In ja ex Vivo sydämen mitokondriaalinen toiminta (31P)

Sydän- ja verisuonisairaudet ovat edelleen suurin kuolinsyy tyypin 2 diabeteksessa. Suurin osa tästä johtuu ateroskleroosista ja kohonneesta verenpaineesta, vaikka näiden tekijöiden perusteella korjattuna tyypin 2 diabetesta sairastavilla potilailla on edelleen suurempi riski saada sydämen vajaatoiminta, pääasiassa diastolisen toimintahäiriön vuoksi. Tätä ilmiötä on kuvattu myös diabeettiseksi kardiomyopatiaksi. Vaikka tämän taudin etiologiasta ei tiedetä paljoakaan, eläintutkimuksista on saatu vakuuttavaa näyttöä siitä, että lisääntynyt solunsisäinen sydämen rasvan kertyminen ja mitokondrioiden toimintahäiriöt, kuten tyypin 2 diabeteksessa havaitaan, voivat vaikuttaa tähän kehitykseen.

Syytä heikentyneelle mitokondrioiden toiminnalle diabeettisessa kardiomyopatiassa ei täysin ymmärretä, mutta peroksisomiproliferaattorin aktivoiman reseptorin alfan (PPAR-α) geenisäätelyreitti on tunnistettu tärkeäksi tekijäksi substraattiaineenvaihdunnassa ja oksidatiivisen aineenvaihdunnan säätelyssä. tyypin 2 diabeteksessa. Eläinkokeissa PPARa:n roolia on testattu laajasti. Hiirillä, joilla PPARα:n (MHC-PPAR) yli-ilmentyminen oli sydämen rajoittunutta, havaittiin, että PPAR-α osallistuu CPT-1:n voimistumiseen mitokondrioissa, mikä lisää pitkäketjuisten rasvahappojen ottoa mitokondrioihin ja helpottaa rasvahappojen imeytymistä. hapot joutuvat beetahapettumaan. Krooninen altistuminen kohonneille FFA:ille säätelee PPAR-a:aa jyrsijän sydänlihassoluissa, mikä heikentäisi edelleen sydämen toimintaa estämällä FA:n hapettumista ja lisäämällä solunsisäistä rasvan kertymistä. Siksi spekuloidaan, että rasvahappojen saatavuuden lisääntyminen tyypin 2 diabeteksessa ja liikalihavuudessa (johtuen liiallisesta rasvamassasta) johtaa sydämen PPAR-α-aineenvaihdunnan vähenemiseen ja siten mitokondrioiden aineenvaihdunnan vähenemiseen, mikä puolestaan ​​​​on rinnakkainen lisääntyneen sydämen rasvan kertymistä ja sydämen lipotoksisuutta.

Toistaiseksi ihmistutkimuksia PPAR-ilmentymisestä sydämessä on vain vähän. Marfella et ai. havaittiin muuttumattomana PPAR-α:n ekspressiota potilailla, joilla on metabolinen oireyhtymä. Sitä vastoin Anderson et ai. osoittivat hieman alentunutta PPAR-a-proteiinitasoa ja hieman korkeampaa PGC1a-tasoa diabeettisessa eteiskudoksessa, vaikka nämä erot eivät saavuttaneet tilastollista merkitystä tässä potilasryhmässä. Koska tämä tutkimus tehtiin pienelle ryhmälle koehenkilöitä, eikä siinä onnistuttu määrittämään PPAR-aineenvaihdunnan tai mitokondrioiden toiminnan alavirran kohteita, jää epäselväksi, kuten eläinkokeissa, myös ihmisillä, liittyykö PPAR-a:n vähentynyt ilmentyminen mitokondrioiden toimintahäiriöihin. . Siksi tarvitaan tutkimuksia, joissa selvitetään PPAR-a:n roolia ihmisen sydämessä ja yhteyksiä oksidatiiviseen aineenvaihduntaan ja sydämen toimintaan. Hiiret, joilta puuttui sydämen lipaasi ATGL (ATGL-/- hiiret), johtuivat itse asiassa PPAR-aineenvaihdunnan vähenemisestä ja että näiden hiirten kardiomyopatia voitiin estää kokonaan käsittelemällä näitä eläimiä synteettisillä PPAR-a-ligandeilla. Erittäin mielenkiintoista kyllä, potilaille, joilla on mutaatio samassa ATGL-geenissä, on myös tunnusomaista liiallinen sydämen ja lihasten rasvan kertyminen ja vähentynyt mitokondrioiden toiminta. Kahden potilaan, joilla oli tällaisia ​​mutaatioita (joka on hyvin harvinainen mutaatio), hoitaminen PPAR-agonistilla (betsafibraatilla) johti mitokondrioiden toiminnan paranemiseen ja lihasten ja sydämen lipidien kertymisen vähenemiseen. Nämä tiedot tukevat käsitystä, että häiriintynyt PPAR-aineenvaihdunta voi olla osallisena kardiomyopatian kehittymisessä myös ihmisillä. Valitettavasti on kuitenkin vain vähän tietoa PPAR-ilmentymisestä ihmisen diabeettisessa sydämessä. Siksi tarvitaan tutkimuksia, jotka vahvistavat nämä mekanismit ihmisillä, koska näillä löydöillä voi olla suuria seurauksia. sydämen lipidien kertymisen ehkäisy ja hoito mitokondrioiden toimintaa parantavilla lääkkeillä, kuten PPAR-agonisteilla, saattaa olla hyödyllistä tyypin 2 diabetesta sairastaville potilaille. Myös muissa sydänsairauksissa, kuten kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa ja iskeemisessä sydänsairaudessa, on esitetty, että rasvan kertymisellä ja mitokondrioiden toimintahäiriöillä voi olla merkitystä, mikä tarkoittaa, että nämä potilaat voivat hyötyä myös hoidosta mitokondrioiden toimintaan kohdistuvilla lääkkeillä.

Vaikka on olemassa vakuuttavia todisteita siitä, että mitokondrioiden toiminnalla on tärkeä rooli sydämen aineenvaihdunnassa, sydämen mitokondrioiden toiminnan mittaaminen ei-invasiivisesti in vivo on edelleen haaste. In vivo mitokondrioiden toiminta voidaan arvioida ei-invasiivisesti 31P-magneettiresonanssispektroskopialla (31P-MRS), jolla mitataan fosfo-kreatiinin (PCr) suhde adenosiinitrifosfaattiin (ATP) (PCr/ATP-suhde). Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä suhde on pienentynyt potilailla, joilla on tyypin 2 diabetes, ja että alhainen PCr/ATP-suhde ennustaa kuolleisuutta potilailla, joilla on sydämen vajaatoiminta15-17. Luustolihaksissa on osoitettu, että PCr-resynteesi korreloi voimakkaasti mitokondrioiden oksidatiivisen kapasiteetin kanssa18. Kuitenkaan, heijastaako tämä sydämen menetelmä todella mitokondrioiden toimintaa ihmisillä, ei ole paljastettu.

31P-MRS:ssä käytetään 2-ulotteista mittausmenetelmää, jossa sydämen päälle suunnitellaan useita viipaleita. Yksi viipale suunnitellaan suoraan sydämen tyveen venttiilien alapuolelle ja sisältää molempien kammioiden kammio- ja väliseinäkudosta. Tässä johdetaan signaali spektrin hankkimiseksi. Tämä menetelmä voidaan validoida mitokondrioiden toiminnan kultaisen standardin mukaisesti: sydänkudoksen ex vivo -respirometria19. Siten mitokondrioiden hengitysnopeudet mitataan kudoshomogenaateissa eri substraateille altistuessa, mikä stimuloi mitokondrioiden elektroninkuljetusketjun erilaisia ​​komplekseja. Yksi ongelma on, että mitokondriohengitys voi vaihdella eteis- ja kammiokudoksen välillä. Absoluuttisten hengitysnopeuksien eroista huolimatta eri kompleksien käyttäytymisen ja suhteellisten hengitysnopeuksien (kompleksien välillä) on kuitenkin osoitettu olevan hyvin vahvasti yhteydessä toisiinsa19. Koska eteislisäkkeen sydänkudosta on suhteellisen helppo saada leikkauksen aikana, tutkijat ehdottavat, että käytetään leikkauksen aikana saatua eteiskudosta 31P-MRS:n validoimiseksi työkaluna mitokondrioiden toiminnan määrittämiseen. Tutkijat käyttävät laajaa joukkoa potilaita varmistaakseen sydämen mitokondrioiden toiminnan vaihteluvälin ja tutkiakseen, onko sydämen mitokondrioiden toiminta todella heikentynyt tyypin 2 diabeetikoilla.

Koska 31P-MRS on kuitenkin vielä kehitteillä oleva tekniikka ja etäisyys vastaanotinkelaan on ratkaisevan tärkeä hyvänlaatuisten spektrien saamiseksi, tutkijat aikovat ottaa mukaan vain miehet tällä hetkellä (koska rintojen lisääntynyt massa voi heikentää signaalia kohinasuhteet ja siten analyysin spektrilaatu). Siksi tämän menetelmän validointi koskee vain miespopulaatiota tässä tutkimuksessa.