基于代谢组学的慢性心衰病证诊断研究述评(1)
[摘要] 慢性心衰的病理过程中伴随着一系列代谢功能的复杂改变，代谢组学通过先进的检测技术与统计算法，可以从整体层面把握机体的代谢功能改变情况，现已成为心衰实验研究的常用手段。本文归纳总结代谢组学技术在慢性心衰病证诊断中的研究概况，基于“代谢性重构”理论阐述慢性心衰的代谢特征，探讨慢性心衰不同证候的代谢组学变化规律，认为代谢组学技术对心衰的病情评价及证型辨析具有一定的诊断价值。并对研究中存在的关键问题进行论述，提出规范统一研究标准、合理设计对照实验、注重心衰病证的动态过程研究等相应的思路，以期为后续研究提供借鉴。
[关键词] 慢性心衰;代谢组学;生物标志物;诊断研究
[中图分类号] R259 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2020)10(b)-0040-05
[Abstract] The pathological process of chronic heart failure is accompanied by a series of complex changes of metabolic function. Metabolomics can grasp the metabolic function changes of the body from the overall level through advanced detection technology and statistical algorithms， which has now become a common means of experimental research on heart failure. This article summarizes metabonomics technology in the diagnosis of chronic heart failure disease research， based on the theory of “metabolic remodeling”， the metabolic characteristics of chronic heart failure are expounded， and the metabonomics change rules of different syndromes of chronic heart failure are discussed. It is believed that metabonomics technology has certain diagnostic value for the assessment of heart failure and the discrimination of syndrome types of heart failure. In addition， the key problems in the study are discussed， and the corresponding ideas such as standardized and unified research standards， reasonable design of controlled experiments， and emphasis on the dynamic process research of heart failure syndrome are put forward， so as to provide reference for subsequent studies.
[Key words] Chronic heart failure; Metabolomics; Biomarkers; Diagnostic research
慢性心衰是各種心脏疾病的终末阶段，其发病率高、致死率高，为21世纪最重要的慢性心血管病症[1-2]。心衰的相关症状、体征往往出现较晚，且表现不具有特异性，在一定程度上制约着疾病的诊断与证候的辨析[3]。由于方法学的先进性，代谢组学等系统生物学技术已广泛应用于心衰的实验研究中，已有多项研究表明心衰的病理过程中伴随着多种代谢功能的复杂变化，其中心肌能量代谢障碍被视为心衰的关键生物学基础[4-6]。因此，本文归纳总结代谢组学在慢性心衰病证诊断中的研究概况，探讨其诊断价值，并对存在的关键问题进行论述，提出相应的研究思路。
1 “代谢性重构”与心衰
现有的研究证据显示，慢性心衰的病理过程中伴随着一系列代谢功能的改变[7]。van Bilsen等[8]学者提出“代谢性重构”概念，即由心肌细胞糖类和脂类等物质代谢紊乱引起心脏能量代谢途径的改变，从而导致结构和功能异常的现象。衰竭心脏的“代谢性重构”主要体现在三个方面：①心脏产能底物利用的改变，心脏可利用多种底物以满足自身的能量需求，其中脂肪酸氧化是心脏所需能量的主要来源[9];心衰时心脏的代谢特征在于产能底物利用从脂肪酸向葡萄糖的明显转移，更有研究指出酮体、支链氨基酸是心衰末期的替代底物，但底物利用的转移并不能满足衰竭心脏的能量需求[10]。②高能磷酸盐代谢异常：磷酸肌酸/三磷酸腺苷比值(PCr/ATP)反映心肌高能磷酸盐的改变情况，并与心衰程度密切相关，而能量代谢障碍可直接导致PCr/ATP比值下调[11-12]。③线粒体功能障碍：线粒体是能量产生的核心，心衰时机体的线粒体数量降低，线粒体酶含量与活性减低，致使线粒体功能与结构损伤[13]。
上述改变反映心衰时心肌能量产生不足，同时能量需求增加，能量供需失衡，提示能量代谢异常是疾病的典型表征[14]。尽管“代谢性重构”与心衰病理机制之间的直接因果关系尚未完全明确，但现有的研究表明能量代谢异常是心衰收缩功能不全和心室重构的关键因素[15]。尤其在心衰的终末阶段，糖、脂氧化代谢功能障碍，致使产能急剧减少，机体处于“能量饥饿”状态，不足以维持心脏正常的收缩功能[16]。“代谢性重构”概念提出以后，许多学者从诸如糖酵解途径、脂肪酸代谢等角度开展了相关研究，研究热点多集中于代谢底物的利用转变方面[17]。但单一的代谢途径研究并不能反映机体的整体代谢状况，而代谢组学的发展则弥补了这一局限。, 百拇医药(钟森杰 李静 李琳)
[关键词] 慢性心衰;代谢组学;生物标志物;诊断研究
[中图分类号] R259 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2020)10(b)-0040-05
[Abstract] The pathological process of chronic heart failure is accompanied by a series of complex changes of metabolic function. Metabolomics can grasp the metabolic function changes of the body from the overall level through advanced detection technology and statistical algorithms， which has now become a common means of experimental research on heart failure. This article summarizes metabonomics technology in the diagnosis of chronic heart failure disease research， based on the theory of “metabolic remodeling”， the metabolic characteristics of chronic heart failure are expounded， and the metabonomics change rules of different syndromes of chronic heart failure are discussed. It is believed that metabonomics technology has certain diagnostic value for the assessment of heart failure and the discrimination of syndrome types of heart failure. In addition， the key problems in the study are discussed， and the corresponding ideas such as standardized and unified research standards， reasonable design of controlled experiments， and emphasis on the dynamic process research of heart failure syndrome are put forward， so as to provide reference for subsequent studies.
[Key words] Chronic heart failure; Metabolomics; Biomarkers; Diagnostic research
慢性心衰是各種心脏疾病的终末阶段，其发病率高、致死率高，为21世纪最重要的慢性心血管病症[1-2]。心衰的相关症状、体征往往出现较晚，且表现不具有特异性，在一定程度上制约着疾病的诊断与证候的辨析[3]。由于方法学的先进性，代谢组学等系统生物学技术已广泛应用于心衰的实验研究中，已有多项研究表明心衰的病理过程中伴随着多种代谢功能的复杂变化，其中心肌能量代谢障碍被视为心衰的关键生物学基础[4-6]。因此，本文归纳总结代谢组学在慢性心衰病证诊断中的研究概况，探讨其诊断价值，并对存在的关键问题进行论述，提出相应的研究思路。
1 “代谢性重构”与心衰
现有的研究证据显示，慢性心衰的病理过程中伴随着一系列代谢功能的改变[7]。van Bilsen等[8]学者提出“代谢性重构”概念，即由心肌细胞糖类和脂类等物质代谢紊乱引起心脏能量代谢途径的改变，从而导致结构和功能异常的现象。衰竭心脏的“代谢性重构”主要体现在三个方面：①心脏产能底物利用的改变，心脏可利用多种底物以满足自身的能量需求，其中脂肪酸氧化是心脏所需能量的主要来源[9];心衰时心脏的代谢特征在于产能底物利用从脂肪酸向葡萄糖的明显转移，更有研究指出酮体、支链氨基酸是心衰末期的替代底物，但底物利用的转移并不能满足衰竭心脏的能量需求[10]。②高能磷酸盐代谢异常：磷酸肌酸/三磷酸腺苷比值(PCr/ATP)反映心肌高能磷酸盐的改变情况，并与心衰程度密切相关，而能量代谢障碍可直接导致PCr/ATP比值下调[11-12]。③线粒体功能障碍：线粒体是能量产生的核心，心衰时机体的线粒体数量降低，线粒体酶含量与活性减低，致使线粒体功能与结构损伤[13]。
上述改变反映心衰时心肌能量产生不足，同时能量需求增加，能量供需失衡，提示能量代谢异常是疾病的典型表征[14]。尽管“代谢性重构”与心衰病理机制之间的直接因果关系尚未完全明确，但现有的研究表明能量代谢异常是心衰收缩功能不全和心室重构的关键因素[15]。尤其在心衰的终末阶段，糖、脂氧化代谢功能障碍，致使产能急剧减少，机体处于“能量饥饿”状态，不足以维持心脏正常的收缩功能[16]。“代谢性重构”概念提出以后，许多学者从诸如糖酵解途径、脂肪酸代谢等角度开展了相关研究，研究热点多集中于代谢底物的利用转变方面[17]。但单一的代谢途径研究并不能反映机体的整体代谢状况，而代谢组学的发展则弥补了这一局限。, 百拇医药(钟森杰 李静 李琳)