《JACC: Basic to Translational Science》：Abnormal Lipid Signaling Characterizes Diastolic Dysfunction in Pediatric Cardiomyopathy
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为解决儿童心肌病中舒张功能障碍（Diastolic Heart Failure, HF）机制不清、缺乏特异性生物标志物的问题，本研究通过整合心肌转录组学、血液脂质组学及患者来源诱导多潜能干细胞（iPSC）心肌细胞模型，首次系统性揭示了异常脂质信号传导（如上调的脂质生物合成、受损脂肪酸氧化及心肌细胞脂质累积）是儿童舒张功能障碍的独特分子标志。这一发现不仅定义了舒张功能不全的新分子表型，还为靶向脂质代谢异常治疗儿童心力衰竭开辟了前景。
在儿童心肌病领域，舒张功能障碍是导致心力衰竭的主要原因之一，但其背后的生物学机制长期以来如同一团迷雾。临床诊断尤为棘手，尤其是在儿科患者中，缺乏清晰的定义和可靠的生物标志物，使得许多孩子的病情进展难以准确预测和管理。尽管在成人研究中已开始探索一些影像学和生物标志物，但对于儿童这一特殊群体，特别是由限制性心肌病（RCM）、肥厚性心肌病（HCM）等原发性心肌病引发的舒张功能不全，其病理生理学的系统性、机制性分析尚属空白。这就像面对一个复杂的密码锁，我们急需找到能解开其核心机制的钥匙。为此，由Andrei L. Turinsky、Seema Mital等来自多伦多病童医院（Hospital for Sick Children）的研究团队开启了一项雄心勃勃的探索，他们决心通过最前沿的多组学技术，深入心脏的分子与代谢世界，去揭示儿童舒张功能障碍的独特“指纹”。这项重要的研究成果最终发表在心血管领域的顶级期刊《JACC: Basic to Translational Science》上。
为了揭开谜底，研究人员巧妙设计并运用了多项关键技术。首先，他们建立了一个包含78名18岁以下原发性心肌病（包括扩张型、肥厚型、限制型和致心律失常性）患者的儿科队列，并从心脏生物样本库中收集了心肌组织和血液样本。核心分析方法包括：1）心肌转录组测序（RNAseq）：对患者左心室心肌进行RNA测序，分析基因表达差异；2）血液与心肌非靶向脂质组学：利用高分辨率液相色谱-四级杆飞行时间质谱（LC-QTOF MS）全面分析血浆和心肌中的脂质代谢物；3）患者来源诱导多潜能干细胞（iPSC）模型：将患者的皮肤成纤维细胞或淋巴细胞重编程为iPSC，再分化为心肌细胞，用于在体外验证基因表达、评估细胞功能（如xCELLigence测定的收缩与舒张速度）、线粒体功能（Seahorse分析仪测定氧消耗率OCR）以及细胞形态（如尼罗红染色观察脂滴、透射电镜观察线粒体超微结构）；4）机器学习模型：利用随机森林算法，整合临床、超声心动图参数和转录组数据，构建分类模型以识别舒张功能障碍表型。
研究结果
研究队列特征
研究纳入了78名儿童心肌病患者，其中57名（73.1%）在末次随访时经超声心动图评估存在舒张功能障碍（分为2级舒张功能异常或3级限制性生理）。所有患者N末端B型利钠肽原（NT-proBNP）水平均升高，但其水平与舒张功能障碍分级无关，提示NT-proBNP反映整体心衰严重程度，而非舒张功能障碍的特异性标志物。
RCM的多基因转录组特征
通过对68名患者的心肌进行RNA测序，研究人员发现了一组由26个基因构成的限制性心肌病（RCM）相关基因特征。这些基因在RCM患者中显著上调，并且其表达谱能将RCM患者与扩张型心肌病（DCM）等其他亚型区分开来。
基于RCM转录组谱的患者相似性
主成分分析显示，基于这26个基因的表达，患者可分为两个明显的表型组，这两个组都包含了所有RCM患者。有趣的是，伴有左心室舒张功能障碍的双心室致心律失常性心肌病（ACM）和HCM患者也与RCM患者聚集在一起，而无论是否存在舒张功能障碍的DCM患者均未聚集于此。这表明，在HCM和ACM中出现的舒张功能障碍与RCM共享了特定的转录组特征。
用于舒张功能障碍的机器学习分类器
研究人员构建了一个随机森林模型，整合了临床特征、超声心动图参数以及这26个RCM相关基因的mRNA表达数据。结果显示，加入RNA表达特征的模型在识别舒张功能障碍表型组方面表现出极高的准确性，其受试者工作特征曲线下面积（auROC）达到100%，优于仅使用临床特征的模型（auROC 90.7%）。该模型在独立验证队列中也表现良好。
血液和心肌脂质组学特征及其与心肌基因表达的相关性
脂质组学分析揭示了舒张功能障碍患者独特的脂质代谢改变。与无舒张功能障碍的患者相比，舒张功能障碍患者血液和心肌中富含饱和脂肪酸的三酰甘油（Triacylglycerols, TG）水平升高，而富含单不饱和与多不饱和脂肪酸的三酰甘油水平降低。此外，几种甘油磷脂（如磷脂酰胆碱PC）的含量也较低。这些脂质代谢物的变化与前述26个RCM相关基因的表达水平显著相关，基因上调与饱和三酰甘油水平正相关，与不饱和三酰甘油和甘油磷脂水平负相关。
患者iPSC心肌细胞中脂质信号基因的蛋白表达验证
在患者iPSC来源的心肌细胞中，研究人员验证了两个关键脂质相关基因GPD1（甘油-3-磷酸脱氢酶1）和ACACB（乙酰辅酶A羧化酶β）的蛋白表达上调，这与他们在心肌组织中的转录组学发现一致。功能测定显示，患者心肌细胞的舒张速度减慢。
RCM患者iPSC心肌细胞的线粒体功能
Seahorse分析表明，来自RCM和伴有舒张功能障碍的HCM患者的iPSC心肌细胞，其线粒体最大呼吸速率增加，但ATP合成并未成比例增加，提示存在质子漏和线粒体功能异常。值得注意的是，胰高血糖素样肽-1受体激动剂司美格鲁肽（semaglutide）能够降低这些患者心肌细胞的氧消耗率，部分恢复线粒体功能平衡。
RCM心肌细胞中的脂质积累和线粒体超微结构异常
尼罗红染色显示，RCM患者iPSC心肌细胞内的脂滴积累显著增加。透射电镜进一步揭示了线粒体数量增多（增生）以及嵴结构异常，这为线粒体损伤和脂肪酸氧化受损提供了形态学证据。
研究结论与讨论
本研究首次在儿童心肌病中系统性地将舒张功能障碍与代谢信号紊乱联系起来。核心结论是：伴有舒张功能障碍的心脏（尤其是RCM、HCM和ACM）表现出一个独特的分子表型，其特征是脂质生物合成和信号相关基因的上调，伴随着下游三酰甘油组成（饱和vs不饱和）的根本性改变，以及心肌细胞内脂质堆积和线粒体功能障碍。这一代谢特征在DCM相关的舒张功能障碍中不明显，后者通常继发于慢性收缩功能不全。
研究的意义深远。首先，它定义了一种新的舒张功能障碍分子表型，超越了传统的功能学评估。其次，发现的26基因转录组特征和特定的循环脂质代谢物（如饱和三酰甘油），为开发无创的生物标志物用于早期诊断和风险分层提供了极具前景的候选靶标。最重要的是，研究指出了异常脂质信号传导是一个有潜力的治疗靶点。患者iPSC模型的初步药理学实验提示，像司美格鲁肽这类能调节代谢的药物，可能通过改善线粒体功能和减少脂毒性，为治疗儿童舒张性心力衰竭提供新的策略。这项工作将儿童心肌病舒张功能障碍的机制理解提升到了系统生物学的新高度，并为从“对症支持”转向“靶向病因”的精准治疗开辟了道路。
