Mitochondriální funkce srdce in a ex vivo (31P)

Kardiovaskulární onemocnění zůstávají hlavní příčinou úmrtí u diabetu 2. typu. Většina z toho je přičítána ateroskleróze a zvýšenému krevnímu tlaku, i když i když jsou tyto faktory korigovány, jsou pacienti s diabetem 2. typu stále vystaveni zvýšenému riziku rozvoje srdečního selhání, zejména prostřednictvím diastolické dysfunkce. Tento jev byl také popsán jako diabetická kardiomyopatie. Ačkoli o etiologii tohoto onemocnění není mnoho známo, existují přesvědčivé důkazy z výzkumu na zvířatech, že zvýšená akumulace intracelulárního srdečního tuku a mitochondriální dysfunkce, jak je vidět u diabetu 2. typu, mohou hrát roli v tomto vývoji.

Důvod snížené mitochondriální funkce u diabetické kardiomyopatie není zcela objasněn, nicméně genová regulační dráha receptoru alfa aktivovaného peroxisomovým proliferátorem (PPAR-α) byla identifikována jako důležitý determinant posunu v metabolismu substrátu a regulaci oxidativního metabolismu u diabetu 2. typu. Ve studiích na zvířatech byla úloha PPARa rozsáhle testována. U myší s kardiálně omezenou nadměrnou expresí PPARα (MHC-PPAR) bylo zjištěno, že PPAR-α se podílí na upregulaci CPT-1 v mitochondriích, což zvyšuje vychytávání mastných kyselin s dlouhým řetězcem do mitochondrií a usnadňuje kyseliny podstoupit beta-oxidaci. Chronická expozice zvýšeným FFA snižuje PPAR-α v kardiomyocytech hlodavců, což by dále snižovalo srdeční funkci inhibicí oxidace FA a zvýšenou akumulací intracelulárního tuku. Spekuluje se proto, že zvýšení dostupnosti mastných kyselin u diabetu 2. typu a obezity (v důsledku nadměrné tukové hmoty) vede ke snížení srdečního metabolismu PPAR-α, a tím ke snížení mitochondriálního metabolismu, což je zase paralelní se zvýšeným akumulace srdečního tuku a srdeční lipotoxicita.

Dosud jsou lidské studie o expresi PPAR v srdci vzácné. Marfella a kol. zjistili nezměněnou expresi PPAR-α u pacientů s metabolickým syndromem. Naopak Anderson et al. prokázali mírně sníženou hladinu proteinu PPAR-α a mírně vyšší hladinu PGC1α v diabetické síňové tkáni, ačkoli tyto rozdíly nedosáhly statistické významnosti v této kohortě pacientů. Protože tato studie byla provedena na malé skupině subjektů a nepodařilo se jí určit downstream cíle metabolismu PPAR nebo mitochondriální funkce, zůstává nejasné, zda stejně jako ve studiích na zvířatech také u lidí souvisí snížená exprese PPAR-a s mitochondriální dysfunkcí. . Proto je potřeba studií zkoumajících úlohu PPAR-a v lidském srdci a souvislosti s oxidačním metabolismem a srdeční funkcí. Myši postrádající srdeční lipázu ATGL (ATGL-/- myši) byly ve skutečnosti způsobeny snížením metabolismu PPAR a že kardiomyopatii u těchto myší bylo možné zcela zabránit léčbou těchto zvířat syntetickými ligandy PPAR-a. Velmi zajímavé je, že pacienti s mutací ve stejném genu ATGL se také vyznačují nadměrnou akumulací srdečního a svalového tuku a sníženou mitochondriální funkcí. Léčba dvou pacientů s takovými mutacemi (což je velmi vzácná mutace) agonistou PPAR (bezafibrát) vedla ke zlepšení mitochondriální funkce a snížení akumulace lipidů ve svalech a srdci. Tato data podporují názor, že narušený metabolismus PPAR se může podílet na rozvoji kardiomyopatie, také u lidí. Bohužel však existují omezené údaje o expresi PPAR v selhávajícím lidském diabetickém srdci. Proto je zapotřebí studií ověřujících tyto mechanismy u lidí, protože tyto nálezy mohou mít velké důsledky; prevence a léčba srdeční akumulace lipidů pomocí léků, které zlepšují mitochondriální funkci, jako jsou agonisté PPAR, mohou být užitečné pro pacienty s diabetem 2. typu. Také u jiných srdečních onemocnění, jako je chronické srdeční selhání a ischemická choroba srdeční, se předpokládá, že akumulace tuku a mitochondriální dysfunkce mohou hrát roli, což znamená, že tito pacienti mohou mít prospěch z léčby léky, které se zaměřují na mitochondriální funkci.

Ačkoli existují přesvědčivé důkazy, že mitochondriální funkce hraje důležitou roli v srdečním metabolismu, měření srdeční mitochondriální funkce neinvazivně in vivo zůstává výzvou. In vivo mitochondriální funkci lze neinvazivně odhadnout pomocí 31P-magnetické rezonanční spektroskopie (31P-MRS), přičemž se měří poměr fosfo-kreatinu (PCr) k adenosintrifosfátu (ATP) (poměr PCr/ATP). Několik studií ukázalo, že tento poměr je snížen u pacientů s diabetem 2. typu a že nízký poměr PCr/ATP předpovídá mortalitu u pacientů se srdečním selháním15-17. V kosterním svalstvu bylo prokázáno, že resyntéza PCr silně koreluje s mitochondriální oxidační kapacitou18. Pokud však tato metoda v srdci skutečně odráží mitochondriální funkci u lidí, nebylo odhaleno.

V 31P-MRS se používá dvourozměrná metoda měření, při které se přes srdce plánuje více řezů. Jeden řez je plánován přímo na srdeční bázi v rovině těsně pod chlopněmi a obsahuje jak komorovou, tak septální tkáň obou komor. Zde bude odvozen signál pro pořízení spektra. Tato metoda může být validována oproti zlatému standardu pro mitochondriální funkci: ex vivo respirometrie srdeční tkáně19. Rychlost mitochondriální respirace se tedy měří v tkáňových homogenátech při vystavení různým substrátům, stimulujícím různé komplexy elektronového transportního řetězce mitochondrií. Jedním z problémů je, že mitochondriální dýchání se může u síňové a ventrikulární tkáně lišit. Navzdory rozdílům v absolutních rychlostech dýchání se však ukázalo, že chování různých komplexů a relativní rychlosti dýchání (mezi komplexy) spolu velmi silně souvisí19. Protože je relativně snadné získat srdeční tkáň síňového přívěsku během operace, výzkumníci navrhují použít síňovou tkáň získanou během operace k ověření 31P-MRS jako nástroje ke stanovení mitochondriální funkce. Výzkumníci použijí široké spektrum pacientů, aby zaručili rozsah srdečních mitochondriálních funkcí a prozkoumali, zda je srdeční mitochondriální funkce skutečně snížena u pacientů s diabetem 2. typu.

Protože je však 31P-MRS stále vyvíjenou technikou a vzdálenost k cívce přijímače je zásadní pro získání spekter dobré kvality, vědci zamýšlejí v tuto chvíli zahrnout pouze muže (protože zvýšená hmota prsů u žen může snížit signál poměry šumu a tím i spektrální kvalita pro analýzu). Proto se validace této metody bude v této studii vztahovat pouze na mužskou populaci.