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研究背景:肺高压(pulmonary hypertension,PH)根据其病因和发病机制的不同,临床上将其分为五大类,其中第二大类是由于左心疾病所致的肺高压(pulmonary hypertension due to left heart disease,PH-LHD),此类在临床上最常见、发病率最高。引起左心疾病所致肺高压的病因有很多,其中以心力衰竭和心瓣膜疾病最为常见。造成肺高压和肺血管重构的初始原因常常是因为肺静脉压力的升高,而肺静脉压力的增高往往是因为受到左心疾病引起的左心压力负荷增加逆向传导所致。后来发现在PH-LHD形成后,肺高压和肺血管重构不因压力升高的消除而停止发生发展,说明PH-LHD存在新的发病机制。PH与左心疾病相互影响,其患者症状加重往往与PH形成有关,然后在临床上我们难以早期发现和诊断PH。最近,关于PH的生物标志物的研究越来越多,研究发现该疾病的预后情况与脑钠肽、尿酸等生物标志物有关,然而缺乏较好的特异性仍旧是早期发现和确诊PH所面临的难题。目前,代谢组学已成功用于多种癌症、糖尿病和冠心病等慢性疾病的生物标志物和相关通路的发现和干预。因此运用非靶向代谢组学技术筛选PH-LHD的血浆代谢标志物,为在代谢层面上探寻PH-LHD发病机制提供新的思路和方法。研究目的:通过构建大鼠主动脉弓缩窄(transverse aortic constriction,TAC)模型,探讨肺血流动力学、肺血管重构以及右心功能在左心重构和左室功能不全引起肺高压时如何变化;运用非靶向代谢组学技术筛选左心功能不全所致肺高压的血浆代谢标志物,为左心疾病所致肺高压发病原理和临床上早期诊断打下实验基础。实验方法:第一部分:1.造模:60只健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠随机分为正常组(Sham),3周手术组(TAC 3W),6周手术组(TAC 6W),9周手术组(TAC 9W),每组N=15。TAC组在主动脉弓处进行缩窄,用16G的针头进行缩窄,缩窄程度大概为血管的75%;Sham组手术过程同TAC组但不缩窄主动脉弓。2.检测指标:1)基础性生理指标;2)大鼠心脏结构和功能改变;3)大鼠肺、左心血流动力学变化;4)大鼠左心室心肌大小、纤维化程度以及肺血管重构。第二部分:利用各组大鼠血浆标本运用非靶向代谢组学技术筛选PH-LHD的血浆代谢标志物,筛选出显著差异代谢物构建PH-LHD预测模型,用预测模型构建ROC曲线,通过测算曲线下面积(AUC)、特异度和敏感度来对模型的预测价值进行分析。结果:第一部分:1.建模手术中因大量气体进入胸腔、麻醉剂量过量和主动脉弓破裂等因素造成TAC组术中9只死亡;在喂养过程中观察到TAC组大鼠胸前和口唇发生青紫,精神状态逐渐萎靡,TAC组12只死亡,Sham组死亡6只。最终造模实验获得Sham组9只大鼠,TAC组24只大鼠。2.超声检测提示,主动脉弓缩窄后,各时间点手术组与对照组相比,左室舒张末期内径(LVID;d)增加(TAC 3 weeks vs Control,5.94±0.29mm vs 5.42±0.38mm,P<0.05;TAC 6 weeks vs Control,6.62±0.79mm vs 5.42±0.38mm,P<0.05;TAC 9weeks vs Control,6.47±0.88mm vs 5.42±0.38mm,P<0.05);左室舒张后壁厚度(LVPW;d)增加(TAC 3 weeks vs Control,1.95±0.22mm vs 1.44±0.27mm,P<0.05;TAC 6 weeks vs Control,2.86±0.53mm vs 1.44±0.27mm,P<0.05;TAC 9 weeks vs Control,2.64±0.30mm vs 1.44±0.27mm,P<0.05);左室舒张期容积(LVEDV)增加(TAC 3 weeks vs Control,198.61±24.96ul vs 164.27±25.78ul,P<0.05;TAC 6 weeks vs Control,237.92±25.85ul vs 164.27±25.78ul,P<0.05;TAC 9 weeks vs Control,278.57±43.09ul vs 164.27±25.78ul,P<0.01)。3.心导管术检测提示,主动脉弓缩窄后,各时间点手术组与对照组相比,平均肺动脉升高(TAC 3 weeks vs Control,15.81±0.78mm Hg vs 14.15±0.13mm Hg,P>0.05;TAC 6 weeks vs Control,19.53±0.97mm Hg vs 14.15±0.13mm Hg,P<0.05;TAC 9 weeks vs Control,30.08±1.07mm Hg vs 14.15±0.13mm Hg,P<0.01)。同时右心室收缩压升高(TAC 3 weeks vs Control,23.73±0.97mm Hg vs 21.70±1.06mm Hg,P>0.05;TAC 6 weeks vs Control,34.87±0.95mm Hg vs 21.70±1.06mm Hg,P<0.05;TAC 9 weeks vs Control,42.65±0.87mm Hg vs 21.70±1.06mm Hg,P<0.01)。4.病理学检测提示,主动脉弓缩窄后,各时间点手术组与对照组相比,左心心肌细胞横截面积增大(TAC 3 weeks vs Control,348.6±9.7μm2vs 283.2±6.8μm2,P<0.05;TAC 6 weeks vs Control,419.2±11.7μm2vs 283.2±6.8μm2,P<0.01;TAC 9weeks vs Control,459.7±12.9μm2vs 283.2±6.8μm2,P<0.01);左心心肌细胞纤维化程度增加(TAC 3 weeks vs Control,4.84±0.21%vs 3.11±0.15%,P<0.05;TAC6 weeks vs Control,8.02±0.33%vs 3.11±0.15%,P<0.01;TAC 9 weeks vs Control,10.17±0.30%vs 3.11±0.15%,P<0.01);肺小动脉中层增厚程度增加(TAC 3 weeks vs Control,16.2±0.9%vs 11.4±0.7%,P>0.05;TAC 6 weeks vs Control,25.7±2.3%vs 11.4±0.7%,P<0.01;TAC 9 weeks vs Control,36.1±1.4%vs 11.4±0.7%,P<0.01)。第二部分:利用各组大鼠血浆标本运用非靶向代谢组学技术筛选PH-LHD的血浆代谢标志物共153个,根据P值筛选出尿嘧啶、软脂酸、花生四烯酸、甘油酸、尿囊素、D-甘露糖、L-亮氨酸、马尿酸、磷酰胆碱、乙酰肉碱这10个显著差异代谢物构建PH-LHD预测模型,其预测模型ROC曲线下面积(AUC)为0.98(95%CI:0.90~0.99),敏感性和特异性分别为97.4%和92.6%。结论:1.主动脉弓缩窄引起左心压力负荷增高和左心功能降低的同时,可导致肺动脉压力的升高和右心功能轻度损害。2.主动脉弓缩窄使左心压力负荷增高引起左心功能不全和肺动脉压升高的同时,各模型组血浆代谢谱发生明显变化,其中由10个显著差异代谢物构建的预测模型能较好地区分TAC组与Sham组。