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第一部分:致心律失常性心肌病的临床病理图谱研究:“阜外分型”
研究目的:致心律失常性心肌病(arrhythmogenic cardiomyopathy， ACM)最初被认为是一种主要以右心室纤维脂肪组织替代为主要病理特点的遗传性心肌病。近年来的研究显示ACM在其临床、遗传及病理表现上具有高度的异质性。遗传学上桥粒基因突变是其主要致病基因，但有另外10余种基因被证实为ACM的致病基因;病理学上从既往认为的右室为主的病理累及，逐渐拓展到左右室同时受累，甚至出现左室为主的病理表型。本研究旨在阐明ACM的临床病理特征图谱，构建ACM的临床病理分型，并关注ACM的临床特点、基因型和病理表型三者之间的联系。
研究方法:本研究收集60例ACM移植心脏标本，进行符合国际规范的全面病理学检查。对每个心脏心室中份的六个代表性解剖节段进行组织病理学马松染色，运用数字病理与图像分割相结合的方法提取心肌、纤维及脂肪成分的含量与分布特征。进而利用无监督的聚类分析算法基于病理特征构建ACM的病理分型。进一步评估患者的临床特征、基因型、核磁共振影像学特征，并结合病理分型进行相关性分析，最终绘制出ACM疾病亚型的临床病理特征图谱。ACM领域国际顶尖专家一致评议后将此分型命名为“阜外分型”。
研究结果:本研究首先初步描绘了60例ACM心脏的纤维脂肪成分含量与分布情况，总体上ACM以右室脂肪累及伴残余心肌减少为主要特征，但各个部位的病理累及情况异质性很大。通过无监督聚类方法构建了4类ACM病理亚型，他们分别具有不同的纤维脂肪分布特征，同时伴随特征性的基因型以及临床表型。“阜外Ⅰ型”患者主要携带桥粒突变(DSP基因突变除外)，在较早期接受心脏移植，整个右心室被大量脂肪组织全层替代，左室的后外侧壁也出现纤维脂肪组织浸润，该亚型与经典所认为的“桥粒心肌病”相符。“阜外Ⅱ型”患者心脏主要携带非桥粒基因突变，同时右室表现为局灶性的纤维脂肪替代和左室少量纤维浸润，且纤维化主要以心肌细胞周围间质弥散性分布为主。“阜外Ⅲ型”患者包含携带桥粒基因DSP突变的患者，心脏病理表现为右室中等程度的纤维脂肪浸润，并伴随严重的左室受累，呈现左右室平行受累的特征，因此临床上可以认为是双室心肌病。“阜外Ⅳ型”患者的遗传背景尚不明确，病理表现为右室轻微或无纤维脂肪累及，左室出现严重的纤维脂肪浸润，呈现左室为主的特征表现。相关性分析显示ACM心电图和超声指标与心室病理重塑具有密切相关性，多元回归分析表明胸导联QRS波振幅是右室残余心肌独立预测指标。同时，在核磁共振影像学验证队列(n=92)中也证实该指标对死亡和移植终点事件具有良好的预测价值。
研究结论:本研究提出了ACM全新分型，表明基因型决定病理表型并提示着不同的潜在发病机制。“阜外Ⅰ型”的基因型和临床病理特征最为典型，符合“桥粒心肌病”特征。胸导联QRS波振幅是反映右室重构进程的独立预测指标，并可预测ACM患者的移植及死亡终点事件。
关键词:致心律失常性心肌病;心血管病理;病理分型;基因型-表型相关性;心脏移植;阜外分型
第二部分:致心律失常性心肌病的酮体代谢重塑及其临床转化研究
研究目的:致心律失常性心肌病(arrhythmogenic cardiomyopathy，ACM)是一类遗传性心肌病，可以导致致死性心律失常和心脏功能不全，是造成35岁以下青年人及运动员猝死的重要病因之一。心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)可以作为首发症状出现在这些隐匿期的患者身上，因此存在极大的疾病风险。因此，早期诊断ACM或对患者及其亲属进行危险分层对于防治ACM具有重要的临床价值，目前尚缺乏相关生物标志物。近期研究表明ACM存在代谢失调表现，本研究旨在研究ACM的脂肪酸及其相关酮体代谢重塑特征，并发掘能够反映疾病进展和预测心律失常风险事件的相关代谢标志物。
研究方法:本研究首先纳入发现队列探究ACM能量代谢重塑，其中包括13例ACM移植患者心脏与血浆、13例正常供体心脏、13例健康志愿者血浆、13例扩张性心肌病(dilatedcardiomyopathy，DCM，左心衰对照)以及20例肺动脉高压(pulmonaryarteryhypertension，PAH，右心功能不全对照)患者血浆。运用蛋白质组学分析ACM心脏能量代谢通路蛋白表达水平，通过qPCR、Westernblot和Northernblot进一步验证相关基因表达改变。血浆生化检测不同组别的β羟基丁酸(β-hydroxybutyrate，β-OHB)水平，靶向定量代谢组学检测心肌脂肪酸及酮体相关代谢通路的代谢水平。构建了携带桥粒基因突变的ACM患者来源的诱导多能干细胞来源的心肌细胞(induced pluripotent stem cell-cardiomyocytes，iPSC-CM)模型，体外模拟疾病进程，并观测酮体代谢改变。本研究还纳入ACM小鼠模型(Myh6-Cre:Dspw/f)，获取疾病早期(4月龄)和晚期(12月龄)的心脏及肝脏组织，进行酮体代谢相关通路的基因表达分析。最后，本研究纳入了一个包含221人的临床验证队列并进行血浆β-OHB检测，包含65名ACM先证者，94名一级、二级亲属，以及62名健康志愿者。临床统计分析揭示血浆β-OHB水平与ACM疾病进程以及心律失常风险事件的相关性。
研究结果:本研究首先利用定量蛋白质组学结合靶向代谢物分析，发现ACM右室心肌酮体代谢通路高度激活，表现为酮体氧化关键酶OXCT1以及酮体生成关键酶HMGCS2均显著升高。ACM患者血浆β-OHB水平显著高于正常组、DCM以及PAH组，提示ACM可能具有特殊的酮体代谢机制。进一步获取了心脏冠状动脉与冠状静脉窦配对的血浆，通过对比发现终末期心衰状态下的ACM酮体利用未见明显增强，而在其疾病早期心脏呈现轻微的酮体生成和释放现象。病理诱导下的ACMiPSC-CMs在病程早期(0.5-1周)即可生成β-OHB并释放出来，而到终末期(3.5周以后)心肌细胞出现能量衰竭，从而停止生成β-OHB。病变细胞中的酮体代谢基因尤其是酮体生成基因HMGCS2含量也显著升高。转基因小鼠模型实验揭示ACM早期肝脏未出现酮体生成活化的现象(进一步证实早期ACM患者血浆酮体升高来源于肝外生酮作用)，而终末期ACM小鼠肝脏酮体生成显著激活，并可能成为该时期ACM患者血浆β-OHB升高的主要来源。定量代谢组学揭示了ACM患者终末期心脏能量代谢呈现能量耗竭状态，表现为长链脂肪酸及葡萄糖的利用障碍;心肌中链脂肪酸代谢和利用显著增强，可能作为一种替代性能量底物，而酮体利用未见明显增强。临床验证队列结果显示与正常志愿者相比，ACM患者的血浆β-OHB显著升高。有恶性心律失常事件(major adverse cardiac events，MACE)的ACM患者β-OHB水平显著高于无MACE的患者，且经多元回归校正后，β-OHB仍是MACE事件的独立危险因素。β-OHB水平在疾病隐匿期的可疑亲属中已显著高于完全正常的个体，提示可以用于疾病早期识别。
研究结论:本研究首次证实人心脏在疾病状态(如ACM)下可以作为肝外生酮器官，并能够提高外周血浆中酮体含量。血浆酮体β-OHB能够早期识别隐匿期ACM患者，对家系筛查和亲属管理具有重要参考意义。血浆酮体β-OHB同时可以作为预测ACM患者MACE事件的潜在标志物，具有重要的临床转化价值。
研究目的:致心律失常性心肌病(arrhythmogenic cardiomyopathy， ACM)最初被认为是一种主要以右心室纤维脂肪组织替代为主要病理特点的遗传性心肌病。近年来的研究显示ACM在其临床、遗传及病理表现上具有高度的异质性。遗传学上桥粒基因突变是其主要致病基因，但有另外10余种基因被证实为ACM的致病基因;病理学上从既往认为的右室为主的病理累及，逐渐拓展到左右室同时受累，甚至出现左室为主的病理表型。本研究旨在阐明ACM的临床病理特征图谱，构建ACM的临床病理分型，并关注ACM的临床特点、基因型和病理表型三者之间的联系。
研究方法:本研究收集60例ACM移植心脏标本，进行符合国际规范的全面病理学检查。对每个心脏心室中份的六个代表性解剖节段进行组织病理学马松染色，运用数字病理与图像分割相结合的方法提取心肌、纤维及脂肪成分的含量与分布特征。进而利用无监督的聚类分析算法基于病理特征构建ACM的病理分型。进一步评估患者的临床特征、基因型、核磁共振影像学特征，并结合病理分型进行相关性分析，最终绘制出ACM疾病亚型的临床病理特征图谱。ACM领域国际顶尖专家一致评议后将此分型命名为“阜外分型”。
研究结果:本研究首先初步描绘了60例ACM心脏的纤维脂肪成分含量与分布情况，总体上ACM以右室脂肪累及伴残余心肌减少为主要特征，但各个部位的病理累及情况异质性很大。通过无监督聚类方法构建了4类ACM病理亚型，他们分别具有不同的纤维脂肪分布特征，同时伴随特征性的基因型以及临床表型。“阜外Ⅰ型”患者主要携带桥粒突变(DSP基因突变除外)，在较早期接受心脏移植，整个右心室被大量脂肪组织全层替代，左室的后外侧壁也出现纤维脂肪组织浸润，该亚型与经典所认为的“桥粒心肌病”相符。“阜外Ⅱ型”患者心脏主要携带非桥粒基因突变，同时右室表现为局灶性的纤维脂肪替代和左室少量纤维浸润，且纤维化主要以心肌细胞周围间质弥散性分布为主。“阜外Ⅲ型”患者包含携带桥粒基因DSP突变的患者，心脏病理表现为右室中等程度的纤维脂肪浸润，并伴随严重的左室受累，呈现左右室平行受累的特征，因此临床上可以认为是双室心肌病。“阜外Ⅳ型”患者的遗传背景尚不明确，病理表现为右室轻微或无纤维脂肪累及，左室出现严重的纤维脂肪浸润，呈现左室为主的特征表现。相关性分析显示ACM心电图和超声指标与心室病理重塑具有密切相关性，多元回归分析表明胸导联QRS波振幅是右室残余心肌独立预测指标。同时，在核磁共振影像学验证队列(n=92)中也证实该指标对死亡和移植终点事件具有良好的预测价值。
研究结论:本研究提出了ACM全新分型，表明基因型决定病理表型并提示着不同的潜在发病机制。“阜外Ⅰ型”的基因型和临床病理特征最为典型，符合“桥粒心肌病”特征。胸导联QRS波振幅是反映右室重构进程的独立预测指标，并可预测ACM患者的移植及死亡终点事件。
关键词:致心律失常性心肌病;心血管病理;病理分型;基因型-表型相关性;心脏移植;阜外分型
第二部分:致心律失常性心肌病的酮体代谢重塑及其临床转化研究
研究目的:致心律失常性心肌病(arrhythmogenic cardiomyopathy，ACM)是一类遗传性心肌病，可以导致致死性心律失常和心脏功能不全，是造成35岁以下青年人及运动员猝死的重要病因之一。心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)可以作为首发症状出现在这些隐匿期的患者身上，因此存在极大的疾病风险。因此，早期诊断ACM或对患者及其亲属进行危险分层对于防治ACM具有重要的临床价值，目前尚缺乏相关生物标志物。近期研究表明ACM存在代谢失调表现，本研究旨在研究ACM的脂肪酸及其相关酮体代谢重塑特征，并发掘能够反映疾病进展和预测心律失常风险事件的相关代谢标志物。
研究方法:本研究首先纳入发现队列探究ACM能量代谢重塑，其中包括13例ACM移植患者心脏与血浆、13例正常供体心脏、13例健康志愿者血浆、13例扩张性心肌病(dilatedcardiomyopathy，DCM，左心衰对照)以及20例肺动脉高压(pulmonaryarteryhypertension，PAH，右心功能不全对照)患者血浆。运用蛋白质组学分析ACM心脏能量代谢通路蛋白表达水平，通过qPCR、Westernblot和Northernblot进一步验证相关基因表达改变。血浆生化检测不同组别的β羟基丁酸(β-hydroxybutyrate，β-OHB)水平，靶向定量代谢组学检测心肌脂肪酸及酮体相关代谢通路的代谢水平。构建了携带桥粒基因突变的ACM患者来源的诱导多能干细胞来源的心肌细胞(induced pluripotent stem cell-cardiomyocytes，iPSC-CM)模型，体外模拟疾病进程，并观测酮体代谢改变。本研究还纳入ACM小鼠模型(Myh6-Cre:Dspw/f)，获取疾病早期(4月龄)和晚期(12月龄)的心脏及肝脏组织，进行酮体代谢相关通路的基因表达分析。最后，本研究纳入了一个包含221人的临床验证队列并进行血浆β-OHB检测，包含65名ACM先证者，94名一级、二级亲属，以及62名健康志愿者。临床统计分析揭示血浆β-OHB水平与ACM疾病进程以及心律失常风险事件的相关性。
研究结果:本研究首先利用定量蛋白质组学结合靶向代谢物分析，发现ACM右室心肌酮体代谢通路高度激活，表现为酮体氧化关键酶OXCT1以及酮体生成关键酶HMGCS2均显著升高。ACM患者血浆β-OHB水平显著高于正常组、DCM以及PAH组，提示ACM可能具有特殊的酮体代谢机制。进一步获取了心脏冠状动脉与冠状静脉窦配对的血浆，通过对比发现终末期心衰状态下的ACM酮体利用未见明显增强，而在其疾病早期心脏呈现轻微的酮体生成和释放现象。病理诱导下的ACMiPSC-CMs在病程早期(0.5-1周)即可生成β-OHB并释放出来，而到终末期(3.5周以后)心肌细胞出现能量衰竭，从而停止生成β-OHB。病变细胞中的酮体代谢基因尤其是酮体生成基因HMGCS2含量也显著升高。转基因小鼠模型实验揭示ACM早期肝脏未出现酮体生成活化的现象(进一步证实早期ACM患者血浆酮体升高来源于肝外生酮作用)，而终末期ACM小鼠肝脏酮体生成显著激活，并可能成为该时期ACM患者血浆β-OHB升高的主要来源。定量代谢组学揭示了ACM患者终末期心脏能量代谢呈现能量耗竭状态，表现为长链脂肪酸及葡萄糖的利用障碍;心肌中链脂肪酸代谢和利用显著增强，可能作为一种替代性能量底物，而酮体利用未见明显增强。临床验证队列结果显示与正常志愿者相比，ACM患者的血浆β-OHB显著升高。有恶性心律失常事件(major adverse cardiac events，MACE)的ACM患者β-OHB水平显著高于无MACE的患者，且经多元回归校正后，β-OHB仍是MACE事件的独立危险因素。β-OHB水平在疾病隐匿期的可疑亲属中已显著高于完全正常的个体，提示可以用于疾病早期识别。
研究结论:本研究首次证实人心脏在疾病状态(如ACM)下可以作为肝外生酮器官，并能够提高外周血浆中酮体含量。血浆酮体β-OHB能够早期识别隐匿期ACM患者，对家系筛查和亲属管理具有重要参考意义。血浆酮体β-OHB同时可以作为预测ACM患者MACE事件的潜在标志物，具有重要的临床转化价值。