本文介绍了一种用于阐明心肾综合征中由心脏代谢物驱动的肾血管功能障碍的多模态研究平台的建立方案。
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本文介绍了一种用于阐明心肾综合征中由心脏代谢物驱动的肾血管功能障碍的多模态研究平台的建立方案。
肠道微生物群及其相关的宿主-微生物共代谢物 increasingly 被认为是系统性代谢平衡和心肾轴的关键调节因子，尤其是在心肾综合征的背景下。尽管临床证据表明心脏功能障碍可能引发或加重肾脏的病理改变，但介导心肾轴的关键代谢信号分子及其潜在机制仍不明确。本研究建立了一种新型的系统性研究平台，整合心代谢特征与肾脏血管功能分析，包括：（1）心力衰竭患者血浆/粪便代谢物的分离与提取；（2） 离体 肾脏血管分离与原代培养技术；（3）一种多模态评估框架，用于研究心肾代谢相互作用，整合了血管功能检测、肾血管损伤标志物的分子生化检测以及组织病理学分析。与健康对照相比，心力衰竭患者来源的代谢物损害了肾血管功能并诱导了炎症反应，凸显其作为心肾综合征功能性生物标志物的潜力。本研究未聚焦于特定代谢物，因此未来需借助LC-MS/MS和NMR等分析技术，进一步鉴定和验证发挥致病作用的具体代谢物类型。该平台的应用表明，心脏疾病相关代谢物可损害肾血管功能与稳态。这些发现揭示了驱动心肾相互作用的代谢机制，并提供了一种转化研究工具，用于识别新的生物标志物和治疗靶点。
心肾综合征（Cardiorenal Syndrome, CRS）是一种复杂的病理状态，其特征是心脏与肾脏之间相互损害。这两个器官之间复杂的相互依赖关系最早由 Robert Bright 于 1836 年描述，他系统地记录了晚期肾脏疾病相关的心脏显著结构改变1。CRS 的患病率与心血管疾病（CVD）和慢性肾脏病（CKD）的共存密切相关。研究表明，约 30% 的心力衰竭患者同时患有 CKD，而 CKD 患者中 44%–51% 的死亡直接归因于心血管事件2。
CRS 的管理面临若干重大挑战。首先，临床诊疗仍处于碎片化状态，缺乏多学科协作和早期预警机制，常导致在失代偿期干预延迟3。其次，当前的治疗策略面临一种矛盾困境：传统疗法（如利尿剂和肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）抑制剂）可缓解心力衰竭症状4；然而，长期或高剂量使用可能激活 RAAS 和交感神经系统（SNS），加重肾脏缺氧和纤维化，最终导致利尿剂抵抗和肾功能恶化5。类似地，尽管血管紧张素转换酶抑制剂（ACEIs）和血管紧张素受体阻滞剂（ARBs）可减轻心肾损伤，但因其可能引起血清肌酐升高或高钾血症，临床应用常受限，仅有 30%–40% 的患者能够耐受长期治疗
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本研究中采用的实验方案和病例方法已获得北京大学第一医院泌尿外科（伦理审查编号：2023yan500-002）和北京协和医院（批准号：I-23PJ585）的伦理批准，严格遵循《赫尔辛基宣言》中所规定的伦理原则。本研究纳入自2019年7月起在北京协和医院（PUMCH）住院的男性或女性患者，且均由至少两名经验丰富的心脏病学专家诊断为心力衰竭（HF）。共有四名心力衰竭患者（HF1–HF4）被纳入研究，用于血浆和粪便代谢物的提取。所有受试者在参与研究前均签署了书面知情同意书。实验仪器和试剂详见材料表。
1. 血浆和粪便样本处理—极性代谢物提取
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该队列包括两名女性和两名男性，年龄范围为46至73岁（平均年龄：64.0岁）。基线血压测量显示收缩压在109至168 mmHg之间，舒张压在68至115 mmHg之间。所有心力衰竭患者均有记录在案的用药史，包括β受体阻滞剂、他汀类药物和抗血小板药物等常见心脏保护药物，而在肾素-血管紧张素系统抑制剂和利尿剂的使用上存在个体差异。对照组纳入了四名无任何心脏病或心力衰竭相关症状或体征的受试者，其健康状况经医生咨询、体格检查和实验室检测确认。
本研究旨在系统评估心力衰竭患者因心肌损伤产生的循环代谢物所介导的肾损伤病理机制，这些代谢物主要分布于血浆中，并包括源于肠道屏障功能障碍的肠道来源代谢物。为此，我们建立了一个整合了形态学、分子生物学及功能学评价的综合评估体系（图1）。通过检测促炎性细胞因子白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）和单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）的表达水平，评估代谢物诱导的血管炎症反应。这些分子是心血管病理过程中内皮细胞活化和白细胞募集的核心介质。在暴露于心脏来源代谢物后，进一步检测了内皮损.......
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近期关于心肾综合征（CRS）的研究已确定代谢重编程是一种关键的病理机制，其中代谢物可调节肾脏血管稳态7,8,9。尽管血管平滑肌细胞（VSMCs）在调节CRS中的血管张力和顺应性方面发挥着关键作用，本研究提供了直接证据，表明与心脏损伤相关的代谢物会损害血管平滑肌的收缩功能和结构完整性。具体而言，我们的研究结果表明，慢性心力衰竭（CHF）患者体内血浆和肠道来源的代谢物可促进肾动脉中膜层VSMCs的增殖，并损害血管收缩功能。所观察到的中膜层重塑，表现为血管平滑肌细胞密度增加，可能源于代谢应激诱导的慢性炎症。血管收缩功能评估显示，在用心力衰竭（HF）患者血浆和粪便代谢物处理后，肾动脉的收缩反应性降低，提示存在炎症介导的血管功能障碍。
显著上调 IL-1β，IL-6 和 MCP-1 支持存在一个自我持续的炎症环路，而内皮黏附分子ICAM-1和VCAM-1的同时升高则提示内.......
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作获得了国家重点研发计划项目资助&中国国家重点研发计划（2021YFF0501401，2018YFA0800501 资助 Y. Z.，2021YFF0501404 资助 Y. L.），国家自然科学基金（82325004 和 92168114 资助 Y. Z.，82300286 资助 J. Z.，92168113 资助 E. D.，82170422 资助 Y. L.），海河实验室细胞生态系统创新基金（HH22KYZX0047 资助 E. D.），中国博士后科学基金（BX20220023，2022M720288 资助 J. Z.），北京市自然科学基金（7252157 资助 J. Z.），北京市自然科学基金（7232096 资助 Y. L.），北京大学第三医院血管稳态与重构国家重点实验室研究项目（北京大学；2024-VHR-SY-07 资助 Y. Z.）。图1使用经授权许可的 Biorender.com 软件绘制。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| DMEM 高糖 | Gibco | Cat# 06-1055-57-1-ACS | |
| PBS | Solarbio | Cat# P1010 | |
| 青霉素-链霉素-两性霉素 B | Thermo Fisher Scientific | Cat# 15240062 | |
| 去氧肾上腺素 | MCE | Cat#HY-B0769 | |
| 逆转录系统 | Promega | Cat# A5001 | |
| 体视显微系统 | Leica | M80 | |
| SYBR Green 荧光定量预混液 | Thermo Fisher Scientific | Cat# 4309155 | |
| 血管张力测定系统 | DMT | 620M |
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