案例一：

原发性心肌病分子机制研究

关键词：脂肪酸氧化、小鼠肝脏、心脏、骨骼肌、组织匀浆、线粒体

引言：原发性心肌病是一组原因未明的以心肌病变为主，合并心功能减退的心脏疾病。正常心脏具有较高的代谢灵活性，可利用各种基质来满足能量需求的改变。心脏能量不足被认为是原发性心肌病的潜在病因，心肌病变能量供应受损与心脏底物利用的改变有关，包括脂质代谢和线粒体氧化磷酸化，但参与原发性心肌病发生和进展的具体分子机制仍不清楚。

摘要：影响心脏的原发性和全身代谢性疾病的中长链脂肪酸氧化经常受损；因此，在治疗上增加对酮类和中链脂肪酸等通常较小的能量底物可能有助于心脏健康。然而，这种治疗的分子基础尚不完全清楚。在这里，作者探讨了辛酸（一种八碳中链脂肪酸，被称为未经修饰的线粒体能量底物）的能力。以改善由于肉碱棕榈酰转移酶2缺失（Cpt2M−/−）导致的长链脂肪酸氧化缺陷的心脏的心肌肥厚。CPT2在线粒体基质中将酰基肉碱转化为酰基辅酶A，用于氧化生物体呼吸代谢。作者确定了肌肉（骨骼肌和心脏）和肝脏之间的主要代谢差异，其心脏和骨骼肌线粒体无法氧化游离辛酸，但肝脏能够氧化游离辛酸。

结果：作者分别从肝脏、心脏和骨骼肌的整个组织匀浆和其分离出来的线粒体测定了辛酸的氧化能力，肝脏匀浆和分离的线粒体完全能够氧化游离辛酸；作者评估了肝脏和心脏组织使用酰基肉碱梭氧化辛酸的能力。肝脏匀浆及分离的线粒体显示游离辛酸的氧化率很高。作者检测肉碱酯类作为能量底物时的氧化速率，发现辛烷酰肉碱在心脏和骨骼肌中的氧化速率比肝脏显著增加。这些数据表明，肝脏、心脏和骨骼肌存在显著的代谢差异。

参考文献：Pereyra AS, et al. Octanoate is differentially metabolized in liver and muscle and fails to rescue cardiomyopathy in CPT2 deficiency. J Lipid Res. 2021;62:100069. 

案例二：

冠心病临床活检样品线粒体呼吸代谢关联性研究

关键词：心脏手术患者、手术活检样品、心外膜脂肪组织、复合体I

引言：冠心病，又称冠状动脉粥样硬化性心脏病，是指冠状动脉粥样硬化使血管腔阻塞，导致心肌缺血、缺氧而引起的心脏病。其发病机理普遍认为是多因素、多途径相互作用的结果。其中由于心外膜脂肪组织在心包内包裹着心脏和冠状动脉，在解剖学上与冠状动脉接近，其在冠心病中的作用引起了广泛关注。心外膜脂肪组织含量的增加是否直接导致冠状动脉狭窄，还是其他因素(例如心外膜脂肪组织的功能改变)导致了冠状动脉的变化，成为了新的研究课题。

摘要：心外膜脂肪组织是脂肪因子的来源，具有代谢活性，能分泌各种与线粒体呼吸代谢和炎症相关的生物活性分子。由于其直接与冠状动脉相接，没有其他纤维筋膜层等阻断物质，心外膜脂肪组织中的功能改变很可能通过旁分泌途径直接扩散至冠状动脉，从而直接影响冠状动脉硬化。线粒体作为一种主要的能量来源，在维持细胞功能方面起着关键作用，但心外膜脂肪组织中的线粒体是否在冠状动脉疾病发生发展中发挥作用依然未知。作者深入研究了心外膜脂肪组织中的线粒体呼吸能力与冠状动脉粥样硬化之间的关系。

参考文献：Takayuki Nakajima, et al. Impaired mitochondrial oxidative phosphorylation capacity in epicardial adipose tissue is  associated with decreased concentration of adiponectin and severity of coronary atherosclerosis. Scientific REPORTS. (2019) 9:3535. 

案例三：

高血压病分子机制研究

关键词：血管平滑肌细胞

引言：高血压是一种多基因遗传和多种环境因素共同作用下的复杂疾病。目前在我国高血压主要为原发性高血压，即多种环境和遗传因素介导的原因不明的血压升高。高血压的发生机制包括神经内分泌机制、血管功能紊乱、细胞膜离子转运异常等，其中组织离子稳态失衡尤其是钙信号的调控异常在原发性高血压的发生中发挥重要作用，因此通过探究高血压发生过程中相关阳离子通道的功能变化有助于高血压的防控。

摘要：线粒体早被认识的钙库，线粒体外膜对钙离子有较好的通透性，而内膜的高度选择通透性在维持线粒体膜电位和氧化磷酸化中发挥着重要的作用。线粒体内过低的钙离子浓度导致ATP生成减少，而过高的线粒体钙离子浓度所引发的钙离子超载则导致ROS生成过多。线粒体钙离子稳态和线粒体ROS稳态与高血压的发生密切相关，研究证实高血压时细胞能量状态低下。瞬时受体电位通道TRPC3已证明定位于线粒体并在维持线粒体钙稳态中发挥作用。作者研究表明，restrainTRPC3可显著降低自发性高血压大鼠（SHR）的血管钙内流、线粒体ROS生成和H2O2合成，增加ATP含量。血管紧张素II或替米沙坦可以通过restrainTRPC3靶向调节线粒体钙离子摄取、活性氧生成，提高线粒体呼吸代谢水平，从而显著改善高血压。

案例四：

心力衰竭分子机制研究

关键词：线粒体、复合体I、复合体II

引言：心力衰竭是各种心脏疾病导致心功能不全的一种综合症，绝大多数情况下是指心肌收缩力下降使心排量不能满足机体代谢的需要，是导致心血管疾病死亡的主要原因。心力衰竭主要分为两种类型，一种是射血分数降低型心力衰竭(HFrEF)，一种是射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)，两种类型的心力衰竭及其合并症的发生率是相当的。缺血性心肌病和高血压是心力衰竭的主要病因。线粒体呼吸代谢改变是心力衰竭的重要特征，优化心肌线粒体呼吸代谢是治疗心力衰竭的重要手段之一。

摘要：心力衰竭是导致死亡和反复住院的主要原因，通常涉及心脏线粒体功能障碍。然而，其潜在机制仍然很不清楚。在这里，作者通过使用冠状动脉结扎诱导心肌梗死的（MI）小鼠模型，展示了慢性心衰线粒体功能障碍的呼吸代谢机制。结扎四周后，MI小鼠的心肌琥珀酰辅酶A水平显著降低，这种降低损害了线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）能力。5-氨基乙酰丙酸是琥珀酰辅酶A到血红素合成途径中的一种中间产物，服用5-氨基乙酰丙酸可显著恢复心肌梗死小鼠琥珀酰辅酶A水平和氧化磷酸化能力，并阻止心衰进展。作者研究结果表明，线粒体能量生成系统不同代谢中琥珀酰辅酶A的使用变化是慢性心力衰竭的特征，而且这些变化往往会不可逆转地发生，导致琥珀酰辅酶A的减少。补偿琥珀酰辅酶A消耗的营养干预措施有望成为治疗心衰的有效策略。

案例五：

心肌缺血再灌注损伤作用机制研究

关键词：心脏、线粒体、复合体I、ROS

引言：心肌缺血后再灌注损伤是指在短时间内心肌血供中断，一定时间内恢复血供后，原缺血心肌发生较缺血时更为严重的损伤。 随着心脏外科体外循环、冠状动脉搭桥术、复杂先天性心脏病纠治术、瓣膜置换术及大血管外科手术等技术的推广应用，心肌缺血后再灌注损伤已成为影响心脏血管外科手术疗效的一大难题。研究表明，心肌缺血后再灌注损伤的发生可能与钙超载、氧自由基增多、心肌纤维线粒体呼吸代谢障碍等机制有关，但具体发病机制尚未得到阐明。

摘要：线粒体电子泄漏引起的活性氧的产生可能在很多生理或病理过程中都有参与。NDUFA 13是线粒体复合体I的辅助亚基，具有独特的分子结构。作者在研究中建立了心脏特异性NDUFA 13基因敲除杂合子小鼠。在基础状态下，NDUFA 13 的适度下调在复合体I内引起电子泄漏，导致轻度增加了细胞质局部的H2O2。由此产生的活性氧作为信使，负责STAT3的二聚化，激活了抗凋亡信号通路，显著restrain超氧化物爆发并减少了缺血再灌注过程中的梗死面积。

案例六：

lncRNA调节心脏代谢稳态作用研究

关键词：心脏组织、心肌纤维、脂肪酸氧化、复合体I、复合体II、复合体IV

引言：越来越多的证据表明，长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）能广泛参与个体生长、发育、繁殖等过程的调控，具有重要的生物学功能。作为一种强大的调节因子，lncRNA在心血管病的调控网络中同样扮演着不可或缺的角色。在细胞和分子水平进一步探索lncRNA的作用有助于更好地理解心血管病的发病机制，为疾病发展提供新见解，为心血管病的诊断和治疗提供新思路。

摘要：代谢调节是预防缺血性心脏不良重塑的一种很有前景的治疗方法。作者发现了一种新的心肌细胞富集的lncRNA，称为LncHrt，它可以调节代谢和导致心力衰竭的病理生理过程。本研究确定LncHrt与SIRT2相互作用以通过干扰CDK5和SIRT2相互作用来保持SIRT2脱乙酰酶活性。这会增加下游LKB1-AMPK激酶信号，从而改善功能和代谢缺陷。LncHrt是一种新的基于RNA的缺血性心脏病潜在治疗靶点。

案例七：

心血管病基因治疗研究

关键词：线粒体、复合体I、复合体II

引言：随着社会经济的发展，人口老龄化及城镇化进程的加速，心血管病危险因素对居民健康的影响越加显著。《中国心血管健康与疾病报告2021》披露，我国目前心血管病患病人数约3.3亿人，其发病率与致死率仍高居主位，高于肿瘤及其他疾病。大多数心血管疾病是多基因的，并受环境因素的影响。基因治疗不仅能够调节单一基因缺陷的遗传性疾病，而且还可以调节多因素疾病，基因治疗一直是遗传性和获得性心血管疾病的潜在治疗手段。

摘要：心力衰竭是心血管疾病主要的死亡原因。心脏肥大是充血性心力衰竭的主要危险因素。消除心脏肥大进展是公认的治疗目标。线粒体功能障碍是许多人类疾病的标志，包括心脏肥大和心力衰竭。寡霉素敏感性赋予蛋白（OSCP）是 F1Fo-ATP合酶的关键成分，在线粒体呼吸代谢中起重要作用。然而，OSCP靶向治疗对心脏肥大的影响仍然未知。在本研究中，作者发现OSCP的心脏表达受损伴随着心脏肥大的线粒体功能障碍。腺相关病毒9型介导的心脏特异性OSCP过表达可以通过改善线粒体功能来保护心脏。该结果可能为心脏肥大和心力衰竭的新疗法提供见解。

案例八：

天然产物心脏保护作用机制研究

关键词：心脏、线粒体

引言：天然产物是指动物、植物和微生物体内的化学成分或其代谢产物，其作为药物发现的一个重要来源，具有来源丰富和结构新颖多样的特点。天然产物大多具有良好的抗炎、抗肿瘤、免疫调节和治疗心血管疾病等作用。心血管疾病具有高发病率、高致残率、高死亡率的特点，是引起包括中国在内的全球各个国家死亡率上升的主要原因。随着老龄化的到来和不合理的生活结构，以心血管疾病为首的慢性病已成为威胁世界的公共卫生问题。合理膳食和正确的生活方式是心血管防控有效的方式，而天然功能性原料和成分在治疗心血管疾病方面发挥了重要的防治作用，已逐渐被科学界和公众认可，其药效机制也在不断被阐明中。

摘要：亚精胺是一种天然多胺物质，植物是其主要来源，如小麦胚芽、大豆等。作者研究了补充天然产物亚精胺可发挥保护心脏的作用，增强线粒体呼吸，减少心脏肥大并保持老年小鼠的舒张功能。口服（饮食）补充亚精胺可以通过以下方式改善心脏功能：（Ⅰ）促进心肌细胞中的保护性自噬和线粒体自噬；(Ⅱ) 减少影响心肌细胞功能的亚临床慢性炎症（循环TNF-α水平）；(Ⅲ)提高全身精氨酸生物利用度，这可能有利于血管扩张剂一氧化氮(NO)的产生，从而降低全身血压；(Ⅳ)通过诱导自噬restrain肾脏损伤。通过亚精胺治疗改善肾功能可能还有助于降低盐性高血压的动脉血压和心脏保护。结合亚精胺的抗炎作用，其对心肌细胞的保护性自噬作用增强了线粒体体积和功能，增加肌联蛋白磷酸化和减少肥大，改善心肌细胞的机械弹性特性。

参考文献：Eisenberg, T., Abdellatif, M., Schroeder, S. et al. Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nat Med 22, 1428–1438 (2016).