高能磷酸化治疗与缺血性心脏病.ppt

,高能磷酸化治疗 在缺血性心脏病中的临床应用探讨 昆明市第一人民医院甘美国际医院 卢竞前,主要内容,2,10万 次,6 公斤 还是35公斤？,每日心脏收缩,每日ATP消耗,仅供跑100米之需,心脏耗能居所有器官之首，但心脏能量的储备却极少，成年心室组织ATP约为 5mol/g, 仅维持50次心跳,心肌能量储备,100 米,维持正常心功能15秒,心肌能量消耗,心脏是一个高耗能、低储备的器官,低效途径：合成单位ATP需6.3分子氧,高效途径：合成单位ATP需5.6分子氧,葡萄糖氧化,脂肪酸氧化,约占心肌供能的70%,约占心肌供能的30%,FABPpm:细胞质膜脂肪酸结合蛋白；GLUT：葡萄糖转运蛋白； CM：乳糜微粒；PDH：丙酮酸脱氢酶；VLDL：极低密度脂蛋白,FACS：脂酰CoA 合酶,FABPpm：细胞质膜脂肪酸结合蛋白,肉毒碱棕榈酰基转移酶（PCrT-1）,心肌线粒体,正常心肌能量代谢特征,不同途径的代谢率是由动脉底物的浓度、激素、冠脉流量、收缩力的状态以及营养状况所决定。 心肌能量代谢受发育、饮食、病生状态等的动力调节。,Huss JM, Kelly DP. Circulation research, 2004, 95:568-578.,正常心肌能量代谢受不同因素调节,糖代谢： 有氧氧化限制；糖酵解成为缺氧状态下有效代谢方式，但产乳酸过多，损害心肌细胞； 脂代谢：此时，脂肪酸氧化耗能大，脂酰辅酶A 经脱氢、加水、再脱氢，硫解为乙酰辅酶A； 而缺氧时，这条途径受限，会导致游离脂肪酸堆积;,缺血缺氧状态下的心肌能量代谢,6,British Journal of Pharmacology. 2014;171: 20802090,冠心病,心衰,糖尿病性心肌病,冠心病与心衰患者均存在心肌能量代谢异常,J Am Coll Cardiol. 2009 October 20; 54(17): 15611575.,心绞痛,心衰,心肌缺血瀑布,缺血瀑布显示出伴随缺血程度等级的加重和时间的延长，心肌序贯出现从灌注、舒张和收缩、室壁运动、复极、到相应的症状表现等一系列变化 在缺血早期心肌氧供失衡的较短时间内即已经出现代谢改变,在冠心病缺血事件链的早期即出现心肌代谢变化,Murphy E, et al. Circ Res. 2016，118:1960-1991,2016 AHA科学声明 线粒体的功能、生物学特性及在疾病中的作用,心肌代谢治疗在心血管疾病中的作用越来越受到重视,线粒体DNA突变,细胞核DNA突变 线粒体蛋白,获得性线粒体 缺陷,线粒体动力学缺陷,线粒体自噬缺陷,蛋白质转换缺陷,代谢信号传导变化,生物能量代谢缺陷,钙转运缺陷,细胞死亡通路缺陷,活性氧缺陷,心肌细胞死亡,Circ Res. 2016;118:1960-1991,正如科学声明最后的总结：数据显示线粒体在心血管疾病中扮演重要角色，特别是在心肌缺血和向心衰的转归中,线粒体心肌代谢在心肌缺血、与向心衰的转归中扮演重要角色,定义,作用,心肌能量代谢治疗,指不改变心率、血压和冠脉 血流下，改善心肌细胞能量谢 过程，使心肌细胞获得更多能量物质，保持细胞功能和完整性的治疗方法； 不影响功能和耗能的过程， 仅利用有限的氧气、底物资源来产生更多的能源物质，消除代谢产物的不良影响,促进人体自身产生更多的能源 消除代谢产物的不良影响 改善治疗心血管疾病症状、预后,11,1929年，Drury和Szent-Gyorgyi描述了腺苷类物质在心脏和血管中的潜在应用,1962年，极化液首次被用于治疗AMI,70年代初，发现辅酶Q10具有 心脏保护作用 1978年，曲美他嗪上市 70年代,磷酸肌酸发现具有心脏 保护作用,2006年，雷诺嗪上市，用于治疗慢性稳定性心绞痛 2000年，乙莫克舍被证实可能具有改善人类心脏功能的潜在作用,1985年，左卡尼汀被证实可能改善心绞痛发作频率 1988年，Dichloroacetate被证实可能改善CAD患者的心脏功能,1992年，发现核糖可能与CAD患者的缺血耐受性有关 动物实验证实，谷氨酸和天冬氨酸可影响梗死后心脏功能,Eur Heart J Supplements ,1999 , (1) :29 Heart J ,1999 , ( suppl 1) :22 Eur Heart J ,1999 ,1 (suppl 0) :1 Current Pharmaceutical Design, 2009, 15, 841-849,2014欧洲与中国冠心病 指南、 2014中国心衰指南明确了心肌代谢药物对心脏治疗的有益作用,心肌能量代谢的探索历程,12,缺血性心脏病的干预治疗发展历程,主要内容,14,左卡尼汀 曲美他嗪 1,6二磷酸果糖（FDP） 磷酸肌酸,经氧化反应糖酵解供给能量,经氧化反应脂酵解供给能量,先天优势：无需耗氧，直接供能,常用的心肌能量代谢药物,15,糖 脂肪 蛋白质 （某些氨基酸）,FDP,CO2+H2O+ATP,三羧酸循环,氧化磷酸化,左卡尼汀,曲美他嗪,磷酸肌酸可穿透细胞膜，即刻无氧供能*,*Evaluation and analysis of drug-use in hospitals of China 2016 Vol.16 No.1,磷酸肌酸：即刻起效，无氧供能,FDP、曲美他嗪、左卡尼汀 通过影响糖酵解通道间接产生ATP供能 30分钟后，需氧 PCr通过进入细胞释放高能磷酸键合成ATP直接供能 即刻起效* ，不须氧,16,线粒体,ATP 是主要的现存能量 1927 年，在肌肉中发现了PCr高能磷酸 键不能直接用，需交回ATP，是一种快的 再生形式, 通过CK 系统,主要功能是扮演 时间能量缓冲器：另外，还有一些功能功 能不PCr 有关. 表现为丌同类型的CK 亚型,肌肉收缩时的PCr 的降解，产生了游离肌酸(Cr)；1962年发现，抑制调控PCr 转换为Cr 的酶(CK)，则ATP 水平快速下降，降至肌肉不再能够收缩的水平；表明PCr系统在促迚心肌能量再合成过程中十分重要,Einstein. 2014;12(1):126-31,肌质,磷酸肌酸转运ATP至心肌细胞，以维持心脏收缩功能,抑制调控PCr 转换为Cr 的酶(CK)， 则ATP 水平快速下降,17,-30,-2520,-1510,-105,-50,05,510,1015,20,能量储备（PCr/ATP）变化比例（%）,n=426，疑似CAD患者及确诊CAD参照患者，其中疑似CAD患者行核磁波谱评价其心肌能量储备，随访3年,Circulation. 2004;109:2993-2999.,WISE研究*,*心血管事件指死亡、心肌梗死、充血性心衰、不稳定性心绞痛入院，脑卒中,-3025,y=-18.90Ln(x)+51.17 R2=0.64,PCr/ATP比值降低程度与心血管事件发生率呈正相关,1. Starling RC, Hammer DF, Altschuld RA. Human myocardial ATP content and in vivo contractile function. Mol Cell Biochem. 1998;180:171-177. 2. Nascimben L, Ingwall JS, Pauletto P, et al. Creatine kinase system in failing and nonfailing human myocardium. Circulation. 1996;94:1894-1901. 3. Ingwall JS, Kramer MF, Fifer MA, et al. The creatine kinase system in normal and diseased human myocardium. N Engl J Med. 1985;313:1050-1054. 4. Katz AM. Is the failing heart energy depleted? Cardiol Clin. 1998;16:633-644, viii.,心血管疾病与磷酸肌酸含量变化：反向关系,严重主动脉瓣狭窄患者的人类心肌活检标本中，发生左心室肥厚及心衰的心脏，其磷酸肌酸池比正常心脏低60%3,4,活检标本的分析表明，发生心衰的心脏，其磷酸肌酸比正常心脏低25%-30% 1,2,磷酸肌酸 下降 25-30%,磷酸肌酸 下降 60%,19,31磷磁共振波谱(31P MRS) ，唯一工具评价人心肌高能磷酸HEP(high-energyphosphate体内代谢的工具； 心肌HEP代谢表现为代谢的稳定性，以便在负荷增加时，维持持久的PCr 和ATP 的水平平衡； PCr/ATP 比值，反映肌酸再磷酸化率(creatine rephosphorylation rate) 和心肌细胞的线粒体功能,PLoS ONE. 2016, 9(6): e97368,磷酸肌酸系统对心肌细胞能量平衡稳态的影响,31P MRS 研究显示，在心肌缺血和各种结构性心脏病、DM 和其他代谢性疾病时，心脏PCr/ATP 比值显著下降，但不具有病因特异性,20,总死亡率(%),心血管死亡率(%),Neubauer S， Horn M， Cramer M， et al. Myocardial phosphocreatine-to-ATP ratio is a predictor of mortality in patients with dilated cardiomyopathy. Circulation. 1997：96:2190-2196.,共39名扩张性心肌病患者：分组情况如下 第一组：比值1.6=19人，健康人=30人；第二组比值1.6=20人，其中8人死亡（心血管事件） 19名患者/比值正常的有2名死亡（总死亡率11%); 1名死于心血管事件,不论PCr 减低，是原因还是结果，均表示一个不利的预示信号 PCr/ATP比值下降，是扩张性心肌病、其他心脏病死亡的强预测因子,PCr/ATP比值下降- 是扩张性心肌病、其他心脏病死亡的强预测因子,21,有研究发现，老人PCr 和ATP 浓度均降低，PCr 和c-ATP 的真实浓度，随年龄下降； 新近一项健康人研究，也证实不仅真实浓度，而且左心室PCr/ATP 比值也呈随龄性下降； 另有研究发现，CK 活性随年龄增加而下降，继而导致持续性的细胞内的PCr 水平下降；,高龄：ACS住院患者中75岁的患者占40%1,老年人心脏高能磷酸代谢的改变：PCr/ATP比值随年龄增高而下降,1,Alexander KP,et al.Circulation.2007;115(19):2549-2569. 2,PLoS ONE. 2016, 9(6): e97368,研究主要结果：随年龄增加，线粒体功能的丢失和损害，氧化磷酸化过程显著降低； 补充PCr 在老年心血管病人中，可能受益更大；,22,The differences in LV PCr/b-ATP ratios were significant (p0.001) between all groups.,散点图显示196名健康志愿者的年龄与左心室磷酸肌酸PCr和ATP比值呈反比例线性关系。,PLoS ONE.2016, 9(6): e97368.,老年人心脏高能磷酸代谢的改变：PCr/ATP随年龄增高而下降,23,主要内容,24,1Guzun R, Timohhina N, Tepp K, et al. Systems bioenergetics of creatine kinase networks: physiological roles of creatine and phosphocreatine in regulation of cardiac cell function. Amino Acids. 2011;40:1333-1348 2刘瑛琪，李天德，任艺虹，等磷酸肌酸对心肌细胞线粒体的保护作用J. 心脏杂志,2004,16(1):14_16 3 Branovets et al. 2013,缺血性心脏病时补充磷酸肌酸/肌酸：多重机制，多重获益,25,缺血性心脏病时补充磷酸肌酸/肌酸：稳定ATP浓度,1Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery 23 (2016) 637647; Amino Acids (2016) 48:19551967 2Kubler and Katz 1977,心肌细胞显著依赖于有氧代谢，与其不停顿的做功有关1 缺氧引起的中等程度ATP 合成下降，损害心肌收缩力，活动受限，预防进一步的ATP 缺乏导致的不可逆性的心肌丢失2,作为能量“ATP” 的贮备和调控剂的磷酸肌酸，具有稳定细胞内ATP 浓度和转运的重要介质1,26, PCr 在心脏也具有多效性，如PCr 直接结合红细胞膜，对抗机械刺激和氧化应激，稳定细胞膜1, Cr 不仅稳定心肌细胞膜2，还在肝细胞中过表达线粒体CK ，后者降低氧化应激，维持线粒体通透性转运孔(mPTP) 的关闭3, 补充Cr 降低小鼠心脏中的mPTP 孔道开放4； 还降低一些心血管危险因素，例如高半胱氨酸、脂质过氧化等5,缺血性心脏病时补充磷酸肌酸/肌酸：发挥生理性能力储备,1Tokarska-Schlattner et al. 2012 2 Zucchi et al. 1989 3 Dolder et al. 2003 4 Lygate et al. 2012 5 Deminice et al. 2009,补充到心脏中的肌酸，主要利用Cr改善能量代谢，以PCr 形式，发挥最大的、生理性的能量贮备作用,27,缺血性心脏病时补充磷酸肌酸：在心肌细胞应激状态发挥重要作用,转基因小鼠-缺乏GAMT 酶，不能合成肌酸；故降低了心肌细胞收缩贮备；增加了再灌注损伤引起的PCr/Cr 缺乏，导致显著缺血的易感性 PCr 可以保护缺氧应急的心肌，可以显著改善安静状态下反映心收缩脏功能的多项参数1 Branovets 发现， GAMT 酶缺乏的动物心肌细胞，补充PCr可以保护线粒体结构和细胞内亚细胞器的生物膜肌浆网、肌纤维膜等2,1 Hove et al. 2005 2 Branovets et al. 2013,28,缺血性心脏病时补充磷酸肌酸：改善微循环,抑制血小板聚集 有效改善缺血部位血供 PCr能与致使血小板凝聚的ADP共同作为血液中肌酸激酶的底物参与酶反应，使血小板从凝聚状态变成松散状态，使心肌缺血带的微循环得到改善,29,直径40m的小动脉通过心肌的代谢活动来调节（非内皮依赖性），代谢增加引起小动脉的舒张，从而导致40-100m的小动脉内压力下降及肌源性扩张，而后者又引起上游血流增加从而引起内皮依赖性的血管扩张,生化机制的实验性及临床研究表明，心肌缺血期间心肌细胞高能磷酸盐减少：CrP &ATP。高能磷酸盐的减少程度与心肌结构及功能改变的严重程度相关联。,Ettore Strumia Francesco Pelliccia Giuseppe DAmbrosio，Adv Ther (2012) 29(2):99-123. DOI 10.1007/s12325