心力衰竭是世界范围内发病率和死亡率的主要原因。流行病学研究表明，超过50%的心力衰竭患者保留射血分数，而非减少射血分数。随着人口的继续老龄化，HFpEF的患病率可能会增加，并可能成为未来HF的主要形式。目前还没有一种治疗HFrEF的方法在HFpEF中显示出疗效，而且针对HFpEF的药物仍然缺乏。

酮体，包括β-羟基丁酸酯(β-oHb)、乙酰乙酸酯(Acac)和丙酮，主要在哺乳动物的肝脏中产生。正常情况下，β-OHb约占循环中酮体总数的75%。心力衰竭已显示出酮体循环水平的变化，根据疾病的“类型”和严重程度有增加和减少的报道。在HFrEF小鼠模型和终末期HF患者的心内酮利用率增加。最近的一项研究表明，增加心肌酮利用率对HFrEF 是有益的。酮体代谢对HFpEF的影响尚未被研究。

基于此，四川大学华西医院老年医学国家临床研究中心麻醉科线粒体与代谢实验室李涛教授带领团队旨在探讨HFpEF的代谢机制，并用一种新的动物模型来检验治疗干预措施。该项工作以“Targeting Mitochondria-Inflammation Circuit by β-Hydroxybutyrate Mitigates HFpEF”为题发表在上《Circulation Research》杂志上。

文章发表在《Circulation Research》杂志上

研究内容及结论

1、3-Hit策略生成的HFpEF模型

用高脂饮食喂养3月龄小鼠13个月，并在前1个月腹腔注射脱氧皮质酮(DOCP；75 mg/kg)，以加重高血压和全身炎症，称之为“3-Hit”策略。

在13个月末，与6个月大(对照组)或16个月大的小鼠(老龄)相比，接受3-Hit治疗的小鼠出现：

1）病理性心肌肥大和高血压，并伴有内皮依赖性血管舒张功能受损，氧化应激和炎症增加；

2）在跑步机上的跑步时间显著减少；

3）心脏明显胶原沉积和间质纤维化；

4）胶原合成和促纤维化信号转导的基因表达上调；

5）肺湿重增加；

6）舒张功能受损，舒张末期容积和每搏输出量减少；

7）降低心输出量。

. 3-Hit策略生成的HFpEF模型

2、3-Hit心脏内NLRP3炎症小体装配过多

3-Hit小鼠心脏中caspase-1裂解和下游促炎性IL-1β和IL-18分泌增强。在HFpEF患者的血液样本中，该研究团队还观察到IL-1β和IL-18的水平高于非心力衰竭患者。左心室组织裂解物的线粒体和胞浆部分免疫沉淀ASC，发现线粒体定位的ASC与较多的NLRP3相关。

.3-Hit心脏内NLRP3炎症小体装配过多

3、线粒体高乙酰化诱导3-Hit心脏过度NLRP3炎症小体组装

在3-Hit的心脏中线粒体脱乙酰酶SIRT3的表达减少，线粒体蛋白乙酰化水平升高277个蛋白质乙酰化增强，80%的高乙酰化蛋白质位于线粒体中。

. 线粒体高乙酰化诱导3-Hit心脏过度NLRP3炎症小体组装

4、3-Hit诱导的HFpEF表型对线粒体蛋白乙酰化敏感

SIRT3基因敲除(KO)小鼠使用3-Hit治疗。KO加剧了3-Hit诱导的心脏线粒体超乙酰化，心肌线粒体蛋白乙酰化程度与组织IL-1β和IL-18水平呈正相关，除了体重增加和糖耐量增加外，还出现了更严重的心肌肥厚、高血压、心肌纤维化、肺水肿和运动耐量，保留了LVEF，舒张功能进一步下降。

.3-Hit诱导的HFpEF表型对线粒体蛋白乙酰化敏感

5、升高的β-OHB水平抵消了NLRP3炎症体诱导的线粒体功能障碍和纤维化

3-Hit可增加β-oHb的循环水平，碳13(13C)核磁共振同位素分析显示，与对照组相比， 3-Hit心脏的β-oHb氧化量减少了约50%。

禁食24小时后， 3-Hit心脏的心脏组织中β-OHB水平较高。β-羟丁酸脱氢酶1(BDH1)是线粒体中催化β-OHB分解代谢第一步的酶，其蛋白丰度降低。

. 升高的β-OHB水平抵消了NLRP3炎症体诱导的线粒体功能障碍和纤维化

6、增加β-OHB水平可改善小鼠高乙酰化和挽救HFpEF表型

利用分离的心肌线粒体，发现由谷氨酸/苹果酸(复合物I)或琥珀酸(复合物II)支持的ADP刺激的呼吸被3-HIT显著减少，在酮酯或EMPA处理后显著改善。提高HFRP3OHb水平可以改善小鼠β的高乙酰化，抑制NLRP3炎症体的形成，并挽救HFpEF表型。

.增加β-OHB水平可改善小鼠高乙酰化和挽救HFpEF表型

7、β-OHB通过激活柠檬酸合成酶和抑制脂肪酸摄取来减轻蛋白质的超乙酰化

在3-Hit的心脏中进行酮酯处理，或在培养细胞中暴露β-oHb，柠檬酸合成酶(CS)活性显著升高。使用13C示踪和乙酰组分析相结合的方法，该研究团队观察到在3-Hit的心脏中，脂肪酸衍生的13C同位素在乙酰化肽上的掺入量更高，这一比例被酮酯补充剂下调。β-OHb减少蛋白质乙酰化与改变脂肪酸利用是相耦合的。

.β-OHB通过激活柠檬酸合成酶和抑制脂肪酸摄取来减轻蛋白质的超乙酰化

小结

本研究结果表明，增加酮的利用率，结合靶组织中氧化作用的减少，增强了β-oHb在对抗促炎细胞因子诱导的线粒体功能障碍和纤维化方面的功能，从而对HFpEF的发病具有保护作用。

这项研究的发现具有立竿见影的转化潜力。该研究团队观察到β-oHb在0.5mM处有中度效果，禁食29分钟即可达到此效果。该研究团队发现EMPA的治疗效果与有效的β-oHb增强剂酮酯相当，从而支持SGLT2促进酮体生成在其心脏保护作用中的作用。此外，酮酯作为一种营养补充剂，有可能为一种毁灭性的疾病提供一种简单而安全的治疗方法。