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背景和目的: 心脏性猝死(SCD)是一个严峻的公共卫生问题,其最终途径为致命性室性快速型心律失常(LVTA),包括室速(VT)和室颤(VF),寻找 LVTA的代谢标记物,可为LVTA-SCD临床防治及法医鉴定提供新的依据。本研究建立乌头碱及心肌缺血诱发的两种LVTA-SCD大鼠模型,应用GC-MS及1H-NMR代谢组学技术,分析其心肌及血清的代谢轮廓,探讨代谢通路,筛选相关代谢标记物。 材料与方法: 1、LVTA模型:雄性SD大鼠,250~500g,麻醉成功后,监测II导联心电。模型I,尾静脉注乌头碱,发生LVTA-SCD(ACO),23只,麻醉致死为其对照(PI),14只;模型II,行左冠脉结扎术,发生心肌缺血-LVTA-死亡者即造模成功(CAL-T),14只;发生心动过缓-SCD为其对照(CAL-N),7只;另部分后发生阵发性TV、VF,70min内未死者归为CAL-M组,15只。死后取心脏及腹腔静脉血并分离血清,-80℃冻存。 2、代谢组学分析:GC-MS和1H-NMR检测代谢谱,PCA及PLS-DA建模,观察代谢轮廓,NIST库对代谢物定性,相对含量用t检验判断差异显著性。应用MedCalc软件计算代谢物AUC,MDR进行层次聚类分析,结合热图热聚类情况,挑选诊断价值较高的代谢物作CRT分析。 结果: 1、心肌的代谢轮廓 基于GC-MS及1H-NMR谱,ACO与PI比较,CAL-LVTA三组比较,PCA和PLS-DA得分图均显著分开,提示其代谢轮廓差异显著。 2、心肌差异代谢物 ①与对照比较,ACO大鼠心肌的尿素、肌酐、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸、磷酸酯、谷氨酸、胆碱、天冬氨酸、乳酸、琥珀酸、氮胸腺嘧啶、亚硫酸盐和ADP均显著升高,异亮氨酸、缬氨酸、山梨糖、亚麻酸、戊酸、亮氨酸、反油酸、次黄嘌呤、亮氨酸、豆蔻酸、棕榈酸、苯丙氨酸、硬脂酸、甘油、乙醇、丙氨酸、牛磺酸和肌苷均显著下降(P<0.05或VIP>1,下同)。 ②与CAL-N比较,CAL-T大鼠心肌代谢物精氨酸、胆碱、磷酸酯、ADP、甘油磷酸胆碱、牛磺酸和乳酸均显著升高,甘油、硬脂酸、棕榈酸、葡萄糖和α-酮戊二酸均显著下降。 3、LVTA的代谢通路 LVTA心肌脂肪酸β-氧化、糖无氧酵解、支链氨基酸代谢增强,TCA受抑制,其它氨基酸,如谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等代谢也受扰动,提示LVTA发生时,心肌能量过度消耗、离子失衡、氧化应激、细胞毒性及膜损伤等状况。 4、差异代谢物的诊断潜能 心肌硬脂酸、亮氨酸和缬氨酸共同具有诊断LVTA较高的准确率,AUC0.943,特异性85.7%,敏感性96.0%。在CRT中,其对LVTA诊断的准确率达92.9%,且这三种代谢物均与心律失常参数具有一定的相关性。 5、血清异性代谢物 与PI组比较,ACO-LVTA血清豆蔻酸和尿素明显降低;谷氨酰胺、脯氨酸、乳酸、棕榈酸乙酰天冬氨酸、碳酸盐、苯丙氨酸、磷酸盐、丙氨酸、乙酸、谷氨酸、亚硫酸盐、羟胺和异亮氨酸均明显升高。与CAL-N比较,CAL-T血清尿素、棕榈酸和丙氨酸明显降低;乳酸、天冬酰胺、鸟氨酸、磷酸、羟胺、柠檬酸、丝氨酸、甘氨酸和异亮氨酸均明显升高。 结论: 1、建立两种LVTA大鼠模型,分别代表心肌离子通道异常和心肌缺血所致LVTA。 2、两LVTA模型的心肌具有共同的代谢特征,包括LVTA脂肪酸β-氧化、糖无氧酵解增强,TCA受抑制,氨基酸代谢紊乱。 3、心肌硬脂酸、亮氨酸和缬氨酸协同获得较高的诊断LVTA准确率。 4、代谢组学方法有望用于法医实践,进行包括SCD的各种死因鉴定。