冠心病患者PCI前后代谢产物的变化

崔松，李克峰，柳景华，宋现涛，吕树铮

• 论著 •

冠心病患者PCI前后代谢产物的变化

崔松1，李克峰2,3，柳景华1，宋现涛1，吕树铮1

目的 分析冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）患者经冠状动脉介入治疗（PCI）前后代谢产物的变化。方法 纳入2013年1月～11月于北京安贞医院诊治的冠心病患者400例，其中男性208例，女性192例，年龄（61.1±10.1）岁。所有患者均行PCI，术前及术后1个月抽血，采用液相色谱串联质谱和分析软件分析代谢产物的变化。结果 与PCI前比较，PCI后冠心病患者瓜氨酸、皮质酮、钴胺素、D-核糖-5-磷酸、苹果酸、血清素、羟基胆固醇、磷脂、心磷脂、胆固醇、前列腺素F、3-羟基戊基肉碱、1,25-二羟基D改变明显，差异有统计学意义（P均＜0.05）。与PCI前比较，PCI后冠心病患者类固醇激素、类固醇、甘油磷脂、亚油酸明显变化，差异有统计学意义（P均＜0.05）。结论 冠心病患者PCI前后机体代谢发生改变，代谢产物和相应的代谢通路明显变化，为介入术后治疗提供新思路。

冠心病；代谢组学；经皮冠状动脉介入治疗；代谢产物

冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）是导致人类死亡的最主要疾病之一[1]，经皮冠状动脉介入治疗（PCI）已在冠心病的治疗中广泛应用，但支架内再狭窄（ISR）制约了PCI的发展。药物洗脱支架（DES）与金属裸支架相比，明显降低了PCI术后ISR发生率[1,2]，但DES在降低ISR的同时也延缓了血管内皮化的修复，增加了ISR的风险。代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后系统生物学的又一重要分支，应用高通量检测、多元数据分析等技术，分析生物体在特定病理生理状态下小分子量代谢产物，反映生物体在某些基因修饰或外界环境刺激下的动态代谢应答过程[2,3]，能对生物体当前生理和病理生理过程相关的代谢状态进行积分描绘[4]。本研究检测了冠心病患者支架置入前后代谢产物的变化，为术后的治疗提供帮助。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2013年1月～11月于北京安贞医院诊治的冠心病患者400例，其中男性208例，女性192例，年龄（61.1±10.1）岁。所有患者均符合冠心病的诊断并行PCI。支架内再狭窄标准：冠状动脉造影（CAG）检查示，支架近、远端边缘5 cm以内或支架内直径狭窄率＞50%[5]。排除有炎症反应（C反应蛋白＞1.0 mg/dl）、合并肾脏疾病（血清肌酐＞3.0 mg/dl或正在进行血液透析）、过去5年内有癌症、行冠状动脉搭桥术（CABG）、碘过敏和严重肝功能不全的患者。

1.2 方法 运用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）对代谢产物进行测定，具体步骤：①代谢产物特征母离子、碎片离子的优化：将标准品溶解在甲醇或去离子水中，配成0.1～1 μM的标准品溶液，运用三重四极杆质谱，确定代谢产物的母离子、碎片离子和质谱条件，包括解离电压、轰击电压、碰撞口出口电压和在色谱柱上的保留时间；②样品中代谢产物的提取：将样品与大肠杆菌-酵母菌13C稳定同位素内标物按体积比10：1混匀，混匀物与提取溶剂按体积1：4涡旋混匀，所述提取试剂为甲醇：乙腈：水体积比4：4：2混合物，冰上静置10 min，高速低温离心后取上清得进样液；③LC色谱分离：采用氨基柱，通过亲水作用色谱，对样品中的代谢产物进行分离；④MS/MS检测方法建立：将优化好的代谢产物的特征母离子、碎片离子，碰撞口入口电压、轰击电压、碰撞口出口电压，保留时间信息输入到Analyst软件中，将质谱正负离子极性转换时间设定为50 ms，通过多反应检测模式对代谢产物进行正负离子转换同时扫描，获得相应的色谱图；⑤数据处理分析：通过Multiquant分析软件对MS/MS扫描所得色谱峰进行面积积分，通过添加的内标化合物的峰面积，对各个样品进行归一化，利用偏最小二乘法对各样品中的差异进行分型，通过VIP分析找出各组间有显著性差异的化合物，进行代谢通路分析。

1.3 统计学分析 数据采用Graphpad prism 7.0软件处理，计量资料以（±s）表示，组内数据比较用配对t检验，计数资料以例数/百分比表示，组内比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 冠心病患者PCI前后一般资料比较 患者PCI前后体质指数、血脂、高敏C反应蛋白、左室射血分数等方面比较，差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表1）。

2.2 冠心病患者PCI前后代谢产物的变化 与PCI术前比较，PCI术后冠心病患者瓜氨酸、皮质酮、钴胺素、D-核糖-5-磷酸、苹果酸、血清素、羟基胆固醇、磷脂、心磷脂、胆固醇、前列腺素F、3-羟基戊基肉碱、1,25-二羟基D改变明显，差异有统计学意义（P均＜0.05）（图1）。

表1 患者支架置入前后一般资料比较（n=400）

2.3 冠心病患者PCI前后代谢通路的变化 与PCI术前比较，PCI术后冠心病患者类固醇激素、类固醇、甘油磷脂、亚油酸明显变化，差异有统计学意义（P均＜0.05），提示相应的合成和代谢通路发生了变化（图2）。

图1 冠心病患者PCI前后代谢产物的变化（n=400）

图2 冠心病患者PCI前后代谢通路的变化（n=400）

3 讨论

瓜氨酸是一种α氨基酸，精氨酸首先被氧化为N-羟基-精氨酸，再氧化成瓜氨酸并释出一氧化氮，血液中一氧化氮增加，血管舒张。皮质酮是一种皮质激素类二十一碳甾体激素，由肾上腺的皮质产生出来，参与能量转换、免疫反应和应激反应的调节。维生素B12的主要来源是动物性食物，若体内维生素B12缺乏，甲硫氨酸的合成受阻，堆积过多的同型半胱氨酸会导致同型半胱氨酸尿症的出现，四氢叶酸的再生受到很大影响。而四氢叶酸是转运甲基的工具，嘌呤和嘧啶的合成都需要其提供甲基。维生素B12是一个共底物参与甲基化和合成核酸和神经递质，如血清素，多巴胺和去甲肾上腺素的各种细胞反应[6,7]。D-核糖是核糖核酸的重要组成物质，D-核糖形成5-磷酸核糖这一途径弥补了心肌细胞ATP补充缓慢的缺陷，有利于改善心肌缺血。苹果酸以三种形式存在，即D-苹果酸、L-苹果酸和其混合物DL-苹果酸。L-苹果酸为机体三羧酸循环的重要中间产物，机体内只有L-苹果酸脱氢酶，L-苹果酸对人体血管内皮细胞有保护作用，对损伤内皮细胞效应具有抵抗作用。

血清素是一种抑制性神经递质。在外周组织，血清素有助于血管及平滑肌收缩，支架置入对血管壁是一种长期刺激，血清素的增高可能是机体对血管刺激的一种反应。胆固醇过高可导致冠状动脉粥样硬化[8-10]。胆固醇除作为细胞膜及血浆脂蛋白的重要组分外，还是许多重要类固醇如胆汁酸、肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素、维生素D3等的前体。1,25-二羟基D是维生素D的活性形式。心磷脂由甘油的C1和C3与磷脂酸结合而成，磷脂是细胞膜和各种细胞器（线粒体、内质网、细胞核、高尔基器、叶绿体等）膜的重要组分。生物膜的许多特性，如膜内外物质的交换、信息传递、神经脉冲的传导等都与磷脂有关。临床普遍认为，溶血卵磷脂参与动脉粥样硬化疾病进展，支架置入后磷脂的变化与再狭窄有关，值得进一步研究。

[1] Lozano R,Naghavi M,Foreman K,et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010[J]. Lancet,2012,380(9859):2095-128.

[2] Gerstl MP,Ruckerbauer DE,Mattanovich D,et al. Metabolomics integrated elementary flux mode analysis in large metabolic networks[J]. Sci Rep,2015,5:8930.

[3] Töpfer N,Kleessen S,Nikoloski Z. Integration of metabolomics data into metabolic networks[J]. Front Plant Sci,2015,6:49.

[4] Psychogios N,Hau DD,Peng J,et al. The Human Serum Metabolome[J]. Plos One,2011,6(2):e16957.

[5] Teirstein PS,Massullo V,Jani S,et al. Catheter-based radiotherapy to inhibit restenosis after coronary stenting[J]. N Engl J Med,1997,336 (24):1697-703.

[6] Almeida OP,Ford AH,Hirani V,et al. B vitamins to enhance treatment response to antidepressants in middle-aged and older adults: results from the B-VITAGE randomised, double-blind, placebo-controlled trial[J]. Br J Psychiatry,2014,205(6):450-7.

[7] Biemans E,Hart HE,Rutten GE. Cobalamin status and its relation with depression, cognition and neuropathy in patients with type 2 diabetes mellitus using metformin[J]. Acta Diabetol,2015,52(2):383-93.

[8] 任洁,白娜,张亮清,等. 冠状动脉粥样硬化性心脏病高危患者胆固醇合成吸收水平的相关性及其对他汀类药物的反应性[J]. 中国医药,2016,11(2):150-4.

[9] 王晓艳,王留义,何姗姗,等. 冠状动脉粥样硬化性心脏病患者高密度脂蛋白胆固醇水平及冠状动脉病变程度与血管内皮功能的相关性研究[J]. 中国医药,2017,12(2):182-6.

[10] 张艳艳,贺建勋,赵松,等. 男性冠状动脉粥样硬化性心脏病患者吸烟与血清直接胆红素水平相关性分析[J]. 中国医药,2016,11(12):1766-9.

本文编辑：姚雪莉

Changes of metabolites before and after percutaneous coronary intervention in patients with coronaryheart disease

CUI Song*, LI Ke-feng, LIU Jing-hua, SONG Xian-tao, LV Shu-zheng.*Department of Cardiology, Beijing Anzhen Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100029, China. Corresponding author: LIU Jing-hua, E-mail: liujinghua@vip.sina.com

Objective To analysis the changes of metabolites before and after percutaneous coronary intervention (PCI) in patients with coronary heart disease (CHD). Methods CHD patients (n=400, male 208, female 192 and average age=61.1±10.1) were chosen from Beijing Anzhen Hospital from Jan. 2013 to Nov. 2013. All patients were

PCI, and blood samples were collected before and after PCI. The changes of metabolites were analyzed by using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Results The changes of citrulline, corticosterone, cobalamin, D-ribose-5-phosphate, malic acid, serotonin, hydroxyl cholesterol, phospholipids, cardiolipin, cholesterol, prostaglandin F, 3-hydroxyamyl-carnitine and 1,25-dihydroxy D were more significant after PCI compared with those before PCI (all P＜0.05). The changes of steroid hormone, steroid, glycerophospholipid and linoleic acid were significant after PCI compared with those before PCI (all P＜0.05). Conclusion The body metabolism, metabolites and relevant metabolic pathways will change before and after PCI, which can provide a new thinking for post-PCI treatment.

Coronary heart disease; Metabolomics; Percutaneous coronary intervention; Metabolites

R541.4

A

1674-4055(2017)05-0553-03

国家自然科学基金(1628008);天津自然科学基金(16JCQNJC14400);北京市科委生物医药与生命科学创新培育研究;首都临床特色应用研究与成果推广课题(Z161100000516139)

1100029 北京,首都医科大学附属北京安贞医院心内科;2美国加州大学圣地亚哥分校药学院代谢组学实验室;3美国加州大学药学院-江苏迈特博联合实验室

柳景华,E-mail:liujinghua@vip.sina.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.05.10