Science：新研究详细揭示人类正常心脏和衰竭心脏中的代谢组学特征
来源：本站原创 2020-10-20 10:45
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学、普林斯顿大学和费城儿童医院的研究人员提供了人类心脏使用燃料和营养物的详细情况。这项研究是同类研究中的第一次，它对数十名人类参与者的循环系统不同部位的血液进行同步采样，以记录流进和流出跳动的心脏的相关分子的水平。由此产生的数据揭示了正常心脏以及衰竭心脏中燃料使用的关键特
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学、普林斯顿大学和费城儿童医院的研究人员提供了人类心脏使用燃料和营养物的详细情况。这项研究是同类研究中的第一次，它对数十名人类参与者的循环系统不同部位的血液进行同步采样，以记录流进和流出跳动的心脏的相关分子的水平。由此产生的数据揭示了正常心脏以及衰竭心脏中燃料使用的关键特征，从而为研究健康和患病的心脏建立了一个新的框架。相关研究结果发表在2020年10月16日的Science期刊上，论文标题为“Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart”。
论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院心血管代谢项目主任Zoltan Arany博士说，“在这种细节水平上了解心脏如何处理燃料和营养物应当为未来开发治疗心力衰竭和相关疾病的方法提供信息。如今，我们清楚地了解了心脏如何为自己提供燃料，我们可以将目光放在设计改善心力衰竭患者的心脏代谢的方法上。”
根据美国疾控中心（CDC）的数据，美国有超过600万成年人患有心力衰竭。心力衰竭通常是由于冠状动脉疾病或心脏病发作而发生的，其结果是无法在体内有力地泵送血液以正常地支持其他器官。目前对心力衰竭的治疗主要针对其症状，如治疗肺部和下肢积液，使用设备辅助泵血，以及对一些患者进行心脏移植。对心脏功能的深入了解可能能够让科学家们开发出更有效的疗法来恢复心脏的泵血能力。
在这项研究中，Arany和他的团队同时取样了87名男性和女性受试者体内的流进心脏和流出心脏的血液。这些男性和女性已经接受了一种治疗心房纤颤（atrial fibrillation）的手术，但没有患上心力衰竭。Arany团队对23名患有心力衰竭的心房纤颤患者进行了类似的取样。这些研究人员还对所有患者体内流进和流出腿部的血液进行取样，以进行比较。
随后，Arany团队使用最先进的工具来定量确定血液样本中数百种不同的“代谢物”---参与燃料使用和细胞生长的分子---的水平。他们的主要目的是详细揭示工作中的心脏在平衡状态下消耗了哪些代谢物，以及产生了哪些副产物。
这一分析很重要，它清晰而详细地提供心脏中正常代谢物摄取和释放的情况，从而为未来的研究提供了可以扩展的基线快照。总而言之，这些研究人员在人类参与者的血液中可靠地检测到277种代谢物，并发现其中的65种代谢物在流进心脏和流出心脏的血液中的水平显著不同。
这些研究人员还进行了一些初步比较，以尽可能地突出正常心脏代谢的独特之处。比如，这些数据表明，与腿部相比，心脏更严重地依赖于对称为脂肪酸的有机小分子的摄取，显然是作为能量来源进行摄取的。与此同时，根据这一分析，心脏会释放出相对大量的另一类称为氨基酸的分子，这提示着心脏中相对强烈的蛋白分解是工作中的心肌为其活动提供能量的一种方式。
在这项新的研究中，健康心脏和衰竭心脏之间的一个大的区别是后者消耗了更多的酮--身体在将储存的脂肪转化为能量的过程中用作中间体的分子。这些研究人员怀疑这种差异可能仅仅是由于血液通过心脏的速度较慢，使酮的吸收有了更多时间。与正常心脏相比，衰竭的心脏也释放了更多的氨基酸，这表明存在更多的蛋白分解和周转。
Arany说，“衰竭心脏中这种增加的蛋白分解是适应性的还是不适应性的，这需要开展进一步的研究。下一步需要在模式生物中对这个问题和其他类似的问题进行严格的测试；之后，我们就可以带着对如何改善心力衰竭心脏功能的更深入的理解和新的见解进行人体研究。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Danielle Murashige et al. Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8861.
2.Study reveals nutrients used by normal and failing hearts
https://medicalxpress.com/news/2020-10-reveals-nutrients-hearts.html
图片来自Unsplash/CC0 Public Domain。
论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院心血管代谢项目主任Zoltan Arany博士说，“在这种细节水平上了解心脏如何处理燃料和营养物应当为未来开发治疗心力衰竭和相关疾病的方法提供信息。如今，我们清楚地了解了心脏如何为自己提供燃料，我们可以将目光放在设计改善心力衰竭患者的心脏代谢的方法上。”
根据美国疾控中心（CDC）的数据，美国有超过600万成年人患有心力衰竭。心力衰竭通常是由于冠状动脉疾病或心脏病发作而发生的，其结果是无法在体内有力地泵送血液以正常地支持其他器官。目前对心力衰竭的治疗主要针对其症状，如治疗肺部和下肢积液，使用设备辅助泵血，以及对一些患者进行心脏移植。对心脏功能的深入了解可能能够让科学家们开发出更有效的疗法来恢复心脏的泵血能力。
在这项研究中，Arany和他的团队同时取样了87名男性和女性受试者体内的流进心脏和流出心脏的血液。这些男性和女性已经接受了一种治疗心房纤颤（atrial fibrillation）的手术，但没有患上心力衰竭。Arany团队对23名患有心力衰竭的心房纤颤患者进行了类似的取样。这些研究人员还对所有患者体内流进和流出腿部的血液进行取样，以进行比较。
随后，Arany团队使用最先进的工具来定量确定血液样本中数百种不同的“代谢物”---参与燃料使用和细胞生长的分子---的水平。他们的主要目的是详细揭示工作中的心脏在平衡状态下消耗了哪些代谢物，以及产生了哪些副产物。
这一分析很重要，它清晰而详细地提供心脏中正常代谢物摄取和释放的情况，从而为未来的研究提供了可以扩展的基线快照。总而言之，这些研究人员在人类参与者的血液中可靠地检测到277种代谢物，并发现其中的65种代谢物在流进心脏和流出心脏的血液中的水平显著不同。
这些研究人员还进行了一些初步比较，以尽可能地突出正常心脏代谢的独特之处。比如，这些数据表明，与腿部相比，心脏更严重地依赖于对称为脂肪酸的有机小分子的摄取，显然是作为能量来源进行摄取的。与此同时，根据这一分析，心脏会释放出相对大量的另一类称为氨基酸的分子，这提示着心脏中相对强烈的蛋白分解是工作中的心肌为其活动提供能量的一种方式。
在这项新的研究中，健康心脏和衰竭心脏之间的一个大的区别是后者消耗了更多的酮--身体在将储存的脂肪转化为能量的过程中用作中间体的分子。这些研究人员怀疑这种差异可能仅仅是由于血液通过心脏的速度较慢，使酮的吸收有了更多时间。与正常心脏相比，衰竭的心脏也释放了更多的氨基酸，这表明存在更多的蛋白分解和周转。
Arany说，“衰竭心脏中这种增加的蛋白分解是适应性的还是不适应性的，这需要开展进一步的研究。下一步需要在模式生物中对这个问题和其他类似的问题进行严格的测试；之后，我们就可以带着对如何改善心力衰竭心脏功能的更深入的理解和新的见解进行人体研究。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Danielle Murashige et al. Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8861.
2.Study reveals nutrients used by normal and failing hearts
https://medicalxpress.com/news/2020-10-reveals-nutrients-hearts.html
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