研究背景慢性心力衰竭(chronic heart failure, CHF)是因各种原因导致心脏结构和或功能异常引起的一组复杂临床综合征,具有较高的患病率和死亡率。尽管慢性心衰的发病机制和治疗方法已取得了很大进步,其预后仍然很差。较早地识别出严重的心衰患者并对他们进行积极的治疗能显著改善心衰患者的预后。目前临床上有多种指标能对慢性心衰患者预后进行评估。纽约心功能分级法(NewYork Heart Association, NYHA)、6分钟步行试验、心肺运动实验及心功能A-D分期法均能对慢性心衰的严重程度进行粗略评估,但这些方法存在着带有诊断者不同程度的主观色彩或操作繁琐等不足。N末端脑钠尿肽前体(N-terminal pro-B-type natriuretic peptide,NT-proBNP)虽能较好地反映急性心衰的严重程度,但其对慢性心衰严重程度中的评估价值远不及对急性心衰的评估价值高。探索新的慢性心力衰竭生物学标志物成为近年来的研究热点,代谢组学研究显示,心衰患者血清中会出现一些代谢产物的变化,一些小样本的临床研究还显示这些代谢产物浓度的高低与心功能有关。α酮戊二酸是三羧酸循环中的重要中间代谢产物,新近的研究显示心衰患者血清α酮戊二酸水平升高,但血清a酮戊二酸与心衰严重程度及患者的预后是否有关,目前尚不得而知。研究显示衰竭心肌呈现能量“饥饿”状态。心肌能量消耗(myocardial energyexpenditure, MEE)是衡量心脏作功时心肌细胞生物能量消耗的有效指标,可从心肌生物能量学的角度有效评价慢性心力衰竭患者心室重构及心功能情况。多项临床研究及我们前期的研究已经证实MEE与心肌肥厚及心功能严重程度密切相关,MEE愈高,心衰也就愈严重。目前评价心脏能量消耗的方法包括磁共振波谱法、PET (positron emission computed tomography)和超声心动图法,前两种方法因为操作复杂、设备昂贵很难在临床上广泛开展。超声心动图法虽具有价廉、易于推广的优点,但易受操作者主观因素的影响。探寻慢性心力衰竭时MEE改变的血清学生物标志物是心血管领域内一项重要的研究课题。心衰患者存在着线粒体功能障碍、能量代谢异常和代谢重构。PGC-1α (peroxisome proliferator-activated receptor y coactivator-1 alpha)是过氧化物酶体增殖物激活受体PPAR y(peroxisome proliferator-activated receptory,PPARy)的转录共激活因子,主要调控机体的能量代谢。PGC-1α的表达异常将会对心肌线粒体功能及能量代谢产生重要影响,研究显示心衰时心肌PGC-1α表达下调,线粒体功能障碍、脂肪酸氧化分解能力下降。PGC-1α表达下调可能会对三羧酸循环中一些中间代谢产物的浓度产生影响。基于上述心力衰竭研究领域中存在的一些问题,本研究将分三部分,分别探讨血清α酮戊二酸能否反映慢性心衰的严重程度及心衰患者的短期预后；α酮戊二酸是否能成为心肌能量消耗的血清学标志物；心衰时血清α酮戊二酸下降是否与PGC-1α下降有关。希望通过本研究的实施能对心衰的代谢改变及其干预方法提供必要的线索。第一章慢性心力衰竭患者血清α酮戊二酸水平的改变及其与心衰严重程度和短期预后间的关系本研究采用LC/MS/MS检测慢性心衰患者血清a酮戊二酸浓度,通过比较不同NYHA级别及NT-proBNP水平的慢性心衰患者血清α酮戊二酸间差异,观察血清α酮戊二酸能否反映慢性心衰严重程度,并评估其对心衰患者短期预后的预测价值。材料与方法：选取慢性心力衰竭患者219例,平均年龄66.00(55.00-72.00)岁,其中男性127例,女性92例。选取同期的健康体检者66例,平均年龄63.50(51.75-70.00)岁。所有入选者采血前一周无服用减肥药等影响代谢的药物,心衰患者行口服葡萄糖试验。空腹8小时后于清晨6：00左右抽取静脉血,40C 3000g离心15min后分别收集血清和血浆,分装后置于-80℃低温冰箱备用。血清α酮戊二酸含量采用LC/MS/MS法检测。按照相应试剂盒说明书的操作方法测定心衰患者血肌酐、总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、游离T3 (free triiodothyronine, FT3)、游离T4 (free thyroxine,FT4)、促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone, TSH)及NT-proBNP。肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)按简化的MDRD公式计算。心衰患者行彩色多普勒超声检查,测定左室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)。分别按NYHA心功能分级及NT-proBNP四分位间距数将慢性心衰患者分为NYHAⅠ、 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四组和NT-proBNP 1、2、3、4四组,比较四组间a酮戊二酸及其它生化指标的差异。以EF值45%为界,将心衰患者分为LVEF降低心衰组(heart failure with reduced left ventricular ejection fraction, HF-REF组)和LVEF保留心衰组(heart failure with preserved left ventricular ejection fraction, HF-PEF组),比较两组间a酮戊二酸及其它生化指标的差异。所有患者出院后随访8个月,获得患者是否因心衰再次入院、再次入院离上次出院时间间隔、是否死亡等信息。结果：1、心衰患者[13.72μg/ml (6.14μg/ml-27.81μg/ml)]血清α酮戊二酸水平高于对照组[10.58μg/ml (7.69μg/ml-13.42μg/ml)];2. NYHA Ⅲ组患者[18.77μg/ml (8.51μg/ml-28.56μg/ml)]的血清a酮戊二酸水平高于NYHA Ⅰ组[6.76μg/ml (5.11μg/ml]和Ⅱ组[10.18μg/ml (5.13μg/ml-22.73μg/ml)],P均< 0.05, NYHA Ⅳ组[24.60μg/ml(8.6μg/ml-29.77μg/ml)]也高于NYHAⅠ和Ⅱ组,P均<0.01。NYHAⅠ、Ⅱ两组间及NYHⅢ、 Ⅳ两组间α酮戊二酸差异无统计学意义。3、NT-proBNP 4组[21.52μg/ml (7.58μg/ml-29.86μg/ml)]患者血清α酮戊二酸浓度高于NT-proBNP 1组[8.60μg/ml (5.21μg/ml-16.22μg/ml)]和2组[12.42μg/ml (5.58μg/ml-23.99μg/ml)], P均< 0.05, NT-proBNP3组[23.92μg/ml (10.79μg/ml-29.74μg/ml)]也高于NT-proBNP 1组和2组,P均<0.01。4、HF-REF组[19.66μg/ml (7.81μg/ml-29.86μg/ml)]比HF-PEF组[12.46μg/ml (5.76μg/ml-24.84μg/ml)]a酮戊二酸更高,P=0.006。5、以NYHA心功能Ⅰ,Ⅱ级为轻度心衰,Ⅲ,Ⅳ级为重度心衰作为心衰严重性的判断标准,受试者工作特征曲线(ROC)显示ROC曲线下面积为0.679(95%CI, 0.608-0.750), P= 0.036。a酮戊二酸可用于诊断慢性心衰严重性,α酮戊二酸值越大心衰就越严重。6、以ROC曲线中α酮戊二酸对慢性心衰严重性的诊断切点19.732μg/ml为界,将心衰患者分为低a酮戊二酸组和高α酮戊二酸组。低α酮戊二酸组中NYHA心功能Ⅰ、Ⅱ级患者数为73人,占组内总人数的52.90%。高α酮戊二酸组中NYHA心功能Ⅲ、Ⅳ级患者数为63人,占组内总人数的77.78%。高α酮戊二酸组中NYHA心功能Ⅲ、Ⅳ级人数明显增多,Ⅰ、Ⅱ级人数明显减少。高a酮戊二酸组的NT-proBNP值也显著高于低a酮戊二酸组。7、Kaplan-Meier曲线显示a酮戊二酸≥19.732μg/ml组的事件发生率明显高于<19.732μg/ml组。结论：1、慢性心衰患者血清α酮戊二酸浓度升高；2、血清α酮戊二酸水平能反映慢性心衰严重程度,α酮戊二酸越高心衰就越严重；3、HF-REF心衰组比HF-PEF心衰组具有更低的血清α酮戊二酸水平；4、血清a酮戊二酸愈高,心衰患者短期预后就愈差,a酮戊二酸能反映慢性心衰患者的短期预后。第二章慢性心力衰竭患者血清α酮戊二酸与心肌能量消耗间的关系心肌能量消耗(myocardial energy expenditure, MEE)能较好地评价心肌能量消耗情况。在本章我们将比较不同MEE慢性心衰患者间α酮戊二酸差异,了解a酮戊二酸能否反映MEE的高低,是否能作为其血清学标志物。材料与方法：研究对象及生化指标、血清a酮戊二酸的检测方法同第一章。所有心衰患者行彩色多普勒超声检查,测量左心室收缩末内径(LVIDs)、左心室舒张末内径(LVIDd)、舒张末室间隔厚度(IVSTd)、左室后壁舒张末厚度(LVPWTd)、左室后壁收缩末厚度(PWTs)、左室舒张末期容积(LVEDV)、左室收缩末期容积(LVESV)、左室射血时间(LVET)、左室每搏输出量(LVSV)、心室等容收缩时间(ICT),心室等容舒张时间(IRT)等参数。根据相应的计算公式分别计算出MEE、Tei指数、左室质量指数(LVMI)、LVEF等指标。按MEE的四分位数将心衰患者分为MEE1、MEE2、MEE3、MEE4四组。结果：1、高MEE组患者LVMI、Tei指数及NT-proBNP值比低MEE组增加。MEE四组间α酮戊二酸差异有统计学意义,与MEE1组[8.92μg/ml (4.81μg/ml-16.46μg/ml)]和2组[11.43μg/ml (5.65μg/ml-18.42μg/ml)]相比,MEE3组[16.75μg/ml (9.44μg/ml-28.56μg/ml)](P值分别为0.004,0.032)和4组[26.25μg/ml(12.42μg/ml-30.45μg/ml)](P值分别为0.001,0.005)血清α酮戊二酸水平明显增高。2、以ROC曲线中a酮戊二酸对慢性心衰严重性的诊断切点值19.732μg/ml为界将心衰患者分为低a酮戊二酸组和高a酮戊二酸组。结果显示低a酮戊二酸组患者的MEE水平[81.36cal/systole (54.42cal/systole-142.46cal/systole)]明显低于高α酮戊二酸组[151.69cal/systole (91.75cal/systole-262.94cal/systole)] (P<0.001)。高α酮戊二酸组的NT-proBNP及Tei指数均显著高于低α酮戊二酸组。3、线性相关分析显示α酮戊二酸与Log NT-proBNP(Pearson’s r= 0.283, P< 0.01), eGFR (Pearson’s r= 0.142, P= 0.036), Log LVMI(Pearson’s r= 0.168, P=0.013), NYHA分级(Pearson’s r= 0.284, P<0.01)及Log MEE (Pearson’s r= 0.307,P<0.01)呈正相关。与年龄(Pearson’s r=-0.269, P<0.01)和Log LVEF (Pearson’s r=-0.192, P<0.01)呈负相关。4、Logistic回归显示年龄(OR=1.509,95%CI=1.077 to 2.116, P=0.017)、 NT-proBNP (OR=3.751,95%Cl=1.463 to 9.619, P=0.006)、LVEF(OR=6.961, 95%CI=2.992 to 16.195, P<0.001)及α酮戊二酸(OR=3.108,95%CI=1.334 to 7.241,P=0.009)是影响MEE高低的重要指标。结论：1、慢性心衰患者心衰愈严重MEE就愈高；2、慢性心衰患者血清α酮戊二酸随着MEE的增高而增高；3、血清α酮戊二酸与MEE密切相关,可能是其血清学标志物。第三章心衰患者血清PGC-1α的变化特点及其与α酮戊二酸水平的相关性过氧化物酶体增殖物激活受体辅激活因子(PGC-1α)在维持心肌细胞线粒体生物发生中发挥着重要作用,是心脏发育和能量代谢的关键调控因子。在本章中我们将探讨血清PGC-1α与α酮戊二酸间关系,明确慢性心衰患者血清PGC-1α下降是否是引起血清α酮戊二酸升高的原因。材料与方法：研究对象及生化指标检测、血清α酮戊二酸测定及MEE的测量方法同第一章。采用ELISA法检测慢性心衰患者血清PGC-1α含量。按MEE四分位数及PGC-1α平均数分别将心衰患者分为MEE1、MEE2、MEE3、MEE4四组和高、低PGC-1a两组。结果：1、MEE四组间PGC-1α差异有统计学意义,P<0.001。与MEE 1组(2.22±0.82ng/ml)相比,MEE 3组(1.56±0.78ng/ml)、4组(1.70±0.74ng/ml)血清PGC-1α水平明显降低,P值分别为小于0.001和等于0.004。2、与高PGC-1α组相比,低PGC-1α组拥有更多的NYHA Ⅳ级(23例vs 35例,P=0.022)和更少的NYHA Ⅰ级(28例vs 14例,P=0.041)心衰患者,低PGC-1a组患者LVMI、MEE及NT-proBNP水平明显高于高PGC-1a组,P均小于0.05。而高[10.97μg/ml (5.65μg/ml-26.79μg/ml)]、低PGC-1a[16.65μg/ml (6.90μg/ml-27.32μg/ml)] PGC-la两组间α酮戊二酸差异无统计学意义,P=0.129。3、PGC-la与Log LVEF(Pearson’s r= 0.166, P=0.014)呈正相关,与LogNT-proBNP(Pearson’s r=-0.177, P<0.01), Log a酮戊二酸(Pearson’s r=-0.208, P<0.01)及Log MEE (Pearson’s r=-0.270, P<0.01)呈负相关。4、以α酮戊二酸为因变量的Logistic回归显示年龄(OR=0.649,95%CI=0.472 to0.893, P=0.008), NYHA (OR=1.947,95%CI=1.245 to 3.043, P=0.003), PBG (OR=0.484,95%CI=0.237 to 0.989, P=0.047), MEE (OR=3.441,95%CI= 1.526 to 7.762, P=0.003)是影响α酮戊二酸浓度高低的因素,PGC-1a (OR=0.885, 95%CI= 0.448 to 1.748, P=0.725)不是影响α酮戊二酸水平高低的独立因素。结论：1、心衰患者血清PGC-1a含量下降；2、血清PGC-1a与α酮戊二酸间无相关性,心衰时血清PGC-1a下降不是引起a酮戊二酸升高的原因。