú)特的非胰島素依賴性的降糖機(jī)制,通過(guò)抑制SGLT-2減少葡萄糖經(jīng)近曲小管的重吸收,從而起到降糖、減少胰島素抵抗、保護(hù)胰島β細(xì)胞的作用34, 35]。目前關(guān)于SGLT-2i對(duì)心血管病終點(diǎn)事件影響的研究不斷進(jìn)行,基于DAPA-HF研究36]及EMPEROR-Reduced研究37]的結(jié)果,2021年歐洲心臟病學(xué)會(huì)(ESC)的《急慢性心衰診斷和治療指南》推薦HFrEF患者采用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)/血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑(ARNI)、β受體阻滯劑、醛固酮受體拮抗劑(MRA)和SGLT-2i的“新四聯(lián)療法”。而在改善心肌作用及代謝方面,SGLT-2i可通過(guò)多種途徑發(fā)揮作用。第一,通過(guò)增加鈉和葡萄糖的排泄,起到滲透性利尿作用,從而減少機(jī)體壓力及容量負(fù)荷,起到優(yōu)化容量管理、輕度降低血壓、減少心肌做功耗能38]。第二,利尿后機(jī)體血液濃縮可促進(jìn)紅細(xì)胞壓積上升,為心肌細(xì)胞提供更多氧分和代謝底物。加之糖排泄后可促進(jìn)脂肪分解、刺激胰高血糖素產(chǎn)生,這些代謝變化促進(jìn)了生酮作用,為心肌細(xì)胞提供了更多高效率的產(chǎn)能底物,增加線粒體內(nèi)ATP的生成和儲(chǔ)備,改善心肌能量代謝。第三,可使心肌能量代謝底物發(fā)生轉(zhuǎn)化,促進(jìn)脂肪物質(zhì)分解,升高機(jī)體酮體水平,增加ATP在線粒體內(nèi)的生成和存儲(chǔ)39]。同時(shí)也可阻斷細(xì)胞Na+-H+交換,間接抑制心肌纖維化,起到延緩或改善心室重構(gòu)的作用40]。另有研究發(fā)現(xiàn)SGLT-2i可使血液中β-羥丁酸水平升高,促使其分解,從而增加組織對(duì)其的利用。與FAO相比,β-羥基丁酸氧化產(chǎn)生的ROS較少,可使線粒體內(nèi)膜電位更加穩(wěn)定,能更充分地利用能量,從而改善心肌能量代謝41]

2. A型利鈉肽(A-type natriuretic peptide,ANP):ANP是由心房肌細(xì)胞合成并釋放的一種肽類激素,人體血液循環(huán)中的ANP由28個(gè)氨基酸殘基組成,其受體是細(xì)胞膜上的一種鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶。ANP可與特異性的利鈉肽受體結(jié)合,使細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cGMP)濃度升高,同時(shí)可舒張平滑肌。cGMP作為第二信使可使動(dòng)脈和靜脈擴(kuò)張,從而降低動(dòng)脈壓、右心房壓和肺毛細(xì)管內(nèi)楔壓,起到降低心臟前后負(fù)荷的作用42]。同時(shí)ANP可抑制交感神經(jīng)及RAAS的過(guò)度激活,通過(guò)拮抗內(nèi)皮素、去甲腎上腺素和醛固酮等過(guò)度激活產(chǎn)生的心臟毒性,延緩心肌重構(gòu)、改善心功能。

在改善心肌代謝方面,有研究發(fā)現(xiàn)ANP可通過(guò)增加脂肪分解和提高胰島素敏感性促進(jìn)脂質(zhì)代謝,同時(shí)可抑制瘦素釋放43]。Coué和Moro44]發(fā)現(xiàn)在利鈉肽受體-A(NPR-A)的介導(dǎo)下,細(xì)胞內(nèi)cGMP可升高,同時(shí)激活蛋白激酶G系統(tǒng),導(dǎo)致激素敏感的脂肪酶磷酸化,進(jìn)而激活脂肪酶,使脂肪分解增加。另一方面,NPR-A激活可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄作用,導(dǎo)致細(xì)胞能量消耗增加和脂肪細(xì)胞褐色樣變,通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪因子分泌減小IR45]。Matsumoto等46]發(fā)現(xiàn)心衰患者多是因?yàn)锳NP-C型受體清除增加,導(dǎo)致ANP利用率降低的,故外源性給予ANP治療可能使患者獲益。

3. FAO抑制劑:心肌細(xì)胞能量代謝過(guò)程包括3個(gè)環(huán)節(jié),即底物利用(心肌細(xì)胞從血液中攝取FA、葡萄糖等底物進(jìn)入代謝過(guò)程)、氧化磷酸化(線粒體呼吸鏈反應(yīng)產(chǎn)生ATP)和ATP的轉(zhuǎn)移與利用(ATP通過(guò)肌酸激酶能量往返機(jī)制提供能量)47]。上述過(guò)程中的任一環(huán)節(jié)發(fā)生改變,即可影響心肌能量代謝水平。而代謝底物的改變是心衰時(shí)能量代謝紊亂最具代表性的表現(xiàn),因此通過(guò)調(diào)節(jié)底物構(gòu)成比,可提高氧的利用效率,從而生成更多能量,改善心肌供能。

FAO抑制劑是一類優(yōu)化心肌代謝底物的治療藥物,主要有鹽酸曲美他嗪、雷諾嗪及肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ(carnitine palmitoyl transferase Ⅰ,CPT-Ⅰ)等。鹽酸曲美他嗪可通過(guò)抑制FAO裂解過(guò)程中的3-酮脂酰輔酶A硫解酶活性,減少脂肪酸吸收和氧化,增加細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的有氧氧化,進(jìn)而提高心衰患者心肌能量代謝的效率;此外該過(guò)程還能抑制葡萄糖過(guò)度酵解,從而降低細(xì)胞質(zhì)中H+和乳酸水平48]。另有研究發(fā)現(xiàn)曲美他嗪可通過(guò)增強(qiáng)PDH活性促進(jìn)葡萄糖有氧氧化,改善心肌細(xì)胞能量代謝49]。而雷諾嗪的結(jié)構(gòu)和功能與曲美他嗪相似,可通過(guò)阻斷FAO促進(jìn)葡萄糖有氧氧化,間接提高PDH復(fù)合物的活性,使ATP生成增加。研究顯示雷諾嗪可改善HFpEF患者的左心室舒張期功能障礙,降低左心室舒張末壓,改善血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)及心功能50]

CPT-Ⅰ是細(xì)胞內(nèi)脂肪酸攝取的重要調(diào)節(jié)因子,CPT-Ⅰ抑制劑可降低心肌細(xì)胞內(nèi)FAO的比例,從而改善心功能51]。目前CPT-Ⅰ抑制劑主要包括乙莫克舍和哌克昔林。此類藥物可降低FAO途徑中反應(yīng)限速酶的活性,從而減少心肌細(xì)胞對(duì)FA的攝取,通過(guò)Randle循環(huán)促進(jìn)葡萄糖氧化,改善心肌代謝及心衰癥狀52]。但由于乙莫克舍可造成嚴(yán)重的不良事件(肝功能損傷),目前禁止用于心衰治療53]。而哌克昔林能否改善心衰患者心功能亦有爭(zhēng)議54]

4.過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)激動(dòng)劑:PPAR是一類配體激活型受體,目前共發(fā)現(xiàn)3種亞型,即PPARα、PPARβ和PPARγ,其主要控制細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)物質(zhì)代謝過(guò)程55]。PPARα在肝臟、骨骼肌、腎臟、心臟和血管壁中高表達(dá),而在脂肪和軟骨組織中表達(dá)較少;PPARβ則在體內(nèi)廣泛表達(dá),在腦、胃、結(jié)腸等表達(dá)水平較高;PPARγ作為重要的細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄因子,在脂肪組織、血管平滑肌組織及心肌組織中均有表達(dá)56]

非諾貝特作為PPARα激動(dòng)劑,可通過(guò)降低血脂及增加心臟外組織細(xì)胞的FAO作用,減少心肌脂肪酸供應(yīng);同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)非諾貝特可激活PPARα對(duì)心肌細(xì)胞肥大有負(fù)調(diào)控作用,從而保護(hù)心肌、改善心肌能量代謝57]。PPARγ激動(dòng)劑,如羅格列酮、吡格列酮等作為噻唑烷二酮類胰島素增敏劑,可通過(guò)增加組織對(duì)胰島素的敏感性、提升葡萄糖的利用率而發(fā)揮降糖作用58]。同時(shí),其還可通過(guò)降低血液中游離FA濃度改善心肌能量代謝59]

5.其他藥物:輔酶Q10是電子傳遞的載體,在線粒體氧化磷酸化中參與ATP 的合成,并可改善心肌收縮功能。有研究發(fā)現(xiàn)心衰患者外周血中輔酶Q10含量降低,且與心功能分級(jí)相關(guān),而口服補(bǔ)充輔酶Q10可延緩心衰進(jìn)展60]。Q-SYMBIO試驗(yàn)是一項(xiàng)納入了中重度慢性心衰患者的隨機(jī)雙盲對(duì)照試驗(yàn),結(jié)果顯示與安慰劑組比較,輔酶Q10治療組患者2年后全因死亡率及心衰住院率均有所降低61]。磷酸肌酸是存在于肌肉或其他興奮性組織(如神經(jīng))中的一種高能磷酸化合物,是高能磷酸基的暫時(shí)貯存形式。在心肌細(xì)胞內(nèi)其也是主要的儲(chǔ)能形式,可為心肌各位點(diǎn)提供能量。研究顯示磷酸肌酸可以提高心肌高能磷酸化合物的水平,從而穩(wěn)定心肌細(xì)胞磷脂膜,抵抗ROS的損害,維持能量代謝水平,從而保護(hù)心肌細(xì)胞,改善心肌運(yùn)動(dòng)功能62]

SS-31肽是一類作用于線粒體的靶向抗氧化劑,其主要作用機(jī)制為清除線粒體內(nèi)過(guò)多的ROS,并抑制ROS的生成,穩(wěn)定線粒體膜電位,減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死及凋亡63]。此外,PDH激酶抑制劑二氯乙酸可通過(guò)抑制PDH激酶增加PDH的活性,并促進(jìn)葡萄糖酵解,使細(xì)胞內(nèi)ATP生成增加,發(fā)揮改善能量代謝的作用64]。但上述兩種藥物尚缺乏有力的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。

綜上所述,改善心肌能量代謝為預(yù)防和治療心衰帶來(lái)了新思路。隨著心衰領(lǐng)域研究的不斷進(jìn)展和相關(guān)代謝治療藥物的研發(fā),心衰的治療變得更多元化、個(gè)體化,同時(shí)也為改善心衰患者的預(yù)后帶來(lái)了新希望。目前,人們對(duì)心衰能量代謝的機(jī)制認(rèn)識(shí)還不夠深入,需進(jìn)一步探索。

利益沖突
所有作者聲明無(wú)利益沖突

參考文獻(xiàn)(略) 


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