2020年10月20日訊/
生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自美國賓夕法尼亞大學、普林斯頓大學和費城兒童醫院的研究人員提供了人類心臟使用燃料和營養物的詳細情況。這項研究是同類研究中的第一次，它對數十名人類參與者的循環系統不同部位的血液進行同步採樣，以記錄流進和流出跳動的心臟的相關分子的水平。由此產生的數據揭示了正常心臟以及衰竭心臟中燃料使用的關鍵特徵，從而為研究健康和患病的心臟建立了一個新的框架。相關研究結果發表在2020年10月16日的Science期刊上，論文標題為「Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart」。
圖片來自Unsplash/CC0 Public Domain。
論文通訊作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院心血管代謝項目主任Zoltan Arany博士說，「在這種細節水平上了解心臟如何處理燃料和營養物應當為未來開發治療心力衰竭和相關疾病的方法提供信息。如今，我們清楚地了解了心臟如何為自己提供燃料，我們可以將目光放在設計改善心力衰竭患者的心臟代謝的方法上。」
根據美國疾控中心（CDC）的數據，美國有超過600萬成年人患有心力衰竭。心力衰竭通常是由於冠狀動脈疾病或心臟病發作而發生的，其結果是無法在體內有力地泵送血液以正常地支持其他器官。目前對心力衰竭的治療主要針對其症狀，如治療肺部和下肢積液，使用設備輔助泵血，以及對一些患者進行心臟移植。對心臟功能的深入了解可能能夠讓科學家們開發出更有效的療法來恢復心臟的泵血能力。
在這項研究中，Arany和他的團隊同時取樣了87名男性和女性受試者體內的流進心臟和流出心臟的血液。這些男性和女性已經接受了一種治療心房纖顫（atrial fibrillation）的手術，但沒有患上心力衰竭。Arany團隊對23名患有心力衰竭的心房纖顫患者進行了類似的取樣。這些研究人員還對所有患者體內流進和流出腿部的血液進行取樣，以進行比較。
隨後，Arany團隊使用最先進的工具來定量確定血液樣本中數百種不同的「代謝物」---參與燃料使用和細胞生長的分子---的水平。他們的主要目的是詳細揭示工作中的心臟在平衡狀態下消耗了哪些代謝物，以及產生了哪些副產物。
這一分析很重要，它清晰而詳細地提供心臟中正常代謝物攝取和釋放的情況，從而為未來的研究提供了可以擴展的基線快照。總而言之，這些研究人員在人類參與者的血液中可靠地檢測到277種代謝物，並發現其中的65種代謝物在流進心臟和流出心臟的血液中的水平顯著不同。
這些研究人員還進行了一些初步比較，以儘可能地突出正常心臟代謝的獨特之處。比如，這些數據表明，與腿部相比，心臟更嚴重地依賴於對稱為脂肪酸的有機小分子的攝取，顯然是作為能量來源進行攝取的。與此同時，根據這一分析，心臟會釋放出相對大量的另一類稱為胺基酸的分子，這提示著心臟中相對強烈的蛋白分解是工作中的心肌為其活動提供能量的一種方式。
在這項新的研究中，健康心臟和衰竭心臟之間的一個大的區別是後者消耗了更多的酮--身體在將儲存的脂肪轉化為能量的過程中用作
中間體的分子。這些研究人員懷疑這種差異可能僅僅是由於血液通過心臟的速度較慢，使酮的吸收有了更多時間。與正常心臟相比，衰竭的心臟也釋放了更多的胺基酸，這表明存在更多的蛋白分解和周轉。
Arany說，「衰竭心臟中這種增加的蛋白分解是適應性的還是不適應性的，這需要開展進一步的研究。下一步需要在模式生物中對這個問題和其他類似的問題進行嚴格的測試；之後，我們就可以帶著對如何改善心力衰竭心臟功能的更深入的理解和新的見解進行人體研究。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Danielle Murashige et al. Comprehensive quantification of fuel use by the failing and nonfailing human heart. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8861.