【多组学研究】Diabetes：非肥胖型糖尿病相关的心脏功能失调和代谢紊乱过程

糖尿病是最典型的代谢疾病，其引起的代谢紊乱与心血管病变，虽然已经有大量报道和研究，但其中的过程与机理仍然不完全清楚。代谢组学是研究代谢类疾病的最佳工具，配合蛋白质组学分析，能够进一步解析代谢紊乱背后的机制。近期，发表于糖尿病top期刊《Diabetes》上的研究，利用代谢组+蛋白质组，揭示了无血脂异常的糖尿病相关的心脏功能失调和代谢紊乱过程。

1.  构建无血脂异常小鼠模型，确定干预时间点

作者首先结合文献报道选取了βV59M转基因小鼠构建高血糖模型，通过生化检测发现，模型两周后发生胰岛素水平下降，但此时未发生血清甘油三酯、FA和胆固醇水平变化（4周后略有升高）；心功能检测发现造模两周后已发生明显心功能受损（每搏输出量和心输出量明显下降）。因此选取两周作为后续研究的时间点。

2.  高血糖损害心脏功能和代谢情况

之前结果表明，在模型两周后发生心脏每搏输出量和心输出量的明显下降（图一C,D）。代谢组学分析显示丙酮酸、乳酸和相应中间代谢产物丰度显著增加，表明，高血糖/糖尿病诱导糖酵解途径激活，乳酸含量增加。

3.  高血糖会改变葡萄糖和FA代谢相关蛋白表达水平

对模型小鼠（对照组、糖尿病24小时、2周）心脏进行蛋白表达谱分析，寻找这种代谢改变时是否伴随相关蛋白表达水平改变。Label-free技术鉴定到2449个蛋白，其中249种在病理下发生显著变化，其中包括FA代谢和葡萄糖氧化相关蛋白。其中丙酮酸脱氢酶激酶4（PDK4）显著上调（4.8倍）。此外TCA循环循环中的关键酶柠檬酸合酶（CS）和草甘膦脱氢酶（OGD4）下调，与之前结果一致。其他糖酵解后关键酶和FA氧化酶等也发生相应变化。提示糖尿病中发生葡萄糖氧化受损，脂肪酸代谢增强。

通过验证发现，糖尿病小鼠中PDK4的mRNA和蛋白（WB）表达水平与组学结果一致。先前文章报道的PPARa（调控PDK4转录）和Pgcla（调节PDK4表达和PDH活性）均未发生变化；而葡萄萄糖转运体Glut4表达显著下降。

中链酰基辅酶A脱氢酶（MCAD）和未偶联蛋白3（UCP3）是糖尿病血脂异常的主要调节因子（心脏中高表达）。在本次研究模型下仅发现UCP3的mRNA和蛋白水平发生显著变化。

进一步研究发现，UCP3和PDK4的mRNA表达在造模24h后升高，而蛋白水平在2周后才发生显著变化，但此时已经观察到明显的心功能受损，并随着造模时间逐渐恶化。

小结：

综上，单高血糖/低胰岛素血症足以损伤心脏功能（在高血糖下迅速发生），但可在恢复正常血糖水平下发生逆转。这表明即使是非肥胖糖尿病患者（无高脂血症）也出现严重损害，需要严格控制血糖水平，从而改善健康状态。

本研究通过多组学联合（蛋白组学+代谢组学）分析方法，揭示了糖尿病驱动心脏代谢改变与初步机理。研究思路简单、清晰：疾病造模——代谢组揭示代谢紊乱——蛋白质组筛选蛋白表达变化——进一步验证表达结果，甚至没有进行深入的分子机制研究，说明蛋白组+代谢组的联合研究模式，具有很好的新颖性。