备胎也很重要:心脏的替代能源酮体

学术   2024-09-03 18:30   广东  

作者:李睿捷/比利

能源危机是人类从古至今都要面临的大问题,我们的祖先在漫长的历史中进化出了相比其他物种更强的堆积脂肪的能力,将平日过剩的营养储存起来,以应对生存压力和大脑惊人的能量消耗。
在没有稳定食物来源的时候,饥饿是不可避免的事情。当长时间禁食时,血糖的降低会促进肝脏分解糖原储备,维持机体能量代谢。

然而禁食超过24h时,大部分的肝糖原已消耗殆尽,糖代谢已无法支持正常的能量需求。
养兵千日用兵一时,这时我们平日辛苦积攒的脂肪便派上了用场。脂肪分解生成的大量游离脂肪酸,可进一步转化成酮体,作为备用能源提供能量。

那么,酮体是什么?


酮体是一种重要的心脏替代燃料,它主要在肝脏中合成。脂肪酸β氧化产生的乙酰乙酰辅酶A和乙酰辅酶A经由酮体合成限速酶HMGCS2作用下转化为羟甲基戊二酰辅酶A,之后转化为乙酰乙酸、β羟丁酸和丙酮,其中β羟丁酸是体内酮体的主要成分,它可被单羧酸转运酶MCT1转运至胞外,进入循环系统,为其他器官提供能量。

诸如大脑、肌肉、心脏等器官都表达丰富的酮体分解酶BDH1、OXCT1,使得他们能够将酮体转换成乙酰辅酶A,进入三羧酸循环合成ATP。   

心脏的酮体代谢具有高度的可塑性。作为人体的发动机、消耗能量的大户,心脏对于代谢物并不专一,而是会摄取多种营养物质,包括葡萄糖、乳酸、脂肪酸和酮体以维持必要的能量代谢。

在不同的营养状况下,心脏对代谢物的偏好性不同。正常情况下酮体并不是心脏主要的能量来源,但是在营养缺乏状态下,心脏对酮体的利用率上升,并且与血液中酮体浓度成正相关,以保证心脏的正常运作。

近期研究也表明酮体氧化对心脏功能至关重要,研究者构建了心脏特异性敲除酮体分解酶OXCT1、BDH1的转基因小鼠模型,在正常条件下小鼠心脏并无异常,然而,在长期禁食下出现了心功能障碍。提示酮体这一替代能源抵抗营养应激、维持心脏代谢的重要作用。

在心力衰竭的病程中,心脏的脂肪酸氧化和葡萄糖氧化受损导致能量稳态受损,换句话说就是发动机没油了。在这种情况下,替代燃料酮体发挥了重要作用。

临床研究和动物实验都发现,心衰会导致心脏酮体分解酶高表达,酮体利用率上升。同时肝脏酮体合成通路增强,导致循环酮体水平上升,机体进入生酮状态。

这一现象存在于射血分数下降的心衰患者和因主动脉狭窄导致左室肥大、射血分数保留的心衰患者,有证据表明,循环酮体水平可以作为反映心衰严重程度的标志物,并且循环酮体水平高的人群未来发生心力衰竭的风险更高。

来自MESA队列研究的数据同样支持酮体水平和心力衰竭的相关性,在调整主要的传统心血管危险因素和心衰标志物后发现,酮体水平与心力衰竭的风险比为1.68(95%CI:1.07-2.65),与心血管死亡的风险比为1.87(95%CI:1.17-2.97)。   

那么,酮体的升高和酮体代谢对于心衰来说是好事,还是坏事呢?


目前有多种证据表明,心衰时的这种适应性代谢对于心脏是有益的。在心衰动物模型中,缺少酮体分解酶会导致心功能障碍加剧,而长期外源性补充酮体能增强心脏对酮体的摄取利用,改善射血分数下降和心脏病理性重塑。

这些结果表明,酮体是心脏主要燃料减少的补救措施,具有心脏保护作用。而在人群中观察到的酮体与心血管死亡、心衰的关系,可以解释为酮体作为一种代偿代谢物反映了机体的疾病负担, 因此处于疾病前期的人群有着更高的酮体水平。

综上所述,酮体是心脏的重要替代能源,尽管其对于心脏的具体作用和分子机制仍待阐明,但仍有望成为未来心血管疾病的新靶点。


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小黑屋作者简介

李睿捷/比利


中山大学临床医学八年制在读,主要围绕代谢性心血管疾病相关方面展开研究。


图片:网络(侵删)

编辑:小黑屋编委会

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